Thermoplasmonic Regulation of the Mitochondrial Metabolic State for Promoting Directed Differentiation of Dental Pulp Stem Cells

牙髓干细胞 化学 细胞生物学 干细胞 细胞分化 再生医学 成牙本质细胞 组织工程 细胞 线粒体 生物物理学 生物医学工程 生物化学 牙髓(牙) 生物 病理 医学 基因
作者
Jiafeng Wang,Xiaozhang Qu,Chen Xu,Zhimin Zhang,Guohua Qi,Yongdong Jin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (27): 9564-9571 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c00288
摘要

Regulating stem cell differentiation in a controllable way is significant for regeneration of tissues. Herein, we report a simple and highly efficient method for accelerating the stem cell differentiation of dental pulp stem cells (DPSCs) based on the synergy of the electromagnetic field and the photothermal (thermoplasmonic) effect of plasmonic nanoparticles. By simple laser irradiation at 50 mW/cm2 (10 min per day, totally for 5 days), the thermoplasmonic effect of Au nanoparticles (AuNPs) can effectively regulate mitochondrial metabolism to induce the increase of mitochondrial membrane potential and further drive energy increase during the DPSC differentiation process. The proposed method can specifically regulate DPSCs' cell differentiation toward odontoblasts, with the differentiation time reduced to only 5 days. Simultaneously, the molecular profiling change of mitochondria within DPSCs during the cell differentiation process is revealed by in situ surface-enhanced Raman spectroscopy. It clearly demonstrates that the expression of hydroxyproline and glutamate gradually increases with prolonging of the differentiation days. The developed method is simple, robust, and rapid for stem cell differentiation of DPSCs, which would be beneficial to tissue engineering and regenerative medicine.
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