高分子修饰的纳米金沉积膜对胚胎干细胞生长和分化的影响

The study on human tissue repair and regeneration through the growth and differentiation of stem cells has been an important issue in the field of biomedicine. It is of great importance to regulate the growth and differentiation of stem cells in stem cell therapy by the synergistic effect of the environmental stimuli sensitivity of polymers and the topographic structure of the material surface. In this project, polymer-modified gold nanoparticle layers is proposed to control the growth and differentiation of embryonic stem cells through the synergistic effect of the chemical property of polymers and the topographic structure of the surfaces.Some stimuli-responsive polymers and block copolymers are grafted on gold nanoparticle layers with different morphologies, through surface initiated-atom transfer radical polymerization (SI-ATRP), in order to construct a series of gold nanoparticle layer with different surface properties. The sensitivity of these material surfaces to environmental conditions and the effect of these surfaces on the growth and differentiation of embryonic stem cells will be investigated, the significance and mechanism of the synergistic effect on the adhesion, proliferation and differentiation of embryonic stem cells will be well revealed. And this project will provide both theoretical principles and experimental evidences for the application of the synergistic effect of the chemical property of polymers and the topographic structure of the surfaces in biomedical materials. And it will further promote the preparation of novel biomaterials.

借助干细胞的生长和分化，开展人体组织修复与再生研究已成为生物医学领域的重要课题。利用材料表面高分子的环境响应性与材料表面拓扑结构的协同作用来调控干细胞的生长和分化，在干细胞治疗中具有重要的意义。本项目提出用响应性高分子修饰具有微纳米结构的纳米金沉积膜，通过高分子的化学性质和表面拓扑结构的协同作用来调控胚胎干细胞在材料表面的的黏附、增殖和分化。本项目采用表面引发原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP），在不同形貌的纳米金沉积膜上修饰响应性高分子及嵌段聚合物，构建一系列表面性质可调的纳米金沉积膜；研究材料表面性质的环境响应性；并探讨其对胚胎干细胞生长与分化的影响规律，从而揭示材料表面化学性质与其拓扑结构的协同作用在胚胎干细胞黏附、增殖和分化等过程中的作用与机制。该项目可为材料表面化学性质与其拓扑结构的协同作用在生物医用材料上的应用提供理论基础和实验依据，为制备新型生物材料提供必要的研究基础。

胚胎干细胞具有生长的全能性，其能够通过自身程序性发育或环境刺激分化形成机体所有类型的细胞，因此调控干细胞的生长和分化对细胞的诱导功能性有十分关键的意义，开展人体组织修复与再生研究已成为生物医学领域的重要课题。综合利用材料表面高分子的环境响应性与材料表面拓扑结构的协同作用来调控干细胞的生长和分化行为，在干细胞治疗中具有十分重要的意义。本项目提出用响应性高分子修饰具有微纳米结构的纳米金沉积膜，通过合成具有不同环境响应性的功能高分子，利用其修饰纳米材料表面，并结合材料表面拓扑结构的协同作用来调控胚胎干细胞在材料表面的的黏附、增殖和分化。本项目首先在高分子聚合技术的基础上合成了环境响应性高分子温度响应性高分子聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAAm）、pH响应性高分子聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（pDMAEMA）和聚甲基丙烯酸（PMAA）以及生物响应性糖聚物等，利用表面组装策略在不同形貌的纳米材料表面开展高分子修饰研究，实现了材料表面物理化学性质的调控；系统研究了材料表面性质的环境响应性对其结合和释放蛋白质的动态行为，并通过监测蛋白质活性在此过程中的响应机制，达到了对材料生物学活性的调节控制；同时，通过研究材料对胚胎干细胞黏附、生长和分化的影响，探讨其对胚胎干细胞生长行为的作用规律，揭示了材料表面化学性质与其拓扑结构的协同作用在胚胎干细胞黏附、增殖和分化等过程中的作用与机制，为材料表面化学性质与其拓扑结构的协同作用在生物医用材料上的应用提供理论基础和实验依据，为制备新型生物材料提供必要的研究基础。本项目通过系统研究，获得一系列基础研究成果，在SCI引用的学术期刊上发表研究论文18篇，其中13篇论文影响因子大于7.0；同时，利用这些成果申请国家专利两项；培养博士和硕士研究生15名。