IF 21.3：上海九院林开利团队发现定向静电纺丝纤维通过Rap1/YAP信号通路，诱导细胞及核形态重塑以增强骨再生

生物材料的拓扑特征通过细胞骨架-核动态调控增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨潜能，在骨再生调控中发挥关键作用。然而，拓扑结构诱导的细胞形态调控与细胞骨架-核响应之间相互作用的精确机制仍未明确。

对此，上海交通大学医学院附属第九人民医院林开利教授团队于2025年8月于学术期刊《Advanced Fiber Materials》上（IF 21.3）发表了题为“Aligned Electrospun Fibers Inducing Cell and Nuclear Morphology Remodeling via Ras-Associated Protein 1/Yes-Associated Protein Signaling Enhances Bone Regeneration”新成果，成功揭示了定向静电纺丝纤维通过Rap1/YAP信号通路诱导细胞及核形态重塑以增强骨再生。

骨再生研究

图1. 文献封面截图

研究亮点

该研究制备了具有明显定向和随机拓扑结构的静电纺丝纤维膜，体外观察发现BMSCs在定向纤维膜上的成骨分化显著增强。RNA测序分析显示，细胞骨架重组、粘着斑及Rap1信号通路在此过程中起关键作用。具体而言，定向拓扑结构驱动的细胞伸长激活了p130Cas/Crk/Rap1通路，进而调控丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导和细胞骨架重排。这种细胞骨架重塑诱导核变形并增强Yes相关蛋白（YAP）的核转位，协同促进成骨过程。最后，体内实验在大鼠颅骨缺损模型中进一步证实了定向纤维膜具有更优异的骨再生能力。这些发现凸显了定向纤维拓扑特征在调控细胞及核形态以增强骨再生中的重要性，为组织工程应用提供了一种新颖且有效的策略。

研究材料与方法

研究材料：

大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs），赛业OriCell^®优级胎牛血清（货号FBSSR-01021），静电纺丝纤维膜等。

技术方法：

体外制备具有明显定向和随机拓扑结构的静电纺丝纤维膜；
体外研究不同结构的静电纺丝膜对BMSCs的成骨向分化促进作用及相关机制；
体内实验通过大鼠颅骨缺损模型评估不同结构静电纺丝膜的促成骨作用。

图2. 通过Rap1-YAP信号通路介导的细胞及核形态重塑，定向静电纺丝纤维膜增强骨再生示意图。

研究结果

不同拓扑结构的静电纺丝纤维膜的制备和表征

研究团队选用生物可降解材料聚乳酸（PLLA）制备了具有不同拓扑结构 (明显定向/随机排列) 的静电纺丝纤维膜，验证定向排列纤维对BMSCs成骨分化的增强作用。

图3. 静电纺丝纤维膜的制备和表征

有序拓扑结构增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的体外成骨分化

研究团队制备不同结构的静电纺丝膜并将BMSCs接种于膜表面进行培养，通过CCK-8增殖、活/死、ALP染色、PCR及免疫荧光实验观察验证有序静电纺丝膜可有效促进BMSCs的体外成骨分化水平。（利用赛业OriCell^®提供的优级胎牛血清培养BMSCs）

骨再生研究

图4. 有序静电纺丝膜可有效促BMSC的体外成骨分化

有序纤维膜增强体内骨再生

研究团队构建大鼠颅缺模型，并植入不同拓扑结构的纤维膜。通过Micro-CT、组织学染色实验证明有序结构膜有效促进体内骨再生。

骨再生研究

图5. 静电纤维膜调控大鼠颅缺骨再生

总结

本研究制备定向和随机静电纺丝纤维膜后发现，定向纤维膜显著增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）体外成骨分化。RNA测序揭示细胞骨架重组、粘着斑Rap1信号通路是关键，具体通过定向拓扑驱动细胞伸长激活p130Cas/Crk/Rap1通路，调控MAPK信号与细胞骨架重塑，进而诱导核变形及Yes相关蛋白（YAP）核转位，协同促进成骨。大鼠颅骨缺损模型体内实验进一步证实定向纤维膜骨再生能力更优。该研究凸显定向纤维拓扑通过调控细胞及核形态增强骨再生的重要性，为组织工程提供新策略。

原文检索：

[1] Jiang, S., Zhou, J., Zhao, C. et al. Aligned Electrospun Fibers Inducing Cell and Nuclear Morphology Remodeling via Ras-Associated Protein 1/Yes-Associated Protein Signaling Enhances Bone Regeneration. Adv. Fiber Mater. (2025). https://doi.org/10.1007/s42765-025-00596-9

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