生物材料特性及微環(huán)境對間充質(zhì)干細胞向心肌細胞分化的作用研究.pdf

1、心血管疾病是全世界死亡最主要的原因之一。研究心血管疾病的機理、藥物的開發(fā)和疾病的診斷治療需要來自各學科的共同努力。體外構(gòu)建心肌組織模型將為臨床前研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供一個新的手段。體外心肌組織模型是具有人類心肌生理功能的模型，由生物材料和微系統(tǒng)作為組織形成的支架，并且需要人來源的心肌細胞在支架上培養(yǎng)形成具有生理功能的心肌組織。
　　細胞是生命的基本單位，細胞通過粘附在細胞外基質(zhì)中得以生存和生長。細胞外基質(zhì)的微結(jié)構(gòu)可以通過改變細胞的形狀

2、和細胞骨架來影響細胞的一系列行為，包括細胞的遷移、增殖和分化。人工構(gòu)建生物支架用于細胞的體外培養(yǎng)和研究，不僅可以模擬細胞外基質(zhì)為細胞提供支撐，還可以通過調(diào)節(jié)生物支架微結(jié)構(gòu)來主動影響細胞的行為，比如指導(dǎo)干細胞的定向分化。指導(dǎo)干細胞定向分化是干細胞研究的主要目的之一。本論文的研究目的就是利用生物支架促進成體干細胞向心肌細胞分化，為體外心肌組織形成提供細胞來源。
　　間充質(zhì)干細胞是研究干細胞定向分化中最常用的細胞。一方面，間充質(zhì)干細胞具

3、有多向分化潛能，可以分化為成骨細胞、脂肪細胞，心肌細胞和軟骨細胞等;另一方面，間充質(zhì)干細胞的來源廣泛，分離和提取的方法簡便快捷，并且不涉及倫理問題。本論文選用的干細胞是人臍帶中分離提取的間充質(zhì)干細胞，具有免疫源性低，易于穩(wěn)定培養(yǎng)擴增的優(yōu)點。
　　本論文選擇明膠作為生物支架材料，明膠是膠原的水解產(chǎn)物，是一種蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)中含大量羥基，親水性極好，制成凝膠時適于細胞培養(yǎng)。通過生物交聯(lián)劑京尼平的交聯(lián)可提高明膠的穩(wěn)定性，獲得與體內(nèi)心肌組織的

4、彈性模量相匹配的水凝膠。利用軟刻蝕技術(shù)中的微印章方法，以具有微結(jié)構(gòu)的硅片為模板，經(jīng)聚二甲基硅氧烷(PDMS)轉(zhuǎn)印，成功制備了表面具有微結(jié)構(gòu)的水凝膠，定向排列的微結(jié)構(gòu)可促使細胞高度有序排列。氧化石墨烯(GO)以高比表面積，多羥基，親水性的物理性能，與明膠水凝膠混合，可提高水凝膠的表面粗糙度，使水凝膠擁有較高的孔隙率，孔徑減小，制備的氧化石墨烯水凝膠促進干細胞生長和分化。
　　本論文研究了在玻片、明膠水凝膠、GO摻雜明膠水凝膠、具有微

5、結(jié)構(gòu)的GO摻雜明膠水凝膠這四種生物支架表面利用5-氮胞苷，小分子，或小分子結(jié)合共培養(yǎng)三種誘導(dǎo)方法誘導(dǎo)人臍帶間充質(zhì)干細胞(hUCMSCs)分化為心肌細胞。研究結(jié)果表明，上述三種明膠類水凝膠都具有很好的細胞相容性，相比于玻片，對人臍帶間充質(zhì)干細胞分化為心肌細胞有顯著的促進作用，其中GO摻雜的凝膠作用更明顯。相比于使用5-氮胞苷的化學誘導(dǎo)方法，小分子誘導(dǎo)人臍帶間充質(zhì)干細胞分化為心肌細胞的作用更明顯，進一步的小分子結(jié)合共培養(yǎng)的誘導(dǎo)方法其對hUC