揭示细胞如何附着于塑料支架表面

[jlee42]

該資訊圖展示了不同紫外/臭氧（UVO）處理時間對細胞粘附的影響。 圖片來源：東京科學研究所
東京科學研究所研究人員報告稱，短時紫外/臭氧（UVO）處理可通過選擇性富集粘附蛋白，優化塑膠培養基質上的細胞粘附。 最新研究解釋了存在最佳UVO處理時間的根本原因：當表面選擇性吸附並固定關鍵粘附蛋白的能力達到最大化時，即形成最佳表面狀態。 該研究為醫學研究中聚合物材料的設計鋪平道路。
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為增強細胞粘附，塑膠通常需經紫外/臭氧（UVO）等處理，這些方法通過改變表面特性來提升細胞附著能力。 然而科學家長期發現UVO處理存在「最佳時間點」：處理時間過短或過長均會導致細胞附著不良。 決定最佳處理時間的因素及最優粘附的形成機制一直是個未解之謎。
近期，東京科學研究所（Science Tokyo）材料與化學技術學院副教授林智巨集領銜的研究團隊破解了這一難題。 該成果於2025年10月22日在線發表於《朗繆爾》期刊，系統研究了UVO處理前後聚合物表面的理化特性及蛋白吸附動力學，精準闡釋了其增強細胞粘附的原理。
研究團隊採用X射線光電子能譜和原子力顯微鏡等先進分析技術，表徵了聚苯乙烯和環烯烴聚合物表面經UVO處理后的變化。 在分子層面，他們嚴密監測了附著於聚合物表面的血清蛋白的吸附、組成及交換過程——這些物質實際構成了與培養細胞的介面。
研究結果表明，僅靠表面親水性（親水能力）和疏水性（防水能力）的提升，並不能解釋短時UVO處理下出現的最佳粘附現象。 相反，這種最優粘附直接關聯於表面特定粘附蛋白（如纖連蛋白和玻璃粘連蛋白）的選擇性富集與固定，該過程由名為"弗羅曼效應"的蛋白交換機制驅動。
在未經處理的疏水表面，白蛋白等非粘附蛋白會剛性附著，阻礙粘附蛋白的結合。 短時UVO處理形成兼具微親水區與疏水區的表面，這促進了白蛋白被粘附蛋白的替換，隨後粘附蛋白被牢固固定在殘餘疏水區域，使細胞能夠有效結合。
相反，過度UVO處理會消除過多疏水區域，導致白蛋白被更廣泛的血清蛋白混合物取代，最終降低粘附蛋白濃度，造成細胞粘附性能下降。
林智巨集解釋道：「這些發現為以往通過試錯法開發的表面處理技術提供了科學依據。 "
總體而言，該研究在材料科學與生物醫學研究的交叉領域具有重要意義。 "我們的研究為細胞培養技術中廉價材料的性能最大化提供了明確設計原則，這些技術對再生醫學和藥物發現不可或缺，且無需使用昂貴塗層劑。" 林智巨集總結道，"因此，我們預期這些成果將推動更高效可靠的細胞培養設備及醫療植入材料的開發。 "
更多資訊：海津理子等
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，《紫外/臭氧處理聚合物表面增強細胞粘附的機制及優化指南》，《朗繆爾》（2025）。 DOI: 10.1021/acs.langmuir.5c03398
期刊資訊：《朗繆爾》
供稿單位：東京科學研究所
引用：揭示細胞如何附著於塑膠支架表面 （2025年11月6日） 於2025年11月7日檢索自 Phys.org