微流控芯片的设计制备及用于内皮祖细胞生长行为的研究

发布时间：2017-05-25 16:01

  本文关键词：微流控芯片的设计制备及用于内皮祖细胞生长行为的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着血管支架在冠心病治疗中的应用,晚期血栓及支架内再狭窄等晚期并发症使治疗效果受到严重的挑战。天然内皮细胞具有的抗凝及抗增生特点,逐渐受到研究者的重视,于是植入性心血管材料的快速内皮化迅速成为了近几年的研究热点。内皮祖细胞作为内皮细胞的前体细胞,其在血管修复及血管新生中的作用逐渐被研究者发现并受到重视。关于内皮祖细胞用于快速内皮化的研究也越来越多。由于体内实验环境的复杂性及检测观察的困难,目前对内皮祖细胞识别、筛选、归巢分化的研究,仍然局限在体外静态二维细胞培养平台进行,分阶段单因素研究内皮祖细胞与材料的相互作用,而细胞级联、动态(内皮祖细胞捕获——分化内皮——形成内膜)的生长信息很难系统获得,材料——仿生层——细胞的原位交互作用也不能实时观察和有效调控。微流控芯片系统作为一种迅速发展起来的多功能研究平台,其在生物学中的应用为内皮祖细胞的研究带来了契机。利用它可以突破目前材料仿生构建中三维复合组建的瓶颈,在结构和功能上高仿真进行细胞微环境的三维构建,并可以实时、动态原位的研究内皮祖细胞多阶段生长行为。 本论文设计了6种拥有平行主通道的微流控芯片,通过尺寸更小的通道将平行主通道连接在一起,并利用该芯片模拟天然血管的结构来研究内皮祖细胞在内膜修复中的生长行为。利用COMSOL软件对设计的芯片进行有限元仿真,流体仿真结果显示,有两组芯片由于主通道与小通道之间的宽度比过小,出现了侧流现象,其他几组均满足要求；SDF-1扩散的仿真结果显示,所有芯片均可以在小通道中形成浓度梯度,且梯度的变化差沿液体在主通道中流动的方向逐渐变小。芯片材料(玻璃和聚二甲基硅氧烷)的细胞相容性结果显示,经等离子体处理后,聚二甲基硅氧烷(PDMS)对内皮细胞的粘附、增殖、存活率均显著提高,同时内皮细胞在玻璃表面的增殖能力增强。脐带间充质干细胞的诱导结果显示,细胞具有晚期内皮祖细胞的特征。趋化实验显示,内皮祖细胞可沿基质细胞衍生因子(SDF-1)在芯片中形成的浓度梯度差,向高浓度SDF-1处迁移趋化,并且细胞在高梯度差的SDF-1环境下的趋化效果更加明显。三维培养实验显示,内皮祖细胞在三维状态下具有成管现象。共培养实验显示,内皮祖细胞能够与平滑肌细胞在三维环境下形成血管管腔样结构。 综上所述,微流控芯片技术作为一种多功能实验平台,可以为研究内皮祖细胞对血管内膜修复提供模拟血管结构的三维环境。同时,在心血管疾病研究领域,微流控芯片技术具有非常广阔的应用前景。
【关键词】：内皮祖细胞 微流控芯片 内膜修复 干细胞诱导 仿生构建
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R54;TN492
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-33
• 1.1 引言13-15
• 1.2 内皮祖细胞(EPCs)15-22
• 1.2.1 内皮祖细胞的来源15-16
• 1.2.2 内皮祖细胞(EPCs)表面标记物16-17
• 1.2.3 内皮祖细胞对损伤部位的修复机制17-19
• 1.2.4 内皮祖细胞在心血管疾病治疗中的研究19-21
• 1.2.5 内皮祖细胞在植入性心血管材料研究中面临的问题21-22
• 1.3 微流控芯片22-30
• 1.3.1 芯片材料22-25
• 1.3.2 加工方法25-27
• 1.3.3 微流控芯片在生命科学领域中的应用27-30
• 1.4 本论文的研究目的及意义30
• 1.5 本论文的实验内容及技术路线30-33
• 1.5.1 实验内容30-32
• 1.5.2 技术路线32-33
• 第2章 微流控芯片的设计与仿真33-42
• 2.1 微流控芯片的设计33-35
• 2.1.1 设计思路33
• 2.1.2 设计方案33-35
• 2.2 微流控芯片的有限元仿真35-41
• 2.2.1 软件介绍35
• 2.2.2 芯片仿真35-36
• 2.2.3 芯片仿真结果与分析36-41
• 2.3 本章小结41-42
• 第3章 微流控芯片的制作42-57
• 3.1 材料选取42
• 3.2 材料的细胞相容性评价42-53
• 3.2.1 内皮细胞的分离与培养42-44
• 3.2.2 材料制备44-46
• 3.2.3 细胞粘附实验46-47
• 3.2.4 细胞增殖实验47-48
• 3.2.5 细胞凋亡实验48
• 3.2.6 实验结果及分析48-53
• 3.3 SU-8阳模板制备53-54
• 3.4 芯片制作54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第4章 内皮祖细胞在微流控芯片中的培养57-78
• 4.1 脐带间充质干细胞的提取、纯化及诱导57-59
• 4.1.1 实验准备57
• 4.1.2 实验步骤57-59
• 4.2 内皮祖细胞鉴定59-66
• 4.2.1 α-SMA及vWF的表达59-60
• 4.2.2 内皮祖细胞特异性蛋白的表达60-61
• 4.2.3 鉴定结果分析61-66
• 4.3 内皮祖细胞在微流控芯片中的培养66-77
• 4.3.1 初期培养中的问题66-69
• 4.3.2 细胞悬液的流速设定69-71
• 4.3.3 细胞在芯片中的粘附探究71-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第5章 利用微流控芯片研究内皮祖细胞的生长行为78-89
• 5.1 内皮祖细胞在芯片中的趋化78-82
• 5.1.1 实验准备78
• 5.1.2 实验步骤78-79
• 5.1.3 实验结果与分析79-82
• 5.2 内皮祖细胞在芯片中的三维培养82-84
• 5.2.1 实验方法83
• 5.2.2 实验结果与分析83-84
• 5.2.3 实验优化84
• 5.3 内皮祖细胞与平滑肌细胞的共培养84-88
• 5.3.1 实验准备84-85
• 5.3.2 实验步骤85-86
• 5.3.3 实验结果86-88
• 5.4 本章小结88-89
• 结论与展望89-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-108
• 附录：中英文缩略表108-111
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果111

【参考文献】

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本文编号：394217