發(fā)布時間：2018-03-09 23:02

  本文選題：心肌組織工程　切入點：心梗　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：心肌組織工程為缺血性心臟疾病治療提供了新的治療策略。研究人員目前在體外已成功構建了具有節(jié)律性收縮的再造心肌組織或工程化心肌組織(Engineered cardiac tissues,ECTs),在體內心梗修復方面也取得顯著成效。然而,考慮到心肌組織本身的電生理特性,以往用于心肌組織構建的支架材料難以為心肌細胞提供導電微環(huán)境,所構建的ECTs仍缺乏天然心肌的收縮-興奮耦聯(lián)與電傳導特性。近年來,導電納米材料在電傳導特性的組織構建研究中受到研究人員的高度關注,其中石墨烯已被證實在生物醫(yī)學尤其是組織工程研究中具有良好的應用前景。此外,ECTs的體內示蹤對于評價其對心梗治療效果及細胞行為至關重要。在諸多標記手段中,氧化鐵納米粒(Iron Oxide Nanoparticles,IRONs)因其良好的生物相容性及易檢測等優(yōu)勢廣泛應用于體內細胞移植及ECTs的示蹤中。但針對IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性影響,尤其是三維ECTs中閏盤的形成影響尚不明確。為此,本論文重點闡明IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性的影響,尤其是三維ECTs中閏盤形成的影響規(guī)律,并以氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)-明膠為材料,在明確其對棕色脂肪干細胞(Brown Adipose Derived Stem Cells,BADSCs)作用基礎上,研究GO-明膠水凝膠攜帶IRONs標記的BADSCs在心梗心肌中的分布及分化影響規(guī)律,具體研究結果如下:(1)IRONs對心肌細胞微結構及生物活性影響:共沉淀法制備IRONs,表面修飾巰基丁二酸(2,3-Dimercaptosuccinic Acid,DMSA)后制備DMSA-IRONs。通過組織學染色及western blotting等檢測,表明DMSA-IRONs對心肌細胞微結構分布影響較小。同時,在心肌細胞活性影響方面,體外3,3-二氨基聯(lián)苯胺顏色反應證明了DMSA-IRONs能夠發(fā)揮類似過氧化酶的活性降低活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)水平,DMSA-IRONs在H2O2處理的心肌細胞內同樣清除了部分ROS,對心肌細胞起到了保護作用。(2)DMSA-IRONs對ECTs中閏盤結構的影響:在基于膠原/Matrigel構建的三維ECTs中,DMSA-IRONs標記后,透射電鏡及普魯士藍染色顯示細胞對DMSA-IRONs的吸收與其在ECTs中的分布位置有關,ECTs邊緣的細胞大量攝取DMSA-IRONs,而ECTs內部細胞攝取較少,且內吞的DMSA-IRONs分布于細胞質及囊泡中。在閏盤結構形成方面,通過免疫熒光及western blotting檢測,證實DMSA-IRONs促進ECTs中縫隙結構的形成,降低粘著連接及橋粒的形成。(3)GO-明膠水凝膠對BADSCs向心肌細胞分化影響研究:制備含不同濃度GO的甲基丙烯酸酯明膠(GO-Gel MA)水凝膠,GO對水凝膠多孔狀結構無明顯影響,但增加了水凝膠的電容性。通過結晶紫染色、MTT檢測等篩選出適合BADSCs粘附及細胞活性的GO-Gel MA水凝膠,同時GO的摻入未明顯影響B(tài)ADSCs的增殖,而免疫熒光染色、western blot檢測顯示,GO-Gel MA水凝膠明顯促進了BADSCs向心肌細胞的分化及電傳導相關蛋白connexin 43的極化分布及表達,并且誘導了ILK-Akt-Erk1/2細胞信號的表達。(4)GO-Gel MA水凝膠攜帶摻雜鋅的氧化鐵磁納米粒標記的BADSCs進行的心梗治療研究:利用熱分解鐵前體物質的方法制備摻雜鋅的磁納米粒,經DMSA表面修飾制備形成具有良好分散能力的磁納米粒,其大小為4.8±0.6 nm。GO-Gel MA水凝膠攜帶磁納米粒標記的BADSCs進行大鼠心梗模型注射,經心臟超聲、MRI技術、組織學染色等表明,GO-Gel MA水凝膠促進了BADSCs在心梗區(qū)的存活、遷移及分化,并增加了心臟心室壁的厚度,改善了心臟的收縮功能。綜上,本研究首先明確DMSA-IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性的影響,證實DMSA-IRONs發(fā)揮類似過氧化物酶活性降低細胞內ROS,對心肌細胞起到保護作用;利用三維ECTs研究模型,表明DMSA-IRONs的攝取促進縫隙連接的形成,降低心肌機械性能相關的粘著連接、橋粒斑蛋白表達。另外,在基于導電支架對BADSCs向心肌細胞分化規(guī)律與體內心梗移植研究中,GO-Gel MA水凝膠增強BADSCs的伸展,促進向心肌細胞分化的同時,誘導電傳導相關蛋白connexin 43的表達及ILK-Akt-Erk1/2信號,同時GO-Gel MA水凝膠攜帶BADSCs顯著增強心臟功能。本研究對未來IRONs及GO的ECTs構建、標記及體內移植應用奠定了研究基礎。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R542.22;R318.08
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本文編號：1590645