刘宏团队发现超声驱动压电材料放电导致巨噬细胞M1极化

tanlun

近日，山东大学晶体材料国家重点实验室与海洋学院、高等医学研究院等学者提出了利用超声驱动压电材料产生的无线电信号对巨噬细胞进行极化调控，实现高效抗肿瘤的新方法，为癌症免疫治疗开辟了新途径。相关研究成果以“Wireless Localized Electrical Stimulation Generated by an Ultrasound-Driven Piezoelectric Discharge Regulates Proinflammatory Macrophage Polarization”为题在Advanced Science（2021, DOI:10.1002/advs.202100962, IF: 15.5）在线发表。晶体材料研究院的博士研究生孔颖与刘锋为共同第一作者，通讯作者是山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授、王书华教授和山东大学海洋研究院韩琳教授。

       免疫细胞是人体免疫系统重要的组成部分，其免疫防御功能可以抵挡细菌和病毒的入侵，免疫监视功能可以及时清除病变、癌变细胞，是人类的健康卫士。巨噬细胞是脊椎动物包括人类固有的免疫细胞，它有促炎的M1和抗炎的M2两种表型。M1型巨噬细胞可以杀灭癌细胞或抑制肿瘤生长，调控巨噬细胞M1极化成为细胞技术领域的一个非常热门的课题。通常，免疫过程和巨噬细胞极化受到生物和化学因素调节。尽管基于模式识别受体和微环境传感器的免疫细胞反应调控机制方面已经取得了很大的进展，但设计快速高效的方法驱动巨噬细胞M1极化仍是一个巨大的挑战。近年来，通过物理信号调控免疫细胞的研究引起了人们的极大兴趣。电信号作为重要的物理刺激方式，在生物医学领域引起了越来越多的关注，它可以通过一种电遗传的方式直接调控细胞行为。然而，很少有研究关注电信号如何调节巨噬细胞极化。通过施加额外的电刺激调节细胞微环境，或将对巨噬细胞极化产生重要影响。
       刘宏团队通过超声刺激使PVDF压电材料介导非侵入式的局域电信号，用来增强巨噬细胞的炎性响应。这一策略依赖于超声条件下β-PVDF薄膜的微小振动以及局域电荷释放，从而显著地触发促炎因子的选择性表达和分泌。RNA测序分析表明，这一过程中通过电压门控通道促进了Ca2+内流，并通过Ca2+-CAMK2A-NF-κB信号通路刺激巨噬细胞M1极化。M1型巨噬细胞分泌炎症因子，导致与其共培养的肿瘤细胞活性受到显著抑制。这一研究表明压电材料介导的电信号可以调控免疫进程，并提供了一种可控的非侵入式电刺激驱动炎症响应，对于肿瘤免疫治疗具有重要意义。
上述研究工作得到了国家重点研发计划国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省重大创新项目、济南市“高校20项计划”资助项目、中国科协“青年人才托举工程”（YESS）的支持。感谢山东高校生物诊疗技术装备协同创新中心的帮助。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100962


         文章来源：山东大学
      刘宏，男，1964年1月生，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国晶体学会理事，中国硅酸盐学会晶体生长分会副秘书长，中国光学学会材料专业委员会会员理事，山东省硅酸盐学会副秘书长，中国硅酸盐学会会员，美国化学会会员。
       王书华，女，1987年8月出生，山东大学教授，博士生导师，齐鲁青年学者。2016年于北京纳米能源与系统研究所获得工学博士学位。曾在中科院化学所分子纳米结构与纳米技术重点实验室从事博士后研究工作，2016年入选首届博士后创新人才支持计划，承担过博士后科学基金面上资助。目前正在主持山东大学齐鲁青年学者人才项目。主要研究方向：可充电二次电池、基于生物效应的微纳能源收集与纳米发电机。