基于细胞组装的功能性组织形成调控和药物筛选技术研究

细胞三维受控组装为组织工程和药物筛选拓展了新的理论和技术空间。细胞自组织形成多级、有序结构是实现组织器官功能的基础，调控该过程是细胞组装当前面临的关键科学问题。本项目提出，研究用细胞组装技术调控细胞分化自组织形成功能性组织结构的理论和方法。体内细胞分化自组织过程受结构、力学特性和活性因子等因素调控，细胞组装技术可通过控制这些因素调控该过程。课题具体面向与高发疾病相关的能量代谢系统，在分析建模实现功能需要的组织结构后，研究利用细胞组装技术：直接装配>50μm的功能结构框架；控制活性因子定位和程序作用调控干细胞分化；控制结构、材料形成的力学和化学环境诱导<50μm的功能结构形成等问题。实现相关的调控理论和方法构建，建立具有功能性组织结构的能量代谢系统模型，并初步探讨相关技术在高内涵药物筛选领域中的应用。研究将为组织工程和再生医学积累新理论和技术，为药物筛选和细胞芯片提供新的技术方案。

细胞三维受控组装为组织工程和药物筛选拓展了新的理论和技术空间。细胞自组织形成多级、有序结构是实现组织器官功能的基础，调控该过程是细胞组装当前面临的关键科学问题。本项目提出，研究用细胞组装技术调控细胞分化自组织形成功能性组织结构的理论和方法。体内细胞分化自组织过程受结构、力学特性和活性因子等因素调控，细胞组装技术可通过控制这些因素调控该过程。.1)选取了与高发疾病糖尿病、心血管疾病相关的代谢能量代谢系统作为切入点，研究了机体能量代谢系统对功能性组织结构的要求和功能结构建模；完成了血管网络结构的解剖学、组织学数据分析和3D模型构建；功能细胞层和细胞团的解剖学、组织学数据分析和3D模型构建。.2)基于细胞组装技术，建立了基于细胞三维组装技术对多级结构组装的控制方法；细胞三维组装技术对活性因子定位复合和程序作用的控制方案；实现了细胞三维组装技术对结构和材料形成的力学环境的控制。.3)研究用细胞组装技术控制调控信息，完成了直接构建>50μm的多级功能性结构框架；形成了一种用活性因子定位和程序作用调控干细胞定位分化和有步骤逐层分化的方法；总结了在>50μm的功能结构框架下，分化的干细胞在力学环境等因素诱导下进行有序排列形成<50μm的功能性结构的基本原理；完成了多因素协同调控形成功能性组织结构的一种方法并系统讨论了其原理。.4)建立了具有复杂功能性组织结构的代谢综合症药物筛选模型，完善前期建立的HCS技术平台，并筛选出了两种活性化合物；.5)设计了适合细胞组装的细胞芯片，构建了具有功能性组织的多细胞系统的微电极阵列细胞传感器。.综上，本研究较好的完成了预期研究目标，证明了基于细胞组装技术调控功能性组织形成的可能，并形成了几种有效有用的方案，在将细胞组装技术和细胞芯片技术研究结合上有新的突破。发表了包括TOP期刊的文章10余篇，发明专利3项，省级高校科技成果奖二等奖1项等一系列成果。