聚氨酯表面形貌对细胞分化行为的影响

发布时间：2020-03-21 18:57

【摘要】：生物材料的表面性质对其生物相容性至关重要。由于材料表面组成和结构复杂性,且存在一定的相互干扰与制约,影响了人们准确了解材料表面性质和结构对细胞生物学行为的影响。虽然在表面规则形貌对细胞行为影响有较多的研究,但该方法对于目前绝大多数的生物材料成型制备方法并不完全适用。因此,通过常规方法构建出规则性相对弱一些的材料表面形貌研究其对细胞行为的影响,仍然具有很大实际意义。聚氨酯是众所周知的生物相容性材料,由于其可控的化学结构,使聚氨酯材料同时也具备了可控的降解性能、力学性能,被广泛用于心血管支架材料、矫形材料、心脏瓣膜以及组织工程支架材料等。本研究以聚氨酯为基础材料,通过在该材料中分别掺入不同颗粒大小(48~100目、100~160目、160~300目)和不同颗粒含但相同颗粒大小(100~160目)的羟基磷灰石(HAP)和氧化锆(Zr O_2)依次构成几个系列的表面粗糙度不同的聚氨酯凸型膜(HA-x组;HA-Dx组;Z-x组和Z-Dx组);同时用NaCl为造孔剂,制备了一系列孔径不同的聚氨酯凹型膜(N 1-3组)。分析测试结果表明,通过对相关工艺的调控,能够获得具有可控表面粗糙度的聚氨酯膜。研究以上述膜为基础材料,选用小鼠间充质干细胞(mBMSCs)、ATDC5细胞和人软骨细胞(HC)模拟软骨发育过程中不同的细胞分化阶段,通过研究细胞在不同类型的聚氨酯薄膜表面上细胞增殖、铺展及分化行为,探索适于不同阶段细胞生长所需要的基质表面形貌特点。细胞增殖实验表明细胞在各组材料上均表现为稳定的增殖,活死染色结果未发现细胞在材料表面大量死亡,显示出各组材料良好的细胞相容性。同时,细胞骨架染色在各组材料上未见显著差异,表明材料表面由不规则形貌变化导致的粗糙度的改变对细胞的形貌无太大影响。RT-PCR和sGAG定量结果表明,PU/ZrO_2(Z-x)系列中,较低的粗糙度Ra=0.59μm最适合ATDC5和mBMSCs细胞的成软骨分化,而在PU/HAP(H-x)系列中,适中的粗糙度Ra=26.8μm则更适合HC细胞的软骨表型维持和mBMSCs细胞的成骨分化。ATDC5、HC、mBMSCs三种细胞在凹型膜上的成软骨分化趋势是一致的,即N-2组更有利于细胞的成软骨分化和软骨表型的维持。该研究的结果表明,组织生长发育过程中存在的不同分化阶段的细胞,其对细胞外基质形貌特点的依赖性有差异,上述结果为将来将聚氨酯材料作为修复材料提供相关的设计思路。
【图文】：

形貌,细胞增殖,行为,细胞

图 1-1 细胞-材料界面影响细胞增殖、铺展、极化、分化等行为[116]Fig.1-1 The interface between cell and matrix modulates cell behaviours suchproliferation,spreading,polarization and differentiation表面拓扑结构Kilian 等在不同纵横比、表面曲率、相同铺展面积的 SAMs 基底表面研究了的成脂和成骨分化，，结果显示图案纵横比越大越有利于成骨分化，凸型表面对成脂有利，凹型表面则更倾向促进 MSCs 向成骨方向分化[80]。Maike 等研究 hMSCs 在表面曲率的细胞迁移和分化行为，在凹型表面，细胞迁移速度最快，细胞成“向上形态；在凸型表面，lamin-A 表达量提高，成骨分化趋势明显[81]。Wu 等在 PCL 基用热纳米压印技术分别制备了纳米柱、纳米孔和纳米格栅，与非图案化表面相比柱和纳米孔形貌促进了 MSC 成软骨分化，而在纳米格栅表面形成表层纤维软骨Dalby 等改变 PMMA 纳米柱的有序程度，hMSCs 在完全有序或完全随机的纳米孔

纵横比,表面曲率

图 1-2 纵横比和表面曲率对成脂和成骨分化的影响[80] Effect of aspect ratio and curvature on adipogenesis and osteogenesis
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

【参考文献】