细胞间质体外模拟系统的构建及物质传递基本规律的研究

细胞间质内的物质传递是影响细胞与外界及细胞间物质交换的重要因素，对细胞生长、代谢及药物治疗效果具有重要的影响。由于缺少测定特定组织部位物质浓度的方法，目前体内研究物质传递规律还很困难，而体外研究只是在物质组成上模拟细胞间质，缺少在组织结构上模拟细胞间质的模型，因此不能完全反映体内真实情况。本项目根据细胞间质的组成与结构特点，以多糖、胶原、糖蛋白等水凝胶为主体，模拟软骨、角膜、肾包膜等组织结构体外构建类组织化细胞间质模型，并通过调整膜结构（分子组成、浓度、交联程度等）、细胞生长状态（活性、密度、接种方式等）、细胞间距等制备参数，建立与体内物质传递行为相近的细胞间质体外模型。并以此模型为基础重点研究蛋白等分子在细胞间质传递过程中动力学行为的变化规律及溶质分子性质、溶剂性质、溶质与溶剂和凝胶网络的相互作用对传质的影响规律，为系统的认识生命介质内物质传递规律及药物分子设计提供理论与实验基础。

本项目以构建细胞外基质体外传质模型为研究目标，应用海藻酸钠、壳聚糖、聚赖氨酸等大分子构建了聚电解质水凝胶复合膜体系，并以此为基础建立了细胞外基质体外模拟模型，研究了该模型的物质传递规律，主要取得了以下重要进展：① 建立了海藻酸钠水凝胶球形膜制备方法，实现了球形水凝胶复合膜的规模化制备；② 建立了非稳态法实验装置和测量氧扩散系数的方法，并确定了非稳态法测量氧扩散系数的操作条件；③ 考察了影响聚电解质水凝胶复合膜氧传质性能主要影响因素，发现聚阳离子复合、海藻酸钠特性粘度与浓度、球形复合膜直径及添加蛋白对氧传质性能具有显著的影响，而聚阳离子材料的分子量及与聚阴离子材料的成膜方式对氧传质没有影响；④ 建立了球形海藻酸钠水凝胶复合膜内细胞接种方法，并考察了复合膜模型中添加细胞对氧传质性能的影响规律，发现氧扩散系数随着细胞密度的增加而减小；⑤ 建立了与真实组织相近的体外测量模型并测量了其溶氧扩散系数，并通过优化体外模型制备条件获得了与体内组织传质性能相近的体外模型。⑥ 考察了体内影响海藻酸钠水凝胶复合膜膨胀度和致密性及传质性能主要影响因素，发现蛋白、单糖和强电解质离子等物质对复合膜膨胀度和致密性及传质性能没有显著的影响， HCO3-、HPO42-等弱酸根离子和肝素对海藻酸钠水凝胶复合膜膨胀度和致密性及传质性能都具有显著的影响；⑦ 建立了小肠粘膜粘液层体外模型，并考察了不同微乳粒子在该模型中的传质规律及微乳粒子在小鼠小肠粘膜内的传质性能。本项目应用海藻酸钠等大分子材料构建了细胞外基质体外模拟模型，重点研究了影响传质性能的主要因素，为系统的认识生命介质内物质传递规律提供了新的思路和方法。