2023年3月31日下午，华南理工大学张琨雨博士和赵鹏超博士受我中心鄢晓晖老师邀请参与中心学术交流，并在分子影像楼410报告厅分别作了题为《超动态结构水凝胶调控三维培养细胞力学感知》和《高分子自组装凝聚层的可控设计策略及生物医学应用》的精彩报告。
张琨雨，副教授、博士生导师，任职于华南理工大学，主要研究方向包括生物支架材料的设计及其在细胞工程、再生医学中的应用。重点关注动态微环境中生物化学及生物物理信号对细胞命运的影响，成功调控了不同细胞行为，从而满足不同细胞治疗的需求。主持国家自然科学基金面上项目等，共计发表学术论文30余篇，包括Chemical Reviews, Science Translational Medicine, Advanced Materials, Advanced Functional，Materials, Advanced Science, Biomaterials等领域内知名期刊，申请/授权国内外专利3项。曾荣获中国生物材料大会青年学者奖、香港医疗保健器械业协会学生研究成就奖、美国生物材料年会STAR奖等国内外奖项与荣誉。
赵鹏超，副教授，博士生导师，任职于华南理工大学生物医学科学与工程学院。主要研究领域为可控高分子自组装凝聚层及其生物医学应用。共计发表学术论文20余篇，其中第一作者或通讯作者论文12篇（含共同），包括Nature Communications, Advanced Materials (2篇)，Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition,Materials Today, Advanced Functional Materials等领域内知名期刊。
图为张琨雨副教授作《超动态结构水凝胶调控三维培养细胞力学感知》的报告
图为赵鹏超副教授作《高分子自组装凝聚层的可控设计策略及生物医学应用》的报告
由于其独特的化学和物理特性，水凝胶近年来在基础研究和生物医学应用中受到越来越多的关注。从水凝胶广义的定义来说，人体软组织的天然细胞外基质(ECM)是通过千万年生物进化所形成的最佳性能的生物医药水凝胶。很多软组织ECM（如软骨、皮肤、初带等）不但具有极为优秀的宏观生物力学性能，可以承戴高强度的生物力学荷载，同时还兼具良好的微观结构动态性质，可以有效支持细胞在ECM三维环境中的增殖、迁移、组装、分化、发育等各项细胞行为。尽管经典的、具有静态网络的水凝胶已经在几十年见被广泛报告，但最近研究表明，结构动态水凝胶可以更好地模拟人体组织中天然细胞外基质(ECM)的动态特性与功能。但是由于需要维持细胞活性的考量，现有的可负载细胞的水凝胶力学性能普遍较弱。水凝胶的宏观力学性能和其微观的结构动态性质看似是一对相互矛盾的设计要求，因此开发兼具宏观稳定性与微观结构动态性的水凝胶服务于基础及转化生物医学研究是水凝胶研究的重要的挑战之一。
张琨雨副教授团队近年来基于非共价交联策略，致力于新型动态水凝胶的开发及其在干细胞培养与组织工程领域的应用。研究发现，通过多重主-客体相互作用交联的生物大分子，一方面具有足够的力学稳定性，使其可用于长时间干细胞培养与研究，另一方面，受主-客体相互作用或动态配位相互作用的动力学行为的影响，该类细胞相容性良好的三维水凝胶表现出快速力学耗散，可注射和重塑形，以及允许快速细胞侵入等特点，并可以进一步调控干细胞增殖、分化、旁分泌、力学感知等行为，从而为组织再生与细胞治疗提供重要基础治疗提供重要基础。
报告中，张琨雨副教授分享了很多当前自己课题组在超动态结构水凝胶调控三维培养细胞力学感知方面所取得的进展，并就水凝胶如何实现动态负载细胞这一问题，为在场师生答疑解惑。
细胞内“凝聚层”无膜细胞器，精准控制着多尺度的细胞发育。然而，目前凝聚层自组装的分子机制尚未完全阐明，体外“按需”设计可控自组装凝聚层仍然是一个重大的挑战。由此，赵鹏超副教授分享了发展超分子作用驱动的“高分子自组装凝聚层”的通用设计策略。
赵鹏超副教授课题组利用多种超分子相互作用单独或协同精确控制纳米材料、合成聚合物或天然生物大分子的自组装，设计合成了多种功能导向的可控高分子自组装凝聚层新体系，并进一步深入评估了自组装凝聚层用于生物界面粘附、药物递送载体、磁控液体机器人及组织工程材料支架等生物医学领域的独特优势。结果表明，体外制备的自组装凝聚层，一类高浓度的高分子水溶液且不溶于水，可以通过自组装在水中快速形成，具有高度的空间区室化，良好的流动性与极低的表面张力，可以充分覆盖具有复杂微观拓扑结构的组织表面，对蛋白质等大分子药物具有强亲和力，有助于精准调控干细胞增殖及分化，实现组织损伤后再生修复。凝聚层作为一类新兴的“液体高分子生物材料”的进一步开发，有助于为具有挑战性的生物医学前沿课题提供新的研究思路与解决方案。
我心师生认真聆听了张琨雨副教授和赵鹏超副教授报告，学习和了解到了更多高分子材料目前的发展、优化与展望，在场师生受益匪浅。
学术部 杨琼