温敏支架材料表面纳微米结构设计及其对细胞行为的调控

将材料的温敏性与纳微米拓扑结构有机结合，将具有温度响应性的聚异丙基丙烯酰胺和糖类化合物接枝到具有特定结构的纳微米拓扑表面，构建促进细胞生长的仿生环境，提高材料表面对细胞的亲和性和吸附性以及对温度的响应速率，使细胞脱附智能化，并加快细胞脱附，解决酶解法对细胞造成的损伤，得到完整的细胞片层可直接植入主体，避免主体对支架材料的排斥作用。通过揭示纳微米结构对细胞黏附、增殖与分化的影响规律，从分子和细胞水平调控生物材料与细胞间的相互作用，为促进组织工程向第三代生物材料- - 细胞和基因活化仿生材料的发展提供新思路与实践依据。

生物材料的拓扑形貌和表面化学特性是决定材料对细胞作用和影响的两个重要因素，深入研究仿生工程化材料表面与细胞之间的相互作用是设计植入物表面或细胞体外培养支架，改进和构建新一代生物材料的关键。本项目将拓扑结构与细胞片层方法进行有机结合，采用相分离法制备了聚苯乙烯微孔结构，研究了微孔结构对人正常肝细胞(HL-7702)细胞行为的影响，结果表明微孔尺寸在亚细胞尺寸范围内有利于细胞的伸展和增殖；采用光刻法制得具有条纹和柱状微结构的硅片，并以之为模板得到了规则的拓扑微结构膜，以鼠成纤细胞(L929)、人正常肝细胞(HL-7702)、大鼠骨髓间充质干细胞(rMSC)为种子细胞，研究了不同微结构对不同类型细胞行为的影响，结果表明不同拓扑结构表面对不同类型细胞产生不同的行为响应，微图案化表面有利于L929细胞的增殖和维持基因组的稳定，而平滑表面更适于rMSC细胞的体外培养与研究；通过低温等离子体方法、紫外接枝方法制备温敏表面，以正交实验确定了最优制备条件，获得了最适宜细胞生长的温敏拓扑微环境；将生物相容性良好的壳聚糖、半乳糖固定到温敏表面，研究了糖化温敏表面对细胞吸/脱附行为、细胞生长活性及细胞转载行为的影响，结果表明糖化表面由于存在与HL-7702细胞具有特异结合性的半乳糖配体，从而更加有利于细胞的粘附，微沟槽图案有利于诱导细胞的铺展及取向生长，细胞脱附率随着材料表面PNPAAm接枝量的增加而升高，窄条纹温敏膜表面细胞脱附速率最快，糖化表面的细胞脱附率因半乳糖配体与细胞间的特异性结合作用而使细胞脱附率低。本项目将材料的温敏性与纳微米拓扑结构有机结合，将具有温度响应性的聚异丙基丙烯酰胺和糖类化合物接枝到具有特定结构的纳微米拓扑表面，构建了促进细胞生长的仿生环境，得到快速响应和具有特异响应性的支架材料，且使细胞脱附智能化，并加快细胞脱附，避免了酶解法对细胞造成的损伤，为促进组织工程向第三代生物材料——细胞和基因活化仿生材料的发展提供了新思路与实践依据。