目的:手性是生命体各种结构的基本特征之一,从宏观结构到基本分子,特别是蛋白质和DNA在三维纳米尺度的手性这一重要特征,调控了许多的生命过程,然而,从分子水平的细胞响应,到宏观组织再生,三维手性微环境驱动干细胞命运选择的机制仍然不确定。方法:采用1,4-苯二甲酰胺苯丙氨酸衍生物(d-PH和l-PH)的两种对映体作为超分子凝胶剂,构建新型水凝胶体系(L:左旋螺旋纳米纤维; D:右旋螺旋纳米纤维; R:没有螺旋纳米纤维;)具有手性纳米纤维结构且能用于细胞培养。观察由手性水凝胶包封间充质干细胞后,引起的体外干细胞命运选择和体内组织再生的现象。通过分析粘附分子动力学模拟和干细胞粘附行为,全基因组分析进一步研究了潜在的机制。结果:体外免疫荧光、RT-PCR和Western Blot分析表明,左旋手性利于细胞成骨分化,而右旋手性则利于成脂,R水凝胶对细胞命运选择没有特异性指导作用。大鼠临界颅骨缺损的体内恢复表明,在L水凝胶内移植的MSC新骨形成最明显。分子动力学模拟和干细胞全基因芯片显示,纤维连接蛋白和基质相互作用激活Itgα5β1信号传导介导了三维纳米纤维手性中MSC命运的选择。结论:三维纳米纤维的手性特征可以作为细胞微环境的线索,调控干细胞命运选择实现精确的再生反应。了解干细胞对手性响应的基本过程对于理解生命起源中细胞命运确定的机制至关重要,并阐明了仿生再生材料设计方法。