细胞与材料相互作用的基本科学问题研究

研发新型生物材料需要对细胞与材料相互作用的科学问题有深刻认识,其中，揭示材料基质影响细胞黏附和细胞分化的规律尤为重要，但长期以来在基础研究手段上却缺乏突破。近年来，图案化表面技术为揭示细胞黏附等行为的规律提供了契机，但主要采用了微米图案，而生物学意义上的细胞黏附通过聚焦接触进行，其形成涉及到纳米超分子结构，迄今鲜见同时利用纳米图案和微米图案化表面研究细胞行为的报道；最近，材料软硬度（杨氏模量）被认为也是一种生物学信号，但在综合考察弹性和粘性对细胞响应的影响方面尚无人探究。粘弹性是聚合物的独特性质，高分子水凝胶是一种粘弹力学性质与大部分组织的细胞外基质接近的材料。本申请项目拟建立高分子水凝胶表面纳米和微米图案的制备技术平台，从不同层次研究细胞黏附和细胞分化，同时考察材料的粘弹性对于细胞行为的影响，系统地研究细胞与生物材料相互作用的基本规律。

研发新型生物材料需要对细胞与材料相互作用的科学问题有深刻认识，其中，揭示材料基质影响细胞黏附和细胞分化的规律尤为重要，但长期以来在基础研究手段上缺乏突破。近年来，图案化表面技术为揭示细胞黏附等行为的规律提供了契机。. 该项目发展了适于细胞研究的高分子水凝胶表面的图案化技术，并深入探讨了材料表面的细胞黏附与细胞分化等基本问题。项目建立了在聚乙二醇（PEG）高分子水凝胶表面构筑精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽微图案的技术平台，获得了制备具有强烈细胞黏附反差的图案化表面的独到技术；运用上述图案化表面实现了细胞定位，定义了细胞黏附“临界面积”，予以实验验证、并给出了确定临界面积的实验方法；在可以控制细胞在黏附岛上的个数和铺展面积的基础上，设计合适的图案揭示了材料表面细胞的形状、大小、细胞-细胞接触以及细胞接种密度影响干细胞分化的规律；项目还综合运用嵌段共聚物胶束模板技术和水凝胶转移技术等在PEG水凝胶表面制备了RGD纳米图案，发现干细胞分化受到活性多肽纳米间距的影响，临界纳米间距在70 nm左右。. 项目负责人以通讯作者发表SCI论文45篇，以第一发明人新申请7项中国发明专利（3项已获授权），培养了9名博士生和3名硕士生。一位博士后出站。2013年获得上海市优秀博士论文。项目负责人42度在国内外学术会议作大会报告或邀请报告，其中包括在NanoBioSeattle国际学术会议作45 min大会报告、在IUPAC新材料国际会议作45 min大会报告、在全国高分子年会作40 min大会报告。部分通讯作者论文被国际权威数据库ESI收录为新的学术前沿的核心论文。项目成果在国际学术界产生了影响。