基于仿生取向纤维的表界面功能构筑与血管细胞行为调控
发布时间：2021-01-27 12:51
临床上,每年都有因各种血管疾病（如血管损伤、缺血性疾病及动脉瘤等）带来对血管移植物的高需求。组织工程化血管（TEVGs）是未来最有前景的可用于治疗各种血管疾病的“理想”血管替代物,但目前影响TEVGs临床应用转化的一个主要原因是其植入体内的低远期通畅率问题,尤其是小口径TEVGs（<6 mm）。这主要是由于TEVGs对天然血管组织细胞外基质（ECM）的仿生性不足及领域内对细胞-基质间相互作用的认识还不充分。基于电纺仿生纤维的血管组织工程是领域内的一个研究热点,鉴于天然血管组织的各向异性结构特点,采用仿生取向纤维来构建TEVGs已逐渐受到领域研究者的关注。为实现高仿生TEVGs的构建和维持TEVGs体内的长期通畅及加快其临床应用转化,必须深入理解仿生取向纤维的重要表界面信号（拓扑、力学及生化）在调控血管细胞行为中的作用及机理。本学位论文研究从以下三个方面展开:（1）从调控仿生取向纤维表界面拓扑结构信号的角度出发,本研究首先通过调控纺丝液浓度和注射速率成功制备四种不同直径（0.49、1.76、3.06、4.15μm）的聚乳酸-己内酯共聚物（PLCL）取向纤维,并评价了对人脐静脉内皮细...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
体外、体内、原位血管组织工程示意图[11]
原位血管组织工程利用TEVGs的理化性质原位诱导宿主细胞的募集、迁移、增殖、分化和重塑等过程,最终实现对损伤血管的原位再生(图1.2)。由此可见,在原位血管组织工程中TEVGs的理化特性是诱导小口径血管重塑的先决条件[14]。理想的TEVGs应同时具备诱导细胞募集、调控细胞黏附及在支架空间的分布排列、促进细胞局域化生长增殖、分化、和引导细胞重塑形成适当ECM的能力[15-17]。当细胞与TEVGs接触时,细胞-基质间的相互作用决定着细胞行为和组织再生效果[18]。比如,粘附细胞能够感知其底下基质表界面的物理、化学和生物学信号,将这些复杂的细胞外信号通过细胞内信号级联过程传递到细胞内转化为细胞响应行为(包括细胞迁移、增殖和分化等[19]),并通过分泌降解酶和基质产物对该基质进行重塑。因此,在原位血管组织工程中如何仿生构建TEVGs来优化细胞-基质间的相互作用至关重要。
天然血管主要由内膜、中膜和外膜等3层膜结构组成(图1.3A)[20]。内膜层表面光滑,主要由EC单细胞层(即沿着血流方向取向排列[21],图1.3B)和内皮下层基底膜(含丰富的胶原和弹性纤维,呈取向拓扑结构[22],图1.3C)组成。其中,EC单细胞层具有选择通透性和良好血液相容性,在氧气和营养物质的输送、信号释放及防止血液凝固方面起着重要作用。中膜层结构偏厚,主要由致密的垂直于血流方向周向取向排列的SMC多层组织(图1.3D)组成,内含丰富的结构蛋白I型胶原和弹性蛋白[23]。外膜层位于血管的最外一层,包含有成纤维细胞、毛细血管组织和神经组织等,细胞间富含随机分布的I型胶原,但在小口径血管组织中外膜层可能不明显甚至缺失[24]。因此,当采用原位血管组织工程诱导小口径血管组织重塑时更强调血管内膜层和中膜层的再生。在纳-微米层次,内膜层和中膜层ECM均是由直径为5~500 nm尺寸的胶原纤维和弹性纤维组成,且由层粘连蛋白和纤连蛋白等纳米级黏附分子对纤维进行修饰,但区别在于各层间的ECM组分存在差异,比如内膜层ECM的蛋白主要以I、III型胶原蛋白为主,而中膜层ECM富含的蛋白主要以由SMCs分泌的弹性蛋白为主[25]。另外,内膜层和中膜层ECM纤维均呈现各向异性特性,内膜层ECM主要以沿着血流方向平行排列的取向纤维组成(图1.3C)[22],而中膜层ECM主要以垂直血流方向周向平行排列的弹性纤维组成,弹性纤维则以同心圆片的形式存在,将中膜层各SMC层分开(图1.3D)[25]。这些ECM微环境的纳-微米级各向异性特性对维持细胞的形态和功能具有重要意义,也提示构建具有各向异性结构的血管支架的重要性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The ROCK pathway inhibitor Y-27632 mitigates hypoxia and oxidative stress-induced injury to retinal Müller cells[J]. Xiao-hui Zhang,Zhao-hui Feng,Xiao-yu Wang. Neural Regeneration Research. 2018(03)
