干细胞基质（ECM）壁龛调控皮肤无疤重建机理的多光子成像研究

The scarless healing or perfect reconstruction of adult skin is always the ultimate exploration target of scientists for wound repair. On the basis of the great influence of "niche" formed by extracellular matrix (ECM) on mesenchymal stem cells (MSCs), this project aims to look insight into the mechanism of microenvironment of ECM with specific biomechanical stiffness on full-thickness cutaneous wound repair of adults..Multiphoton microscopy of the two-photon fluorescence (TPF) and second-harmonic generation (SHG) are adopted for 3D dynamically monitoring the activities of MSC, quantitatively analyzing the impact on collagen deposition and reorganization in the newly formed dermal tissues during repair process. Also, by using biological signalling pathway, the regulation on myofibroblast, an important effector in scar formation is explored..This project will provide a foundation for mechanism revealing of potential pathway of skin regeneration and developing a "perfect reconstruction"method for injured adult skin.

成年皮肤的无疤愈合或完美重建一直是科学家们探索伤口修复的终极目标。基于细胞外基质（Extracellular Matrix. ECM）形成的壁龛（Niche）对间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cell, MSC）的重要影响，本项目拟深入探讨MSC在特异性的ECM生物机械硬度壁龛微环境下，对成年皮肤全皮层损伤修复的作用机理。采用双光子荧光(Two-Photon Fluorescence, TPF)和二次谐波（Second-Harmonic Genenation, SHG）非线性光学显微成像技术，3D动态、活体无损监测伤口修复过程中MSC的活动；定量分析对新生真皮层组织中胶原纤维的沉积、重构的影响；并利用生物信号通路探索对疤痕形成起关键影响的成肌纤维细胞（Myofibroblast）的调控。项目将为揭示皮肤潜在再生通路，发展“完美重建”受损成年皮肤的方法提供机理性研究基础。

该拟结题项目（81671729）旨在探讨基于细胞外基质（ECM）的壁龛（Niche）作用，即形成特定的细胞微环境从而调控系列细胞活动，研究间充质干细胞（MSCs）在特异性的ECM作用下对成年皮肤再生修复的影响，为揭示成年皮肤潜在再生通路，发展无疤愈合或完美重建提供机理性研究基础。.获得有利于提供伤口修复壁龛微环境的ADM支架： ECM特性的改变被期望会影响、调控MSCs的活动，使得缺省的伤口愈合反应得以改变，走向一个更具建设性的功能性组织形成的重塑反应，从而达到希望的伤口愈合效果。鉴于胎儿皮肤中存在一种无疤修复过程，这种特定反应被认为与胎儿皮肤本身固有特性而非胎儿环境相关。我们的突破性策略在于采用初生鼠皮肤来源的ADM（ECM）作为MSCs移植支架，该ADM提供了确有利于成年皮肤伤口修复的MSCs壁龛微环境，极大地促进了伤口的再生性愈合。.ADM在伤口修复中的作用机理：（1）采用转基因小鼠来源、稳定表达GFP的MSCs，有助于更准确地探讨MSCs作用机理。（2）ADM的免疫调控机理。ADM使缺省的促炎症反应变成了促再生反应，以特定巨噬细胞的M2极化为特征。M2 巨噬细胞接下来产生系列的伤口愈合因子，促进细胞的分化，稳定血管再生以及重塑细胞外基质。巨噬细胞的M2极化源于对ADM的胶原降解产生的充足氨基酸信号的吞噬，它激活了氨基酸敏感通路(v-ATPase, Lamtor1 和 mTORC1)。ADM在全皮层伤口愈合中通过Lamtor1介导的M2极化产生了促再生的微环境。.改进有利于伤口愈合的系列ADM支架：聚苯乙烯氧化石墨烯调控的槲皮素改性复合ADM支架；ADM复合壳聚糖作为活性氧自由基屏障提升干细胞存留时间和伤口愈合效果；新颖的整合MSCs和自分泌ECM形成的MSCs生物膜片支架。.新型BGQDs-SHG探针的发明：深入揭示MSCs在伤口愈合中的作用机理需长期、高分辨、灵敏地活体示踪MSCs的活动及行为，但目前MSCs的荧光标记由于存在光饱和、光漂白和光致毒性的缺陷，难以满足成像要求。利用非线性光学二次谐波（SHG）的光学特性，首次发展了一种高度生物相容性的具有高光学稳定性、高成像分辨、灵敏信号响应特性的硼掺杂石墨烯量子点（BGQDs）-SHG探针，将对生物医学成像活细胞示踪产生深远影响。