發(fā)布時間：2020-08-20 10:39

【摘要】：生物材料的表面性質(zhì)直接介導(dǎo)細(xì)胞與組織的生物應(yīng)答特性,是決定材料后續(xù)植入成敗的核心要素之一。由于材料表面性質(zhì)特征的多樣性及不同材料物化性能的差異性,傳統(tǒng)材料難以直接分析表面性質(zhì)單一因素的生物應(yīng)答規(guī)律,因此所得結(jié)論并不具有普適性。本課題旨在利用自組裝單分子膜(SAMs)技術(shù)構(gòu)建化學(xué)官能團(tuán)可設(shè)計的明確模型表面,在分子水平上研究表面化學(xué)官能團(tuán)及其衍生的電荷性和親疏水性對干細(xì)胞行為和蛋白吸附的影響規(guī)律,為設(shè)計具有生物適配的新型醫(yī)用生物材料表面提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。(1)不同化學(xué)官能團(tuán)表面的構(gòu)建及其生物應(yīng)答特性利用SAMs技術(shù)構(gòu)建不同種類的化學(xué)官能團(tuán)表面(-OEG、-CH3、-PO3H2、-OH、-NH2和-COOH),比較這些官能團(tuán)對小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(mMSCs)黏附、增殖、成骨分化行為和對牛血清白蛋白(BSA)和骨橋蛋白(OPN)吸附行為的影響。結(jié)果表明:親水-OH相對疏水-CH3表面更利于mMSCs的黏附、增殖,且易于BSA和OPN的蛋白構(gòu)象調(diào)整,但不利于蛋白的吸附;高等電點(diǎn)-NH2相對低等電點(diǎn)-PO3H2和-COOH表面更利于細(xì)胞黏附和蛋白吸附,但在細(xì)胞增殖和蛋白構(gòu)象調(diào)整上沒有顯著性差異;“抗黏附”-OEG表面對蛋白吸附有一定阻抗作用,同時也不利于細(xì)胞的黏附和增殖;大體上,-PO3H2、-OH、-NH2和-COOH相對-OEG和-CH3表面更有利于MSCs的黏附、增殖以及成骨分化,進(jìn)一步說明細(xì)胞的行為差異不僅與官能團(tuán)種類有關(guān),也與表面不同的電荷性和親疏水性密切相關(guān)。(2)復(fù)合官能團(tuán)構(gòu)建不同電荷性表面及其生物應(yīng)答特性分別采用-OEG/-NH2和-NH2/-COOH復(fù)合官能團(tuán)兩種方式構(gòu)建不同電荷性的SAMs模型表面,考察表面電荷對不同種屬(成人和小鼠)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的黏附、增殖和成骨分化以及對BSA和OPN蛋白吸附行為的影響。研究表明:-OEG/-NH2復(fù)合表面可以獲得電荷密度不斷變化而蛋白吸附量保持穩(wěn)定的特點(diǎn);-OEG在抗蛋白吸附和抗細(xì)胞黏附的復(fù)合密度不同。-NH2/-COOH復(fù)合SAMs表面的等電點(diǎn)隨著-NH2含量的增大而逐漸提高,OPN吸附量則呈單調(diào)遞增趨勢,但MSCs的黏附形態(tài)不受影響。這表明細(xì)胞在材料表面的黏附并非只有簡單的靜電引力,而是微環(huán)境中多種影響因素(如溶液中抗衡離子調(diào)節(jié))綜合作用的結(jié)果。在干細(xì)胞分化方面,高密度-NH2表面更利于hMSCs向成骨分化,而適當(dāng)-NH2密度利于mMSCs的成骨行為,證實(shí)了表面電荷對MSCs成骨分化的影響規(guī)律因細(xì)胞種屬而異。(3)復(fù)合官能團(tuán)構(gòu)建不同親疏水性表面及其生物應(yīng)答特性采用-OH/-CH3復(fù)合官能團(tuán)構(gòu)建不同親疏水性的SAMs模型表面,研究表面親疏水性對hMSCs和mMSCs行為以及對BSA和OPN吸附的影響,并且進(jìn)一步探討潛在的分子機(jī)制�？傮w上,適宜親水表面利于MSCs黏附、增殖和成骨分化:接觸角在40-70°和70-90°表面分別有利于hMSCs和mMSCs黏附;接觸角在70°左右表面均利于兩種細(xì)胞的增殖;在成骨環(huán)境中,接觸角在40-90°和70°左右表面分別利于hMSCs和mMSCs的成骨分化。在蛋白吸附方面,疏水性強(qiáng)的表面通過疏水作用吸附更多的疏水性大分子BSA,但吸附量與表面疏水性不成線性關(guān)系,可能在吸附過程中與蛋白的吸附取向和構(gòu)象變化有關(guān);OPN的吸附量在適宜親水表面達(dá)到最大,進(jìn)一步表明吸附取向和構(gòu)象在吸附過程中對最終吸附量的影響。為了闡明表面親疏水性與細(xì)胞響應(yīng)適配的分子機(jī)制,我們對mMSCs在適度親水(-OH/-CH3,7/3)和疏水表面(-CH3)上整合素的基因表達(dá)、FAK和MAPK家族相關(guān)蛋白的表達(dá)及磷酸化水平進(jìn)行了評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)適宜親水表面可以上調(diào)αv和β1等整合素的基因表達(dá)、促進(jìn)FAK的蛋白表達(dá)及磷酸化水平,并進(jìn)一步激活MAPK信號通路。結(jié)合基因芯片技術(shù)對差異表達(dá)基因分析,證實(shí)親疏水性可能通過激活p38MAPK信號通路影響mMSCs的黏附行為,進(jìn)而對成骨分化產(chǎn)生影響。總體研究結(jié)果表明,通過SAMs技術(shù)可構(gòu)建表面化學(xué)性質(zhì)可控的模型表面,表面化學(xué)官能團(tuán)及其電荷性和親疏水性可以在一定程度上調(diào)控MSCs細(xì)胞的黏附、增殖和成骨分化等行為,以及影響不同蛋白的吸附行為,初步揭示了材料表面-細(xì)胞行為和材料表面-蛋白吸附之間的關(guān)系,為設(shè)計具有生物適配的新型醫(yī)用骨修復(fù)材料表面提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2797874