细胞外基质力材料学驱动的基质工程与基质治疗研究进展

谢一洲, 刘赵心茹, 徐峰, 魏钊

摘要：随着全球人口老龄化和慢性病的高发, 心血管疾病、肿瘤、糖尿病等重大难治性疾病已成为全球公共健康和社会经济发展的主要挑战. 其病理进程通常伴随着细胞外基质(ECM)的异常重塑与力学稳态失衡, 导致传统治疗方法难以有效逆转. 近期研究揭示, 结合材料学与工程学原理主动调控ECM的力化属性以精准介导细胞行为, 能够有效激活组织内源性修复从而显著促进组织再生. 该研究策略被称为力材料学, 即通过对材料进行主动设计, 利用力−结构−功能关系对生命系统的力学环境进行主动控制. 基于此概念, 本文提出从基质组学角度系统鉴定ECM的分子组成并解构其力学信息编码; 利用基质力生物学认识细胞-ECM互作机制并解析病理ECM“重编码”过程; 在深入认知和理解ECM力学微环境基础上结合基质力材料学的研究思路, 探索对异常ECM“去编码”与功能恢复的基质工程技术; 最终实现组织内源性修复的基质治疗目的. 具体而言, 本文在介绍ECM的组成与动态编码的基础上, 系统总结了异常ECM力学微环境的生理/病理变化, 着重提出并构建基于分子靶向与材料重建的基质工程与治疗新策略, 旨在为重大难治性疾病的干预和再生医学的发展提供新的理论依据和创新思路。

关键词：细胞外基质, 基质力材料学, 基质力生物学, 基质治疗, 基质工程

引用格式：

谢一洲, 刘赵心茹, 徐峰, 魏钊. 细胞外基质力材料学驱动的基质工程与基质治疗研究进展. 力学进展, 待出版

Xie Y Z, Liuzhao X R, Xu F, Wei Z. Advances in matrix engineering and matrix therapy driven by extracellular matrix mechanics. Advances in Mechanics, in press

DOI: 10.6052/1000-0992-25-029

作者简介

徐峰, 西安交通大学生命学院教授、主动健康与数智医疗器械国家产业技术工程化中心主任、国家医学攻关产教合平台副主任、生物医学信息工程教育部重点实验室主任. 作为第一/通讯作者在《Nat Chem》《Proc Natl Acad Sci》《Nat Commun》《Matter》《Chem Rev》《Prog Mater Sci》《Mat Sci Eng R》《Adv Mater》《ACS Nano》等国际高影响力期刊以及《J Mech Phys Solids》《Appl Mech Rev》《Adv Appl Mech》《J Biomech》《J Fluid Mech》等国际著名力学期刊发表350 余篇期刊论文; 获授权发明专利60余项, 引用指数因子H = 102. 获“国家自然科学奖”二等奖、“教育部科学技术奖”一等奖、“中华医学科技奖”一等奖、“陕西省高等学校科学技术奖”一等奖等多项奖项. 并先后获得“中国力学青年科技奖” (2017, 同年全国仅4人)、“陕西青年科技标兵” (2016)、“陕西青年科技奖” (2016) 等科技奖, 以及陕西省“五四青年奖章” (2016)、“庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章” (2019) 等个人荣誉, 入选“全球前2% 顶尖科学家榜单”(2020−2022)、科睿唯安“全球高被引科学家 (交叉学科)” (2021−2023) 和爱思唯尔“中国高被引学者” (2023). 先后入选国家自然科学基金委“优秀青年基金”和“杰出青年基金”支持计划、陕西省“百人计划”、教育部“新世纪优秀人才”支持计划、享受国务院特殊津贴专家.

魏钊, 西安交通大学特聘研究员, 全国力学学会生物力学专委会青年委员、陕西省生物力学专委会常务委员及陕西省抗癌协会转化医学青委会委员. 魏钊教授致力于生物医用柔性材料及其生物学效应研究, 以临床问题为牵引, 通过工程学方法研究器官-材料相互作用规律及机制, 在力材料学及心血管介入材料等领域取得了显著成果. 作为第一/通讯 (共同) 作者在《Cell Stem Cell》《Chem Soc Rev》《Nat Commun》《Proc Natl Acad Sci》《Adv Mater》《Research》等国际高影响力期刊发表SCI论文33篇, 总引用量超2700余次, 入选斯坦福2024全球前2%顶尖科学家榜单; 曾获陕西省科学技术奖自然科学二等奖 (2/6, 2022); 获中/美授权专利6项; 先后入选陕西省高层次人才引进计划、陕西省青年科技新星、西安交通大学青年拔尖人才及小米青年学者等; 先后主持美国马里兰州干细胞研究基金及国家自然科学基金在内的科研项目10余项.

期刊简介

《力学进展》创刊于1971年，是由中国科学院主管，中国科学院力学研究所和中国力学学会联合主办的综合性学术期刊，重点刊登力学领域的高水平综述性文章。目前期刊已被EI，Scopus，CSCD等数据库收录，Elsevier基于Scopus数据库公布2024最新CiteScore为5.3。

从2021年开始，《力学进展》改为季刊发行，期刊栏目包括：

1. 研究综述：发表综述与评论性的稿件，撰稿人实际深入从事所评述专题的研究工作；

2. 研究通讯：快速简要的报道具有原创性、新颖性的科研成果；

3. 前沿聚焦：对近期国内外亮点的单项研究工作进行简要总结和评论；

4. 展望/观点：发表对某研究领域的研究背景、最新发展、潜在价值等的观点和见解；

5. 动态资讯：介绍国内外重要科技信息、科研项目进展、重要会议及学术活动等最新资讯；

6. 力学界：该栏目介绍国内外重要力学人物、力学机构等情况；

7. 译文：该栏目发表翻译国外高水平力学及相关学科的经典文献。

转载链接：

西安交通大学徐峰等：细胞外基质力材料学驱动的基质工程与基质治疗研究进展