C2小分子水凝膠的設計制備及多維細胞粘附可控的研究.pdf

1、在細胞培養(yǎng)前期，如何調(diào)控細胞在支架材料上的粘附對于細胞后期的分裂、增殖、遷移及分化都有重要影響。因此設計合成一類對細胞粘附可控的支架材料是細胞培養(yǎng)研究中的關(guān)鍵。
　　小分子水凝膠作為一類新型細胞培養(yǎng)支架材料，無論在材料可設計性，環(huán)境響應性，還是生物相容性等方面都表現(xiàn)出了傳統(tǒng)高分子生物材料不具備的優(yōu)勢，在細胞培養(yǎng)，組織工程，創(chuàng)傷愈合等方面有著廣闊應用前景。但是由于目前對小分子水凝膠因子結(jié)構(gòu)設計、制備及分子間協(xié)同作用等機理等關(guān)鍵科學問

2、題研究還不夠深入，因此還存在凝膠因子發(fā)現(xiàn)具有偶然性，自組裝效率及對外界刺激敏感響應度不高等問題。
　　針對以上問題，我們從小分子凝膠因子組裝機理出發(fā)，設計合成了一類以環(huán)己烷或苯環(huán)為中心核，1、4對位中間層嫁接氨基酸，外層可修飾多種官能團的C2小分子凝膠因子。由于分子的高度對稱性及親疏水區(qū)域的間隔排列，使C2凝膠因子可以在水相溶液中高度分散，避免了分子在自組裝前的團聚，提高了自組裝效率，增強了自組裝過程的可控性。其次，該類分子形成水

3、凝膠的pKa與單分子的本征pKa極為接近,凝膠體系對外場刺激有敏感的智能響應。此外，嫁接不同的功能基團在單分子骨架外層，可以賦予自組裝所形成的納米纖維不同的界面性能，得到具有多功能的細胞培養(yǎng)支架材料。在此基礎上，詳細研究了利用凝膠形貌，化學成分、界面浸潤性等調(diào)控細胞在二維及三維環(huán)境中的粘附行為。論文包含以下四個部分：
　　1．C2小分子水凝膠體系的設計制備及在二維細胞脫附中的應用
　　1）設計合成了一系列結(jié)構(gòu)高度對稱，自組裝

4、效率高，對外界刺激敏感響應的C2氨基酸類小分子水凝膠因子。
　　2）研究了pH改變對凝膠宏觀力學性能及微觀纖維結(jié)構(gòu)的影響，提出了通過調(diào)控環(huán)境pH值控制凝膠組裝結(jié)構(gòu)。
　　3）利用C2凝膠纖維結(jié)構(gòu)對環(huán)境pH值敏感響應的特點，實現(xiàn)了通過微弱調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值，引起纖維結(jié)構(gòu)解體，達到促使粘附其上的細胞逐漸脫附的目的。開辟了不使用胰酶，僅調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值使細胞脫附的方法。
　　2. C2組裝纖維界面浸潤性對細胞三維粘附的調(diào)控

5、r>　　1）利用C2凝膠因子對溶劑極性敏感響應的特點，通過將凝膠因子的DMSO溶液與細胞培液混合，構(gòu)建了三維凝膠網(wǎng)絡支架，實現(xiàn)了體外細胞三維培養(yǎng)。
　　2）通過調(diào)節(jié) C2凝膠因子末端官能團性能，嫁接不同鏈長的乙二醇分子，可以實現(xiàn)對組裝纖維界面浸潤性的調(diào)控。
　　3）通過構(gòu)建界面浸潤性不同的三維凝膠網(wǎng)絡，實現(xiàn)了通過浸潤性調(diào)控細胞粘附和增殖。具有不同界面浸潤性的纖維表面對細胞培液中蛋白質(zhì)的吸附速率及吸附總量不一樣。吸附在纖維表面

6、的蛋白質(zhì)在細胞粘附到材料過程中起到了介導作用，纖維表面吸附的蛋白質(zhì)越多，細胞膜蛋白與這些促細胞粘附蛋白相互作用幾率越大，細胞粘附到纖維支架上的數(shù)量越多和后期得到的細胞增殖量也就越多。
　　3.利用促細胞粘附多肽RGD調(diào)控細胞三維粘附
　　1）在C2凝膠因子末端共價嫁接促細胞粘附多肽RGD，通過凝膠因子高效共組裝，實現(xiàn)了RGD在凝膠多維結(jié)構(gòu)中的固定。
　　2）利用促細胞粘附多肽RGD修飾凝膠纖維，實現(xiàn)了通過RGD-整聯(lián)素

7、特異性結(jié)合來調(diào)控細胞粘附和增殖的目的。RGD可以特異性和整聯(lián)素受體結(jié)合，成為細胞粘附的主要位點，在細胞培養(yǎng)初期快速提高細胞在纖維上的粘附，且細胞粘附數(shù)量隨RGD引入量的增加而增多。
　　4.利用生物素-親和素特異性結(jié)合調(diào)控細胞三維粘附
　　1）在C2凝膠因子末端共價嫁接生物素，通過凝膠因子高效共組裝，實現(xiàn)生物素對凝膠纖維的界面修飾。
　　2）利用細胞表面親和素與纖維表面生物素間特異性結(jié)合，在細胞三維培養(yǎng)初期可以使細胞快