表面微图案化的仿生骨材料对骨髓间充质干细胞的影响和初步应用研究

摘要

通过调控生物物理因素来控制干细胞命运是近年来进行干细胞研究的热点。而生物物理因素，包括细胞微环境中的拓扑学结构和机械性能，可通过细胞与基底的相互作用影响上游细胞骨架的活动和下游基因的表达，最终调节诸如分化等细胞行为。作为可系统性地调控细胞微环境的方法，微图案化是一种不依赖于任何基因修饰或外部刺激的指导干细胞分化的途径。近年来，光刻蚀法、软刻蚀法、微接触法等细胞微图案化技术日趋成熟，成为了研究指导干细胞行为的有力工具。
　　羟基磷灰石是一种具有良好的生物相容性的生物材料，具有优秀的促骨修复的能力。而仿生矿化制备的羟基磷灰石颗粒，由于蛋白模板的加入，不仅在成分上更类似于天然骨，而且能影响干细胞的粘附、生长等行为，因此矿化纳米羟基磷灰石作为骨修复材料有着广泛的应用前景。
　　在本课题中，我们研究了一种用于制备矿化纳米羟基磷灰石颗粒微图案的方法，该基于矿化纳米羟基磷灰石颗粒的微图案可有效控制骨髓间充质干细胞的分化。具体来说，该矿化纳米羟基磷灰石颗粒的微图案可以高效控制骨髓间充质干细胞的形态，并促进骨髓间充质干细胞向成骨方向分化。首先，我们用光刻法制备具有微图案的PDMS模板，倒模制成亲水性的琼脂糖印章后，再利用微接触法将矿化纳米颗粒微图案转移到基底上并用于骨髓间充质干细胞的研究。对细胞和材料进行荧光染色后观察的结果表明，该矿化纳米羟基磷灰石颗粒的微图案可在PDMS基底上保持稳定并有效限定细胞生长。PT-PCR、流式细胞仪和免疫荧光的结果都表明，该矿化纳米羟基磷灰石颗粒的微图案能促进骨髓间充质干细胞在成骨和成血管方向上的分化。
　　为了实现微图案化的矿化纳米羟基磷灰石颗粒的应用价值，在本课题中，我们还将矿化纳米羟基磷灰石微图案固载到明胶上并交联固化制备成具有一定强度的仿生骨膜材料。对该骨膜进行荧光和SEM表征的结果证明，微图案被高效稳定地转移到明胶上。皮下植入实验的结果表明，该骨膜具有良好的生物相容性和诱导体内血管生成的能力，且不会引起明显的炎症反应。
　　此外，我们还研究了不同形状的微图案在体外诱导骨髓间充质干细胞向成骨方向分化的影响，以及在体内成骨诱导能力的影响。从一系列定性和定量的实验结果来看，骨膜材料中条纹状的微图案相比网格状的微图案更能促进骨髓间充质干细胞成骨分化，以及在体内诱导形成新骨。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 细胞图案化背景

1.3 仿生矿化羟基磷灰石纳米粒子

1.4骨生成与骨修复材料

1.5 本选题意义

第二章 微图案的制备

2.1 引言

2.2 试剂与仪器

2.3 实验方法

2.4 结果与分析

2.5 本章小结

第三章 材料的制备与表征

3.1 引言

3.2 试剂与仪器

3.3 实验方法

3.4 结果与分析

3.5 本章小结

第四章 材料表面微图案对BMSC行为影响的研究

4.1 引言

4.2 试剂与仪器

4.3 实验方法

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 微图案化矿化纳米颗粒材料介导下体内外成骨分化水平的研究

5.1 引言

5.2 试剂与仪器

5.3 实验方法

5.4 结果与分析

5.5 本章小结

第六章 全文总结

6.1 主要研究成果

6.2创新点

6.3 问题与展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读学位期间的科研成果

附录Ⅱ 英文缩写词表