【摘要】：心血管疾病是全世界死亡最主要的原因之一。研究心血管疾病的機理、藥物的開發(fā)和疾病的診斷治療需要來自各學(xué)科的共同努力。體外構(gòu)建心肌組織模型將為臨床前研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供一個新的手段。體外心肌組織模型是具有人類心肌生理功能的模型,由生物材料和微系統(tǒng)作為組織形成的支架,并且需要人來源的心肌細胞在支架上培養(yǎng)形成具有生理功能的心肌組織。細胞是生命的基本單位,細胞通過粘附在細胞外基質(zhì)中得以生存和生長。細胞外基質(zhì)的微結(jié)構(gòu)可以通過改變細胞的形狀和細胞骨架來影響細胞的一系列行為,包括細胞的遷移、增殖和分化。人工構(gòu)建生物支架用于細胞的體外培養(yǎng)和研究,不僅可以模擬細胞外基質(zhì)為細胞提供支撐,還可以通過調(diào)節(jié)生物支架微結(jié)構(gòu)來主動影響細胞的行為,比如指導(dǎo)干細胞的定向分化。指導(dǎo)干細胞定向分化是干細胞研究的主要目的之一。本論文的研究目的就是利用生物支架促進成體于細胞向心肌細胞分化,為體外心肌組織形成提供細胞來源。間充質(zhì)干細胞是研究干細胞定向分化中最常用的細胞。一方面,間充質(zhì)干細胞具有多向分化潛能,可以分化為成骨細胞、脂肪細胞,心肌細胞和軟骨細胞等;另一方面,間充質(zhì)干細胞的來源廣泛,分離和提取的方法簡便快捷,并且不涉及倫理問題。本論文選用的干細胞是人臍帶中分離提取的間充質(zhì)干細胞,具有免疫源性低,易于穩(wěn)定培養(yǎng)擴增的優(yōu)點。本論文選擇明膠作為生物支架材料,明膠是膠原的水解產(chǎn)物,是一種蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu)中含大量羥基,親水性極好,制成凝膠時適于細胞培養(yǎng)。通過生物交聯(lián)劑京尼平的交聯(lián)可提高明膠的穩(wěn)定性,獲得與體內(nèi)心肌組織的彈性模量相匹配的水凝膠。利用軟刻蝕技術(shù)中的微印章方法,以具有微結(jié)構(gòu)的硅片為模板,經(jīng)聚二甲基硅氧烷(PDMS)轉(zhuǎn)印,成功制備了表面具有微結(jié)構(gòu)的水凝膠,定向排列的微結(jié)構(gòu)可促使細胞高度有序排列。氧化石墨烯(GO)以高比表面積,多羥基,親水性的物理性能,與明膠水凝膠混合,可提高水凝膠的表面粗糙度,使水凝膠擁有較高的孔隙率,孔徑減小,制備的氧化石墨烯水凝膠促進干細胞生長和分化。本論文研究了在玻片、明膠水凝膠、GO摻雜明膠水凝膠、具有微結(jié)構(gòu)的GO摻雜明膠水凝膠這四種生物支架表面利用5-氮胞苷,小分子,或小分子結(jié)合共培養(yǎng)三種誘導(dǎo)方法誘導(dǎo)人臍帶間充質(zhì)干細胞(hUCMSCs)分化為心肌細胞。研究結(jié)果表明,上述三種明膠類水凝膠都具有很好的細胞相容性,相比于玻片,對人臍帶間充質(zhì)干細胞分化為心肌細胞有顯著的促進作用,其中GO摻雜的凝膠作用更明顯。相比于使用5-氮胞苷的化學(xué)誘導(dǎo)方法,小分子誘導(dǎo)人臍帶間充質(zhì)干細胞分化為心肌細胞的作用更明顯,進一步的小分子結(jié)合共培養(yǎng)的誘導(dǎo)方法其對hUCMSCs分化為心肌細胞的作用最顯著。該結(jié)果對干細胞向心肌細胞的高效定向分化研究具有指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Cardiovascular disease is one of the leading causes of death in the world. Research on the mechanism of cardiovascular disease, the development of drugs and the diagnosis and treatment of disease require joint efforts from various subjects. The construction of myocardial tissue model in vitro will provide a new hand for preclinical research and transformation. The model of cardiac tissue in vitro is of human heart. A model of the physiological function of the muscle, a scaffold formed by biological materials and Microsystems, and the need for human derived cardiomyocytes to form a physiological function of myocardial tissue on the scaffold. Cells are the basic units of life. Cells have to survive and grow through adhesion to the extracellular matrix. The microstructures of the extracellular matrix can be found. By changing the shape and cytoskeleton of cells to affect a series of behavior of cells, including cell migration, proliferation and differentiation. The artificial construction of scaffolds for the culture and study of cells in vitro can not only simulate the extracellular matrix to provide support for cells, but also affect cell lines by regulating the microstructures of biological scaffolds. For example, directing the directional differentiation of stem cells. Directing stem cell differentiation is one of the main purposes of stem cell research. The purpose of this paper is to use biological scaffolds to promote the differentiation of adult cells into cardiomyocytes and provide a cell source for the formation of cardiac tissue in vitro. Mesenchymal stem cells are the most important research in stem cell differentiation. On the one hand, mesenchymal stem cells have multiple differentiation potential, which can be divided into osteoblasts, adipocytes, cardiomyocytes and chondrocytes. On the other hand, mesenchymal stem cells are widely used, and the methods of isolation and extraction are simple and fast, without ethical problems. The extracted mesenchymal stem cells have the advantages of low immune origin and easy to stable culture and expansion. This paper chooses gelatin as a scaffold material, gelatin is a product of collagen hydrolysate. It is a protein, which contains a large number of hydroxyl groups and excellent hydrophilicity. It is suitable for cell culture when the gel is made. Through cross-linking of biker genipin It can improve the stability of gelatin and obtain hydrogels that match the elastic modulus of myocardial tissue in the body. Using the microseal method in the soft etching technology, the microstructures of the hydrogels on the surface are successfully prepared by using the microstructural silicon chip as the template, and the microstructures of the microstructures are prepared by the transfer of polymethylsiloxane (PDMS). The microstructures of the directional arrangement can promote the cells. Graphene oxide (GO) has high surface area, polyhydroxy, hydrophilic physical properties and mixed with gelatin hydrogel, which can improve the surface roughness of the hydrogel, make the hydrogel have higher porosity, reduce the pore size, and promote the growth and differentiation of the stem cells. Gelatine gel, GO doped gelatin hydrogel and microstructured GO doped gelatin gel, the four kinds of biological scaffolds with 5- azytidine, small molecules, or small molecule binding co culture three induction methods to induce human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUCMSCs) to differentiate into cardiomyocytes. The results showed that the above three gelatin hydrogels were all equipped with the above three kinds of gelatin hydrogels. The cytocompatibility of human umbilical cord mesenchymal stem cells significantly promotes the differentiation of human umbilical cord mesenchymal stem cells into cardiomyocytes, and the effect of GO doped gels is more obvious. Compared with the chemical induction of 5- azacytidine, small molecules induce the differentiation of human umbilical cord mesenchymal stem cells into cardiomyocytes. The effect of small molecules combined with co culture on the differentiation of hUCMSCs into cardiomyocytes is most significant. This result is of guiding significance for the study of the efficient and directional differentiation of stem cells to cardiomyocytes.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R318.08

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本文編號：2152685