不同硬度聚丙烯酰胺凝膠基底對內(nèi)皮細(xì)胞生物力學(xué)行為的影響.pdf

1、心血管疾?。–VD）是全球人口發(fā)病率和死亡率最高的疾病之一，而動脈粥樣硬化（AS）則是主要的心血管類疾病之一。在動脈粥樣硬化疾病發(fā)生發(fā)展過程中，由于血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）增殖遷移、基質(zhì)膠原大量沉積、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白交聯(lián)等，血管壁硬度逐漸增加。隨著剛度增加，血管壁內(nèi)皮層滲透性增加，白細(xì)胞轉(zhuǎn)移增加，這也是動脈粥樣硬化病變過程的標(biāo)志之一。目前，對動脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)理的研究多從 VSMCs、炎癥細(xì)胞等入手，而從力學(xué)角度研究基底剛度與內(nèi)皮細(xì)胞

2、（ECs）相互作用的并不多見，血管病變過程中血管壁剛度的變化對血管內(nèi)皮細(xì)胞的鋪展、粘附、遷移等生物力學(xué)行為的影響及其可能的分子學(xué)機(jī)制，目前尚無定論。
　　為了弄清內(nèi)皮細(xì)胞在動脈粥樣硬化病變發(fā)展過程中對血管壁硬度變化的生物力學(xué)響應(yīng)，從而更好地維護(hù)心血管的健康，本研究利用聚丙烯酰胺水凝膠（PA gel），設(shè)計(jì)制備不同硬度聚丙烯酰胺凝膠基底，模擬血管正常生理狀態(tài)和病變不同階段血管壁硬度，分析不同硬度基底對血管內(nèi)皮細(xì)胞骨架組裝、細(xì)胞鋪展和

3、遷移等行為的影響。在此基礎(chǔ)上，通過對“細(xì)胞外基質(zhì)—整合素—黏著斑—細(xì)胞骨架”這條與細(xì)胞鋪展遷移密切相關(guān)的信號軸上關(guān)鍵蛋白表達(dá)及其在細(xì)胞內(nèi)的分布，探尋基底硬度調(diào)控細(xì)胞鋪展、遷移等行為的作用規(guī)律。
　　本文的主要內(nèi)容和結(jié)果：
　　①聚丙烯酰胺凝膠基底的制備、表面修飾及表征。丙烯酰胺單體、甲叉雙丙烯酰胺交聯(lián)劑按不同配比聚合，動靜態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)測得不同配比丙烯酰胺水凝膠的楊氏模量E分別為11.12kPa、33.01kPa、57.61k

4、Pa、80.66kPa，可以較好的地模擬正常血管及病變血管的硬度。各硬度PA膠表面用I型鼠尾膠原（Col-I）修飾，原子力顯微鏡（AFM）掃描分析修飾后的凝膠表面形貌顯示，PA膠表面粗糙度為1.682E+01nm，表面有錐形凸起，但最高不超過200nm。
　?、诨子捕葘?nèi)皮細(xì)胞形貌、鋪展、極化行為的影響。不同硬度聚丙烯酰胺凝膠基底與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）共培養(yǎng)，細(xì)胞免疫熒光分析細(xì)胞骨架纖維組裝和排列隨基質(zhì)硬度的變化。在

5、較軟基底表面生長的細(xì)胞，細(xì)胞骨架纖維短小、纖細(xì)，無法形成明顯纖維束，隨著基底硬度增加，骨架纖維變長變粗，形成相互交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維束，基底硬度越高，骨架纖維交聯(lián)度也越高；在較高硬度基底上，細(xì)胞骨架纖維排列發(fā)生極化，排列方向與細(xì)胞長軸方向基本平行。利用活細(xì)胞工作站實(shí)時(shí)觀察記錄細(xì)胞形貌、鋪展、極化隨基底硬度的動態(tài)變化。在較軟基底表面，內(nèi)皮細(xì)胞呈圓形，鋪展面積小，隨著基底硬度增加，細(xì)胞在基底表面的鋪展面積增大，細(xì)胞長短徑比率增大；在80.66kP

6、a的較硬基底上，細(xì)胞極化現(xiàn)象明顯，呈梭型，并出現(xiàn)伸長的尾部。
　　③基底硬度對內(nèi)皮細(xì)胞遷移行為的影響。不同硬度聚丙烯酰胺凝膠基底與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，活細(xì)胞工作站實(shí)時(shí)觀察記錄細(xì)胞遷移行為。單個 HUVEC細(xì)胞遷移速率和位移均隨基底硬度增加而增大；細(xì)胞在軟基底上運(yùn)動比較隨機(jī)，方向變化較快，而較硬基底表面，細(xì)胞運(yùn)動更規(guī)律。
　?、芑子捕葘?xì)胞內(nèi)力響應(yīng)蛋白分布及含量的影響。人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞分別在不同硬度聚丙烯酰胺凝膠基底上培養(yǎng)48h