背景介绍：在组织工程领域，细胞与支架的机械相互作用是调控组织形成的核心。静电纺丝纤维因仿生 ECM 结构成为构建组织的理想材料，但其高密度纤维垫中纤维的复杂缠结会阻碍细胞感知纤维的机械顺应性，导致基质重塑机制不明。现有研究表明，细胞在可变形软纤维上的行为（如铺展、增殖）优于硬纤维，但纤维密度对机械转导和基质重塑的具体影响尚不清晰。

近日，浙江工业大学张翔南教授和东华大学张彦中教授团队在《Biomaterials Advances》期刊发布了题为“Low-density electrospun fibrous network promotes mechanotransduction and matrix remodeling in fibroblasts”的最新研究成果。该团队通过优化静电纺丝工艺，制备出低密度纤维网络，显著提升了成纤维细胞的机械转导效率与基质重塑能力。本研究为从微机械水平理解静电纺丝纤维如何调节细胞功能建立了理论框架，并可能为设计促进组织再生的仿生纤维支架提供见解。

团队采用静电纺丝技术，将聚己内酯（PCL）溶液通过不同收集时间制备低密度（L-G，收集 1 分钟）和高密度（D-G，收集 10 分钟）纤维网络，并转移至 PDMS 环形成悬浮结构以排除固体表面干扰。选用机械敏感的 C3H/10 T1/2 小鼠胚胎成纤维细胞，通过荧光染色（如鬼笔环肽标记 F - 肌动蛋白、DAPI 染核）观察细胞铺展与骨架组装，利用免疫荧光检测 α-SMA（收缩表型标记）、纽蛋白（粘着斑）、YAP（机械敏感转录因子）及 Piezo1（机械敏感离子通道）的表达与定位，通过 RT-qPCR 分析 RhoA-ROCK 信号通路相关基因（如 RhoA、ROCK1/2）和 ECM 成分（如 Col1a1、Fn）的转录水平，结合 SEM 观察细胞对纤维的机械重组能力（如纤维牵拉聚集）及羟基脯氨酸法量化胶原分泌。从细胞形态变化、功能蛋白表达、信号通路激活及基质重构行为等多维度，系统解析细胞对低密度纤维网络微环境的感知与响应机制。

实验结果显示，培养在低密度纤维网络（L-G）上的成纤维细胞在24小时后展现出显著更大的铺展面积，相比致密纤维毡（D-G）组，细胞在L-G组的铺展能力明显增强。细胞增殖实验进一步证实了这一趋势，L-G组的细胞增殖能力显著高于D-G组和扁平PCL薄膜（F-G）组。这表明低密度纤维网络为细胞提供了更有利于生长和铺展的微环境。相关实验数据见图2。

通过RT-qPCR和羟脯氨酸测定法分析，发现L-G组的成纤维细胞在胶原蛋白I（Col I）、胶原蛋白III（Col III）、纤维连接蛋白（Fn）和层粘连蛋白（Lam）等ECM组分的转录水平显著高于D-G和F-G组。羟脯氨酸测定结果也显示，L-G组的细胞分泌了更多的胶原蛋白。这些结果表明，低密度纤维网络显著促进了成纤维细胞的ECM合成和分泌能力。见图3。

SEM成像则显示，L-G组的细胞通过收缩力将局部纤维拉向细胞体并在周围聚集，显著地重新组织了纤维结构。大约28%的细胞参与了这种机械重塑过程，而D-G组仅有约2%的细胞表现出轻微的纤维重塑行为。这表明低密度纤维网络的机械顺应性使细胞能够更有效地重塑周围的纤维环境。见图4。

从机制上看，增强的细胞活性与RhoA-ROCK信号通路的快速激活有关。免疫荧光染色和RT-qPCR结果显示，L-G组的成纤维细胞中RhoA、ROCK1和ROCK2的表达水平显著高于D-G和F-G组。此外，细胞内应力纤维的形成和稳定化也更为显著，表明RhoA-ROCK信号通路的激活促进了细胞骨架的重组和细胞收缩能力的增强。实验发现，L-G组的细胞中Myosin IIA的激活水平和MYLK的表达水平显著提高，进一步证实了细胞收缩能力的增强。同时，YAP的核转位也显著增加，表明机械信号成功传递至细胞核，调节了目标基因的表达。

此外，使用ROCK抑制剂Y-27632处理后，细胞的形态变为树突状，应力纤维形成明显减少，细胞铺展能力受损，机械重塑能力显著下降。此外，胶原蛋白的分泌量也显著减少。这些结果表明，RhoA-ROCK信号通路在低密度纤维网络介导的细胞机械转导和基质重塑中起着关键作用。详见图5。

综上所述本研究利用优化的低密度纤维网络，考察了静电纺丝纤维的机械顺应性/柔性对成纤维细胞介导的基质重塑和机械转导的影响。结果表明，低密度纤维网络上的细胞表现出更活跃的状态和增强的细胞基质重塑能力，表现为细胞铺展、增殖、ECM组分的合成和分泌以及纤维结构的改变能力增强。这些发现突出了细胞-纤维相互作用的积极结果。从机制上看，增强的细胞活性与RhoA-ROCK信号通路的快速激活有关，该信号通路由低密度纤维网络的机械顺应性驱动，从而促进机械转导信号传导。

在本研究中，团队通过调整电纺工艺参数，降低了纤维沉积时间，制备出了低密度纳米纤维网络。微迈实验级MN60静电纺丝设备，搭载多针智能下纺系统，不仅支持多样化纺丝条件，还能精准控制纺丝直径和距离，做到高效高质量纺丝材料的制备。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2025.214316

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