發(fā)布時間：2019-03-21 16:02

【摘要】：在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中，通過生物材料模擬天然干細(xì)胞微環(huán)境，研究材料與干細(xì)胞之間的相互作用，是了解體內(nèi)干細(xì)胞行為命運(yùn)調(diào)控方式的主要手段，也是開發(fā)新型生物材料的基礎(chǔ)。同時，在基于生物材料的干細(xì)胞移植治療中，材料內(nèi)部的快速血管生成是保持干細(xì)胞活性和功能以及治療效果的必要條件。因此，研究生物材料與干細(xì)胞之間的相互作用以及生物材料的血管生成活性，是目前組織工程中一個非常重要的研究方向。 本文采用脂肪干細(xì)胞作為成體干細(xì)胞模型，，研究生物材料與脂肪干細(xì)胞的相互作用。首先立足于硫醇自組裝單分子膜（SAM）對復(fù)雜天然干細(xì)胞微環(huán)境的化學(xué)信號進(jìn)行解析，研究單一化學(xué)信號對于脂肪干細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控作用。接下來通過分子自組裝方法和靜電紡絲技術(shù)分別制備出各向同性與各向異性的納米纖維水凝膠材料：功能化RADA16-I自組裝多肽和定向纖維蛋白（Fibrin）。從物理結(jié)構(gòu)上高度模擬干細(xì)胞微環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)對干細(xì)胞微環(huán)境的重構(gòu)。 在表面化學(xué)基團(tuán)與脂肪干細(xì)胞相互作用的研究中，發(fā)現(xiàn)化學(xué)基團(tuán)在無誘導(dǎo)劑的條件下能夠調(diào)控脂肪干細(xì)胞行為：初期黏附、以及后期形貌、增殖和分化。在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，生物材料對于脂肪干細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控因素可以縮小到分子-化學(xué)基團(tuán)水平。 通過在RADA16-I上接枝模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白的短肽片斷賦予了材料不同的生物學(xué)功能，研究了脂肪干細(xì)胞在功能化自組裝多肽中原位三維培養(yǎng)條件下與不同生物學(xué)信號的相互作用，包括細(xì)胞遷移、增殖以及生長因子的分泌。 通過三維微球模型和雞胚絨毛尿囊膜（CAM）模型評價了功能化自組裝多肽的體內(nèi)和體外血管生成活性。發(fā)現(xiàn)功能化自組裝多肽在為內(nèi)皮細(xì)胞創(chuàng)建良好三維微環(huán)境的同時可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，并提高內(nèi)皮細(xì)胞對于VEGF的響應(yīng)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞萌芽。CAM體內(nèi)結(jié)果顯示功能化自組裝多肽具有良好的體內(nèi)生物相容性和血管生成活性。 首次通過靜電紡絲技術(shù)制備出基于天然生物材料的定向納米纖維水凝膠，并實(shí)現(xiàn)了生物材料/細(xì)胞的原位三維培養(yǎng)。觀察到定向Fibrin水凝膠通過接觸誘導(dǎo)方式可使脂肪干細(xì)胞取向成長。Fibrin水凝膠表現(xiàn)出良好的體外血管生物活性，在VEGF作用下可促使前體內(nèi)皮細(xì)胞向成熟內(nèi)皮細(xì)胞分化，并分泌一型膠原、四型膠原、粘連蛋白（laminin）等內(nèi)皮細(xì)胞ECM蛋白。
[Abstract]:In tissue engineering and regenerative medicine, simulating natural stem cell microenvironment by biomaterials and studying the interaction between materials and stem cells is the main means of understanding the behavior and fate of stem cells in vivo. It is also the basis for the development of new biomaterials. At the same time, rapid angiogenesis in biomaterial-based stem cell transplantation is a necessary condition to maintain stem cell activity and function as well as therapeutic effect. Therefore, the research on the interaction between biomaterials and stem cells and the angiogenesis activity of biomaterials is a very important research direction in tissue engineering. Adipose-derived stem cells (ADSCs) were used as adult stem cells to study the interaction between biomaterials and adipose-derived stem cells. Firstly, based on the analysis of the chemical signals of complex natural stem cell microenvironment by mercaptan self-assembled monolayer (SAM), the effects of single chemical signal on the fate of adipose stem cells (ADSCs) were studied. Then isotropic and anisotropic nanofiber hydrogels were prepared by molecular self-assembly and electrospinning, respectively: functionalized RADA16-I self-assembled polypeptide and oriented fibrin (Fibrin). The stem cell microenvironment was simulated from the physical structure to realize the reconstruction of stem cell microenvironment. In the study of the interaction between the surface chemical groups and adipose-derived stem cells, it was found that the chemical groups could regulate the behavior of adipose-derived stem cells without inducer: initial adhesion, as well as morphology, proliferation and differentiation of adipose-derived stem cells. On the basis of these findings, the regulatory factors of biomaterials on the fate of adipose-derived stem cells can be reduced to the level of molecular-chemical groups. The biomaterials were endowed with different biological functions by grafting the short peptide fragments of the extracellular matrix (ECM) protein onto the RADA16-I. The interaction of adipose-derived stem cells (ADSCs) with different biological signals, including cell migration, proliferation and the secretion of growth factors, was studied under the condition of in situ three-dimensional culture of functional self-assembled peptides. Three-dimensional microsphere model and chicken embryo chorioallantoic membrane (CAM) model were used to evaluate the in vivo and in vitro angiogenesis activity of the functional self-assembled polypeptide. It was found that functional self-assembled peptides can promote the migration of endothelial cells while creating a good three-dimensional microenvironment for endothelial cells. Cam in vivo showed that the functionalized self-assembled peptide had good biocompatibility and angiogenesis activity in vivo. Oriented nanofiber hydrogels based on natural biomaterials were prepared by electrospinning for the first time and in situ three-dimensional culture of biomaterials / cells was realized. It was observed that the directional Fibrin hydrogel could induce the growth of adipose stem cells by contact induction. Fibrin hydrogel showed good vascular activity in vitro and induced the differentiation of forebody endothelial cells into mature endothelial cells under the effect of VEGF. ECM protein of endothelial cells such as type I collagen, type 4 collagen and adhesion protein (laminin) were also secreted.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2445099