仿血管硬度水凝胶薄膜用于动态调控细胞自噬的研究

Autophagy is one of the most important fundamental process for keeping cell/tissue homeostasis and promoting cell adaptation. Understanding of influence of biomaterials interface stiffness on cell autophagy could be of benefit to designing of new generation of biomaterials. Further, such study would lead to new possibilities on controlling cellular events through the autophagy. In this project, we design and construct a micro hydrogel film with blood vessel microenvironment stiffness. Surface stiffness of the hydrogel film would be further dynamically controlled through light or enzyme strategies. Based on the hydrogel film, we will investigate how the materials interface stiffness affect vascular smooth muscle cell’s autophagy, and the pathologic cellular events including transition of phenotypes and osteo-transdifferentiation. Our project would provide in depth understanding of the relationship between stiffness of material interfaces and cell autophagy. The project could also provide a new research paradigm for the studies between biomaterials and autophagy of other cell types.

细胞自噬是细胞内部最为基础和核心的生理行为之一，理解生物材料表界面硬度对细胞自噬的影响规律，可以从更高细胞层次上实现对细胞行为和功能的调控能力，并为新一代生物材料表界面的设计提供更为丰富的科学依据。本项目研究以此为目标，设计和构建具有仿血管生理微环境硬度的水凝胶薄膜，同时结合光化学和生物酶响应的动态硬度策略，研究材料表界面硬度对血管平滑肌细胞自噬行为的调控能力，进一步探索对平滑肌细胞病理性表型转变和成骨转分化等细胞行为的控制能力。项目研究能够为深入理解材料表界面硬度对细胞自噬行为的基本影响规律和内在机理提供可靠的科学数据，也为通过生物材料表界面调控各种类细胞自噬的研究提供科学范例。

细胞自噬是细胞内部最为基础和核心的生理行为之一，理解生物材料表界面硬度对细胞自噬的影响规律，可以从更高细胞层次上实现对细胞行为和功能的调控能力，并为新一代生物材料表界面的设计提供更为丰富的科学依据。本课题以细胞自噬为研究背景，设计和构建具有类血管生理微环境硬度的水凝胶涂层材料，研究材料表界面硬度对血管内皮和平滑肌细胞自噬行为的调控能力，进一步探索了对平滑肌细胞病理性表型转变和成骨转分化等细胞行为的影响。课题研究同时针对心血管植介入医疗器械的医用涂层开展研究，聚焦涂层材料的组成、微观结构和药物递送等功能。经过四年的工作开展，获得多项研究成果内容，主要包括：1）发现材料硬度对血管内皮和平滑肌细胞自噬有着巨大的差异化影响，为心血管植介入材料可能导致加快血管局部病理性变化提供科学依据，也为新一代医疗器械的表面设计提供科学的材料学手段；2）聚电解质等聚合物多孔微结构用于医用涂层设计，可提高药物负载效率，与血管支架相结合提高抑制血管内膜过渡增生；3）利用光热和生物酶等手段实现材料表面的基因药物的可控释放，从而有效转染内皮细胞。基于这些研究内容，发表了学术论文17篇；申请和授权国家发明专利共5项；培养毕业研究生3名，其中硕士2名，博士1名。