基于富勒烯的支架材料研制及在心肌组织工程的应用

发布时间：2018-03-03 01:32

  本文选题：富勒烯　切入点：棕色脂肪干细胞　出处：《哈尔滨工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国心肌梗死的发病率和死亡率居高不下,且呈现年轻化和逐渐上升的趋势。目前临床上常用治疗手段仅能起到缓解症状和一定程度上改善患者生存质量的作用,无法从根本上解决受损心肌的修复和重建问题。可注射性心肌组织工程策略为受损心肌组织的有效修复提供了新思路,然而,目前常用的可注射性材料在设计上并未考虑心梗部位过多氧自由基(ROS)的恶劣微环境以及心肌的导电特性,因此研制兼具抗氧化能力和导电特性的支架材料具有重要意义。富勒烯具有良好的导电特性,更为重要的是其衍生物-富勒醇具有优良的抗氧化特性。为此,本论文将重点阐明富勒烯对大鼠棕色脂肪干细胞(BADSCs)存活、增殖和向心肌分化的作用规律及相关分子机制,在此基础上,制备兼具抗氧化能力和导电特性的富勒醇/海藻酸钠水凝胶,研究其在ROS微环境下对BADSCs的存活、增殖及向心肌细胞分化的调控规律及相关分子机制,探索其动物体内对受损心肌的修复作用。通过显微镜观察、流式细胞仪检测、免疫荧光染色、透射电镜观察、蛋白印迹、实时定量PCR等检测手段,系统研究了不同浓度富勒烯对BADSCs毒性、增殖及向心肌细胞分化的调控规律及分子机制,结果发现富勒烯具有良好的细胞相容性,高达100μg/m L的富勒烯对BADSCs仍无细胞毒性。富勒烯可以被BADSCs摄取进入细胞内,通过调控MAPK家族信号通路(ERK MAPK和p38 MAPK)蛋白的表达量,促进了BADSCs心肌特异性蛋白和基因的表达,从而提高BADSCs的增殖及向心肌细胞分化的能力。同时,可提高细胞间缝隙连接蛋白Connexin 43的表达,进而促进了细胞间的通讯能力。通过化学修饰技术制备了水溶性的富勒烯衍生物-富勒醇,并以具有良好生物相容性的海藻酸钠为基材,以葡萄糖酸钙为交联剂,制备了可注射性富勒醇/海藻酸钠水凝胶。系统研究了水凝胶组成对其抗氧化能力和导电特性的调控规律。研究发现,该水凝胶的导电特性良好,且其电导率的升高与富勒醇含量的增加具有相关性,当水凝胶中富勒醇的浓度达到600μg/m L时,其电导率可达(0.41±0.09)10-4 S?cm-1。同时该水凝胶具有有效清除羟自由基和有机氧自由基的能力,清除效率同样与富勒醇的浓度成正比。在此基础上,将BADSCs细胞包裹到富勒醇/海藻酸钠水凝胶中,通过组织学染色、免疫荧光染色、透射电镜观察、蛋白印迹、实时定量PCR等检测手段,系统研究了在ROS微环境下材料性能对BADSCs氧化应激损伤、增殖、及向心肌细胞分化的作用规律及相关分子机制。结果发现,富勒醇/海藻酸钠水凝胶具有良好的生物相容性,更为重要的是富勒醇的引入可明显减小ROS对BADSCs细胞的氧化应激损伤,提高其存活和增殖相关信号通路p-ERK及p-p38的表达,降低凋亡相关信号通路p-JNK蛋白的表达。此外还可以促进α-Actinin、c Tn T和Cx-43这些心肌特异性蛋白的表达,同时对α-actin、cTn T和GATA-4这些心肌特异性基因的表达也具有一定的促进作用,进而调控BADSCs向心肌细胞分化的能力。综合分析以上结果,100μg/m L的富勒醇/海藻酸钠水凝胶对BADSCs的抗氧化效应、促进其增殖和向心肌分化的能力比较理想。在上述研究基础上,制备了大鼠心梗模型,将所研制的富勒醇/海藻酸钠水凝胶携带BADSCs注射到大鼠心梗区域,通过组织化学染色、免疫荧光染色、心脏超声及激光多普勒技术详细研究了其对体内心梗微环境的调控作用及对受损心肌的修复作用。研究发现,富勒醇的引入可明显降低心梗区活性氧自由基数量,且与空白对照组相比,100μg/m L的富勒醇/海藻酸钠水凝胶携带BADSCs注射修复心梗的效果最好,可明显增加梗死区域血管密度,减小心梗部位面积,增加心室壁厚度,改善心功能和减小心肌损伤,从而延缓了心肌梗死后心室重塑进程。综上所述,本研究成功研制了兼具抗氧化能力和导电特性的心肌组织工程用水凝胶材料,并从材料水平、细胞水平、蛋白水平、基因水平、动物水平系统阐明了材料性能对BADSCs的存活、增殖及向心肌细胞分化的调控作用及相关分子机制,探索了其治疗心肌梗死的可能性,为心肌组织工程用生物材料的研制提供了一定的理论基础和实验依据。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R542.22