[2]Rho/ROCK信号通路研究进展[J]. 韩佳寅,易艳,梁爱华,张宇实,李春英,王连嵋,潘辰,赵雍. 药学学报. 2016(06)
本文编号：3003077
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
体外、体内、原位血管组织工程示意图[11]
原位血管组织工程利用TEVGs的理化性质原位诱导宿主细胞的募集、迁移、增殖、分化和重塑等过程,最终实现对损伤血管的原位再生(图1.2)。由此可见,在原位血管组织工程中TEVGs的理化特性是诱导小口径血管重塑的先决条件[14]。理想的TEVGs应同时具备诱导细胞募集、调控细胞黏附及在支架空间的分布排列、促进细胞局域化生长增殖、分化、和引导细胞重塑形成适当ECM的能力[15-17]。当细胞与TEVGs接触时,细胞-基质间的相互作用决定着细胞行为和组织再生效果[18]。比如,粘附细胞能够感知其底下基质表界面的物理、化学和生物学信号,将这些复杂的细胞外信号通过细胞内信号级联过程传递到细胞内转化为细胞响应行为(包括细胞迁移、增殖和分化等[19]),并通过分泌降解酶和基质产物对该基质进行重塑。因此,在原位血管组织工程中如何仿生构建TEVGs来优化细胞-基质间的相互作用至关重要。
天然血管主要由内膜、中膜和外膜等3层膜结构组成(图1.3A)[20]。内膜层表面光滑,主要由EC单细胞层(即沿着血流方向取向排列[21],图1.3B)和内皮下层基底膜(含丰富的胶原和弹性纤维,呈取向拓扑结构[22],图1.3C)组成。其中,EC单细胞层具有选择通透性和良好血液相容性,在氧气和营养物质的输送、信号释放及防止血液凝固方面起着重要作用。中膜层结构偏厚,主要由致密的垂直于血流方向周向取向排列的SMC多层组织(图1.3D)组成,内含丰富的结构蛋白I型胶原和弹性蛋白[23]。外膜层位于血管的最外一层,包含有成纤维细胞、毛细血管组织和神经组织等,细胞间富含随机分布的I型胶原,但在小口径血管组织中外膜层可能不明显甚至缺失[24]。因此,当采用原位血管组织工程诱导小口径血管组织重塑时更强调血管内膜层和中膜层的再生。在纳-微米层次,内膜层和中膜层ECM均是由直径为5~500 nm尺寸的胶原纤维和弹性纤维组成,且由层粘连蛋白和纤连蛋白等纳米级黏附分子对纤维进行修饰,但区别在于各层间的ECM组分存在差异,比如内膜层ECM的蛋白主要以I、III型胶原蛋白为主,而中膜层ECM富含的蛋白主要以由SMCs分泌的弹性蛋白为主[25]。另外,内膜层和中膜层ECM纤维均呈现各向异性特性,内膜层ECM主要以沿着血流方向平行排列的取向纤维组成(图1.3C)[22],而中膜层ECM主要以垂直血流方向周向平行排列的弹性纤维组成,弹性纤维则以同心圆片的形式存在,将中膜层各SMC层分开(图1.3D)[25]。这些ECM微环境的纳-微米级各向异性特性对维持细胞的形态和功能具有重要意义,也提示构建具有各向异性结构的血管支架的重要性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The ROCK pathway inhibitor Y-27632 mitigates hypoxia and oxidative stress-induced injury to retinal Müller cells[J]. Xiao-hui Zhang,Zhao-hui Feng,Xiao-yu Wang. Neural Regeneration Research. 2018(03)
[2]Rho/ROCK信号通路研究进展[J]. 韩佳寅,易艳,梁爱华,张宇实,李春英,王连嵋,潘辰,赵雍. 药学学报. 2016(06)
本文编号：3003077
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