基于水凝胶的细胞力学微环境构建及在肌肉组织工程中的应用

发布时间：2021-07-14 19:14

　　在体细胞处于复杂的微环境中,微环境的动态平衡是维系细胞正常行为功能的重要条件。越来越多研究表明力学刺激信号广泛存在于细胞微环境中,对细胞行为起重要调控作用。深入开展细胞生物力学微环境的多学科交叉研究,对阐明力学刺激信号与机体发育、生长、疾病的发生发展等生命活动间的相互作用具有重要意义,目前已成为国内外力学、材料学、化学、生物医学等领域所研究的热点。水凝胶因其具有高保水性、物化性能可控、与细胞外基质结构相似、生物相容性好等特点,可作为模拟细胞微环境的基质材料。本文结合实验和有限元分析,系统开展了基于水凝胶的细胞力学微环境构建、表征及应用研究。本文以水凝胶为研究对象,从建立表征水凝胶力学特性的实验系统为出发点。提出了基于磁力的,非接触式力学测试（加载）系统的实验模型。通过给水凝胶样品添加包含有磁性微珠的“磁性端”,结合有限元分析,设计优化外加磁场强度及梯度,实现对凝胶样品力学性能的测试。磁力测试系统克服了传统力学测试方法对水凝胶加载难、加载过程易造成样品破坏等技术瓶颈。采用该系统对力学性能较好的聚丙烯酰胺水凝胶和离体组织等生物材料进行刚度特性测试,并与Bose力学测试机的测试结果作对比,验... 

【文章来源】：西安交通大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 细胞力学微环境研究现状
        1.2.1 细胞力学微环境的组成
        1.2.2 细胞力学微环境的构建
        1.2.3 细胞力学微环境的表征
    1.3 水凝胶研究现状
        1.3.1 水凝胶的制备及分类
        1.3.2 水凝胶在生物医学领域的应用
        1.3.3 水凝胶在细胞力学微环境领域的应用与挑战
    1.4 肌肉组织工程研究现状
        1.4.1 肌肉组织的构建及应用
        1.4.2 肌肉组织再生的挑战
    1.5 本文的主要研究内容和研究目标
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 研究目标
2 基于磁力的非接触式力学测试系统的建立
    2.1 前言
    2.2 实验仪器与材料
        2.2.1 实验仪器
        2.2.2 实验材料
        2.2.3 实验动物
    2.3 实验方法
        2.3.1 样品制备
        2.3.2 力学测试(加载)系统的建立
        2.3.3 系统磁性能参数的表征
        2.3.4 样品变形测量
        2.3.5 样品溶胀性能测试
        2.3.6 数值模拟方法
        2.3.7 统计学分析
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 磁力系统的准确性验证
        2.4.2 PEGDMA和GelMA水凝胶刚度测试
        2.4.3 生物组织刚度测试
    2.5 本章小结
3 细胞刚度微环境体外构建及调控
    3.1 引言
    3.2 实验仪器与材料
        3.2.1 实验仪器
        3.2.2 实验材料
    3.3 实验方法
        3.3.1 水凝胶制备
        3.3.2 成纤维细胞接种与培养
        3.3.3 CCK-8assay
        3.3.4 免疫荧光染色实验
        3.3.5 细胞存活率分析
        3.3.6 细胞粘附铺展行为分析
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 水凝胶刚度的影响因素
        3.4.2 二维微环境中基质刚度对细胞行为的影响
        3.4.3 三维微环境中基质刚度对细胞行为的影响
    3.5 本章小结
4 刚度微环境对心肌纤维化的调控机制
    4.1 引言
    4.2 实验仪器与材料
        4.2.1 实验仪器
        4.2.2 实验材料
        4.2.3 实验动物
    4.3 实验方法
        4.3.1 PAM水凝胶的制备与表征
        4.3.2 细胞的提取分离、培养与鉴定
        4.3.3 免疫荧光染色实验
        4.3.4 反转录聚合酶链反应(RT-PCR)
        4.3.5 hASCs旁分泌作用评价
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 PAM水凝胶刚度及孔隙结构表征
        4.4.2 MyoFB表型转化的影响因素
        4.4.3 基质刚度和孔隙结构对MyoFB表型转化的影响
        4.4.4 基质刚度对MyoFB表型转化的调控机制
        4.4.5 hASCs旁分泌作用对MyoFB表型转化的影响
    4.5 本章小结
5 细胞应力/应变微环境体外构建及调控
    5.1 引言
    5.2 实验仪器与材料
        5.2.1 实验仪器
        5.2.2 实验材料
    5.3 实验方法
        5.3.1 GelMA水凝胶的制备及表征
        5.3.2 力学加载实验
        5.3.3 数值模拟方法
        5.3.4 细胞接种与培养
        5.3.5 免疫荧光染色实验
        5.3.6 细胞铺展、增殖及排列分析
        5.3.7 细胞凋亡分析
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 二维梯度应力/应变微环境的构建
        5.4.2 二维微环境中梯度应力/应变刺激对细胞行为的影响
        5.4.3 三维应力/应变微环境的构建
        5.4.4 三维微环境中基质大变形对细胞行为的影响
    5.5 本章小结
6 调控细胞应力/应变微环境体外制备功能性肌纤维
    6.1 引言
    6.2 实验仪器与材料
        6.2.1 实验仪器
        6.2.2 实验材料
    6.3 实验方法
        6.3.1 GelMA/PEGDMA载细胞水凝胶纤维的制备
        6.3.2 非接触式磁力加载方法
        6.3.3 数值模拟方法
        6.3.4 免疫荧光染色实验
        6.3.5 免疫印迹实验
        6.3.6 RT-PCR实验
    6.4 结果与讨论
        6.4.1 凝胶纤维尺寸的调控
        6.4.2 凝胶纤维力学性能的调控
        6.4.3 应力/应变刺激对C2C12成肌细胞行为的调控
        6.4.4 应力/应变刺激诱导肌管形成
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 研究结论
    7.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国心血管病报告2014》概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,郑哲,蒋立新,胡盛寿.  中国循环杂志. 2015(07)
[2]活细胞结构力学与荧光张力检测探针[J]. 王鼎玉,郭军.  中国生物化学与分子生物学报. 2015(04)
[3]肌萎缩侧索硬化的营养支持治疗与经皮内镜下胃造瘘[J]. 李晓光.  中华神经科杂志. 2010 (02)



本文编号：3284727