【相似文献】

相关会议论文 前2条

1 王春儒;;打破富勒烯的独立五元环规则[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

2 王培杰;方炎;;富勒烯C_(60)、C_(70)分子在金纳米颗粒表面的吸附趋向的SERS以及群理论研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年

相关重要报纸文章 前1条

1 华凌;新方法合成的富勒烯硬度超钻石[N];科技日报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 崔金星;大碳笼富勒烯和内嵌金属富勒烯的高压研究[D];吉林大学;2016年

2 郝彤;基于富勒烯的支架材料研制及在心肌组织工程的应用[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 任小元;富勒烯及其衍生物的理论与实验研究[D];浙江大学;2005年

4 许磊;大富勒烯结构与稳定性的理论研究[D];中国科学技术大学;2007年

5 廖照江;非经典C_（60）的捕获和富勒烯形成机理研究[D];厦门大学;2007年

6 袁勇波;原子小团簇激发态性质及掺杂富勒烯密度泛函计算研究[D];南京理工大学;2007年

7 崔雯;新型富勒烯掺杂复合材料的合成及其高压相变研究[D];吉林大学;2014年

8 岳锌;原子与富勒烯笼的相互作用的第一性原理研究[D];大连理工大学;2007年

9 陈晨;基于富勒烯、卟啉和咔咯的新颖二元体系的构筑及性质研究[D];南开大学;2013年

10 杨华;钆碳化物金属富勒烯Gd_2C_2＠C_（92）和小碳纳米管C_（90）[D];浙江大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨婷;内嵌原子簇富勒烯的制备,结构表征及化学反应性的研究[D];苏州大学;2015年

2 龚文林;富勒烯聚缩水甘油醚硝酸酯及其铅/铜盐的合成与热性能研究[D];西南科技大学;2015年

3 顾艳;手性C_(60)富勒烯液晶的合成及表征[D];苏州大学;2014年

4 马丽霞;富勒烯材料修饰电极的制备及其在电催化中的应用[D];东华大学;2016年

5 朱峰;微环境影响的富勒烯电弧合成[D];厦门大学;2009年

6 韩晓晨;金属富勒烯合成及提取方法的研究[D];东北大学;2008年

7 徐莉;内嵌金属富勒烯的计算研究[D];西南大学;2012年

8 李慧;内嵌金属富勒烯的分离、反应及性质研究[D];黑龙江大学;2013年

9 杜爱兵;煤基纳米洋葱状富勒烯的制备研究[D];太原理工大学;2005年

10 蔺娴;纳米洋葱状富勒烯的制备及其表面化学修饰的研究[D];太原理工大学;2007年

，

本文编号：1559005