本研究开发了一种新型光响应动态水凝胶，旨在通过物理微环境的动态变化，对间充质干细胞进行表观遗传学层面的精准调控。研究发现，该水凝胶能够通过其动态力学特性，有效下调细胞内组蛋白甲基转移酶SETD7的表达水平。这一表观遗传调控作用，显著促进了间充质干细胞向成骨方向分化，同时抑制了其向成脂方向的分化，从而在动物模型中加速了骨缺损的修复与再生。本研究为通过材料学手段干预细胞表观遗传状态、调控组织再生提供了新策略。

创新点

01

动态力学信号编程细胞命运

利用光响应水凝胶实现基质硬度的动态调控，模拟组织修复微环境演变，从而精准引导干细胞分化方向。

02

揭示“物理信号-表观遗传”调控轴

明确了动态硬度信号通过下调组蛋白甲基转移酶SETD7，改变细胞表观遗传状态与基因表达，最终决定干细胞向成骨分化的完整机制链条。

03

靶向表观遗传的骨再生材料设计

将SETD7这一关键表观遗传因子作为明确的生物学靶点，为开发能主动调控细胞命运的下一代智能骨修复材料提供了新范式。

图文导图

材料开发

材料 / material

本研究开发的核心材料是一种光响应型动态水凝胶。其主要由特定的高分子聚合物网络构成，网络中嵌入了光敏基团。

功能 / Function

该水凝胶在特定波长光照的触发下，其内部化学键会发生可逆的断裂与重组，从而实现整体材料硬度的动态、可逆降低。这种可控的“软化”物理信号，是后续调控细胞表观遗传状态和分化行为的物理基础。

本研究所揭示的“动态物理信号 → 表观遗传重编程 → 细胞命运转变”这一范式，为组织再生材料设计开辟了广阔思路：

靶点扩展： 可系统筛选并验证其他对力学信号敏感的表观遗传因子（如去甲基化酶、乙酰化酶等），作为新材料设计的靶标，实现对不同组织（如软骨、神经）再生的精准调控。

系统复杂化： 开发能响应多种刺激（如酶、pH、力学）的动态水凝胶，以模拟更复杂的体内微环境变化，实现对细胞行为更精细、更时序化的引导。

跨领域应用： 此思路可延伸至疾病模型研究，例如利用动态材料模拟纤维化或肿瘤基质的硬化过程，研究其通过表观遗传途径驱动疾病进展的机制，并为干预提供平台。

期刊名称： Bioactive Materials

发布日期： 2026年2月11日

DOI： 10.1016/j.bioactmat.2026.01.019

研发团队： Xudong Xie, Liangcong Hu, Yueman Zhang, Bobin Mi, Xiaoyue Xu, Chong Ding, Yiming Li, Fawwaz Al-Smadi, Xiangyu Chu, Yuan Xiong, Kunyu Zhang, Liming Bian, Guohui Liu