细胞表面壳化的研究与应用

发布时间：2020-07-26 23:11

【摘要】：细胞表面壳化是利用各种物理、化学等方法在生物细胞表面沉积有机、无机或者有机无机杂化壳,继而使得生物细胞获得新的功能的一种细胞表面改性技术。随着纳米材料科学技术的发展,细胞表面壳化的研究已经渗透到生物医学、环境科学等多个领域。通过层层自组装技术和生物仿生矿化原理,以三种不同类型的微生物细胞(大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和啤酒酵母)作为生物模板制备多层聚电解质薄膜后控制碳酸钙外壳的结晶,表征分析不同细胞表面碳酸钙晶型晶貌的差异;以同样的原理和方法在癌细胞表面制备多种聚电解质膜和碳酸钙壳,研究癌细胞表面多种壳化条件的优化、壳化层物理化学性能表征、壳化对癌细胞生理功能的影响机理以及壳化在癌症治疗中的效能评价等;随后制备了壳聚糖-甘油磷酸钠(C/GP)温敏性水凝胶,研究C/GP水凝胶外壳对癌细胞和正常细胞迁移性能和生理活性的影响。结果表明,在三种微生物细胞表面成功合成了碳酸钙纳米粒子,然而碳酸钙的晶形和晶貌是不同的:革兰氏细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)表面诱导形成颗粒状碳酸钙晶体,而酵母细胞表面诱导形成层状碳酸钙晶体,未包裹聚电解质的三种细胞表面碳酸钙的主晶为球霰石和文石,包裹聚电解质膜后,碳酸钙的方解石晶型明显增加;癌细胞表面的聚电解质膜和碳酸钙壳均能抑制癌细胞的生理活性、影响癌细胞粘附、变形、侵袭以及迁移等运动能力,分子生物学实验结果表明癌细胞表面壳化对小G蛋白的表达影响较小,但是能使癌细胞的金属基质蛋白酶分泌增加;制备出的C/GP复合物水凝胶具有良好的温敏特性,划痕实验结果显示凝胶壳可明显抑制癌细胞的迁移,活死细胞染色结果表明凝胶壳可抑制癌细胞生理活性,但对正常细胞(小鼠成纤维细胞)的生理活性影响较小,故可以作为癌细胞与正常细胞的初筛。综上所述,细胞表面壳化技术操作简单易行,且无需昂贵的设备,均能使细胞获得新的功能,扩展了细胞应用领域,为晶体生长和材料制备提供了新的理论基础;且我们还发现表面壳化技术能有效地抑制癌细胞的一些生理活动且无需昂贵的抗癌药物,在增加治疗效果的同时减少对正常组织的毒性、避免耐药性的产生,这也为临床上的诊断和治疗提供了一些证据,有望成为新的癌症治疗手段。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q2-33
【图文】：

不同涂层的酵母细胞（ａ）ＰＡＨ／ＰＳＳ包封的酵母细胞的共聚焦图－ｃ．ｏ－ＮＨ邋２＿）邋９包封的酵母细胞；（ｃ．）二氧化硅包封的酵母细胞切质包封的酵母细胞的焚光图．像ｔ２Ｑ］．ｔ邋（ｅ）邋ＰＡＨ包被的酵母细胞［稳定的Ｆｅ３０４纳米颗粒妁酵母细胞［２２］逡逑

母细胞包裹在由单宁酸和聚（Ｎ－乙烯基吡咯烷酮）（ＰＶＰＯＮ）组成的非离子氢键逡逑聚合物壳中，并通过调节壳的厚度来控制细胞分裂［２８］。以酵母细胞为生物模板进逡逑行生物包封的研究还有很多，如图１－１。逡逑Ｒａｉｃｈｕｒ等人通过聚电解质壳聚糖（ＣＨＩ）和羧甲基纤维素（ＣＭＣ）的ＬｂＬ逡逑自组装来包封益生菌嗜酸乳杆菌以增强其在胃肠道中遇到不利条件下的存活率，逡逑与＃包封细胞相比，包封细胞在模拟胃和肠液中的存活率较高。如图１－２邋（ａ）逡逑Ｍｕｌｌｅｒ等人［２９］将娃矿化墓因（Ｓｉｌｉｃａｔｅｉｎ－ａ）修饰到大肠杆菌的基因序列中，从而实逡逑现活性大肠杆菌能够在硅酸溶液中自发性硅矿化的功能。逡逑ｓｌｌｉｃｄｔｅｉｎ逡逑（ａ）逦ｐｌａｓｍｉｄ逦ｓｉｌｉｃｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑Ｑ逦ｍｏｎｏｍｅｒ邋ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ逡逑ｇｅｎｅ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ逡逑？？邋ｃ邋ｃ逦＾逡逑00邋0°逡逑Ｅ．邋ｃｏｌｉ逦ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ逦ｓｉｌｉｃａｔｅ－ｂａｃｔｅｒｉａ逡逑＾邋ａ逦一ｘｓ：栜逡逑ｕ＿ｔ—一逡逑Ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑图１－２聚（硅酸盐）包封的大肠杆菌和病毒／ＰＡＨ－ＰＳＳ杂交体的制备逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｐｏｌｙ（ｓｉｌｉｃａｔｅ）邋ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ邋Ｅ．邋ｃ＇ｏｌｉ邋ａｎｄ邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｖｉｒｕｓ／ＰＡＨ－ＰＳＳ邋ｈｙｂｒｉｄｓ逡逑４逡逑

先后吸附阳离子聚电解质ＰＡＨ和阴离子聚电解质ＰＳＳ获得病毒７邋ＰＡＨ－ＰＳＳ核／壳逡逑结构。该策略具有效率高和生物安全性好的特点》并且修饰的病毒具有不同的物逡逑理和生物学特性，如图１－２邋（ｂ）。．逡逑（ａ）逦３邋：ｆｎ邋；Ｇｅｌａｔｉｎ逡逑１）邋Ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ逡逑ｏｆ邋ＦＮ邋ａｎｄ邋ｇｅｌａｔｉｎ邋ｏｎ邋ｃｅｌｌ逡逑ｓｕｒｆａｃｅ逦万７逡逑．邋二逦？逡逑ｆｉｒｓｔ邋ｃｅｌｌ邋ｍｏｎｏｌａｙｅｒ逦ｆｉｒｓｔ邋ｃｅｌｌ邋ｍｏｎｏｌａｙｅｒ邋ｃｏａｔｅｄ逡逑ｗｉｔｈ邋ｎａｎｏ－ＥＣＭ邋ｆｉｌｍｓ逡逑？邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｃｅｌｌ邋Ｉ逡逑２）邋Ｓｅｅｄｉｎｇ邋ａｎｄ邋ａｄｈｅｓｉｏｎ邋Ｉ逡逑ｏｆ邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｃｅｌｌ逦ｆ逡逑？Ｔ３＊＇逦＊邋Ｆ邋３）邋Ｒｅｐｅａｔｉｎｇ逦？逦？逦？逦？逦？逡逑ｉ＿＋＿ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋（１）邋ａｎｄ邋（２）逡逑ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ逦Ｂｉｌａｙｅｒ逡逑Ｂａｒｅ邋ｅｍｂｒｙｏ逡逑Ｃｏａｔｅｄ邋ｅｍｂｒｙｏ逡逑图１－３邋（ａ）纤维连接蛋白（ＦＮ）和明胶包被的成纤维细胞。（ｂ）矿物壳涂层的斑马鱼胚胎逡逑５逡逑

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