细胞选择性梯度材料表面蛋白质粘附的时空演化及其对细胞迁移的影响

The gradient biomaterials can offer an unsymmetrical niche in physicochemical properties, which is particularly important for the regeneration of blood vessels, nerves and osteochondral tissues. In the serum-containing mediums and body fluid, this type of biomaterials is similarly adsorbed with serum proteins of different species, amount, and confirmation along with the change of spatial position and evolution of time, and thereby mediates the cellular behaviors. In this project, the correlation between the protein adsorption behaviors and cell motility on the gradient biomaterials, especially the cell-selective gradient biomaterials shall be elucidated to clarify the intrinsic mechanism of cell migration on the gradient biomaterials, and thus providing theoretical bases for design of novel advanced biomaterials. Firstly, the gradient biomaterials that can selectively allow the attachment of endothelial cells (EC) and nerves cells (NC), and thereby guide their migration in terms of rate and direction shall be fabricated and characterized. Then, the competitive attachment and motility of the targeted cells (EC and NC) in the presence of other types of cells shall be studied. Next, the species, amount, confirmation, activity, and dynamics and thermodynamics of serum proteins adsorbed on the gradient biomaterials as well their evolution as a function of spatial position and time shall be clarified. Finally, the results and principles of the cell attachment and motility, and protein adsorption shall be analyzed and reasonably correlated to figure out the interaction model between the gradient biomaterials, protein adsorption, and cell migration.

梯度生物材料可以提供一个非对称的化学物理环境，在血管、神经和骨-软骨等组织的再生中有着非常重要的作用。在血清介质或者体液环境下，其调控细胞的行为同样受到表面粘附的蛋白质的种类、数量及其随时间和空间位置变化的介导。本项目通过关联梯度生物材料，尤其是细胞选择性梯度生物材料表面的蛋白质粘附行为和细胞迁移行为，阐明梯度生物材料调控细胞迁移的内在机制，为先进生物材料的表面设计奠定理论依据。内容包括制备与表征能对内皮细胞和神经细胞选择性粘附进而调控其迁移速率和方向的梯度生物材料；研究多细胞环境下内皮细胞和神经细胞的粘附与迁移行为；阐明血清蛋白质在梯度生物材料表面粘附的种类、数量、构象取向、动力学和热力学的时空演化规律。最后，总结梯度生物材料表面细胞粘附、迁移－蛋白质粘附之间的规律和内在联系，建立梯度生物材料－蛋白质粘附－细胞迁移的相关模型。

梯度生物材料可以提供一个非对称的化学物理环境，在血管、神经和骨—软骨等组织的再生中有着非常重要的作用。在血清介质或者体液环境下，其调控细胞的行为同样受到表面粘附的蛋白质的种类、数量及其随时间和空间位置变化的介导。本项目设计并制备了多种选择性调控特定细胞细胞迁移的功能表面，研究了这些材料与细胞和关键蛋白的相互作用。获得了材料调控细胞粘附和迁移、影响蛋白吸附、构象和活性的定量化时空演化规律。建立了材料表面蛋白吸附和细胞粘附和迁移行为的级联关系。将研究方法学拓展到纳米材料，获得了纳米材料表面蛋白吸附和构象对细胞胞吞和分化行为的影响规律。发表SCI收录论文36篇，授权发明专利3项。国内外学术会议大会报告1次，主题报告和邀请报告15次。培养博士和硕士研究生7人。项目负责人于2017年当选美国生物医学工程学会会士（fellow）。与西班牙生物材料研究所等单位开展了国际合作与交流。在杭州主办了第五届中欧生物材料大会（2015年）和两届国际生物材料研讨会（2014年和2016年）。主编专著一部“Polymeric Biomaterials for Tissue Regeneration: From Surface/Interface Design to 3D Constructs”（Springer），联合本领域国际优势课题组共同总结了近年来组织修复材料的主要进展，产生了较大的国际影响。