可逆水凝胶制备多细胞球的研究

多细胞球是药物筛选和肿瘤研究更为理想的体外三维细胞模型，并可作为结构单元通过"器官打印"技术组装为各种组织和器官。作为一种多细胞球制备方法，三维支架法还有许多问题有待解决，如多细胞球的释放、多细胞球大小及其分布的控制等。本项目提出利用可逆水凝胶制备多细胞球的新思路。利用可逆水凝胶的实时胶凝过程实现细胞的包埋，利用它的重新液化过程实现多细胞球的释放，解决多细胞球的释放问题，并通过亲疏水性调节、功能基团引入以及细胞预组装等手段调控多细胞球的大小及其分布。本项目拟采用的可逆水凝胶体系为温度敏感的PNIPAM微凝胶体系，能在非常温和的条件下（室温和生理温度间）实现溶胶-凝胶可逆转换。本项目的研究可望发展出一种可用于大量制备多细胞球的方法，为多细胞球在药物筛选、组织工程等领域的实际应用打下基础。

三维多细胞球是新型的体外细胞模型，在肿瘤研究、药物筛选和组织工程等领域有重要用途，但其制备上的困难严重阻碍了多细胞球的应用。本项目的主要目标是解决水凝胶制备多细胞球方法存在的问题，为此提出利用可逆水凝胶的实时胶凝过程实现细胞的包埋，利用它的重新液化过程实现多细胞球的释放，解决多细胞球的释放问题。主要研究的可逆水凝胶体系是温敏可逆的PNIPAM微凝胶体系。首先利用流变学方法对PNIPAM微凝胶体系的凝胶化过程进行了深入研究，揭示了所形成凝胶的分形结构。在成功实现利用PNIPAM微凝胶体系制备多细胞球的基础上，进一步探索通过PEG共混、改变微凝胶粒子大小等手段优化水凝胶的性能。通过半乳糖改性，促进肝细胞形成多细胞球。发展了一种新型的细胞交联剂，发现通过细胞预聚集可大大提高多细胞球的形成速度。为了进一步控制多细胞球的分布，又提出了利用图案化水凝胶薄膜制备多细胞球的新方法。我们利用水凝胶膜的溶胀起皱自发地实现图案化，无需模板，无需特殊设备。利用这一方法可制备粒径均一、可控的多细胞球。这一方法简单、方便、经济，且与现有二维单层细胞培养方法兼容。除了发展多种多细胞球制备技术外，我们还对有望用于多细胞球的制备其他实时凝胶化体系进行了初步探索。