用于心脏芯片的体外心肌微组织构建研究

摘要

体外构建微组织是组织工程长期以来的研究热点。水凝胶支架具有大量体内微环境基质的特征，因此组织工程常用优化的水凝胶支架在体外培养微组织。细胞的形态发生和改变以及表现型与细胞外基质的拓扑学特性、机械特性和生长因子浓度等因素息息相关。为使心肌细胞在体外生长为类似体内形态和生理特征的心肌微组织，本文使用明胶作为水凝胶支架的生物材料，并在拓扑结构特性、机械特性和化学性能等方面优化了支架。此外，为了更好地评估体外构建的心肌微组织性能，我们构建了电刺激体系，通过观察心肌细胞对特定电信号的响应情况来评估心肌细胞的电生理水平。同时开发了两款软件，可分别分析出心肌细胞的收缩频率、收缩速率和收缩力以及心肌细胞肌节的长度和排列角度。
　　研究结果显示新生SD大鼠心肌细胞接种至本文使用的明胶水凝胶支架24h内就出现了间隙连接蛋白和肌节的表达以及收缩行为的出现，48h内就形成了同步收并能长期培养至40天后。表面有微图案的明胶水凝胶支架能很好地诱导心肌细胞定向。对比没有掺杂氧化石墨烯的支架，掺杂了氧化石墨烯的明胶水凝胶支架能显著提升Serca2a基因的表达水平和心肌细胞的收缩速率。
　　综上所述，本文所用的明胶水凝胶支架材料很适合体外长期培养心肌细胞形成心肌微组织，支架的表面微结构能很好地诱导心肌细胞定向排列，氧化石墨烯掺入支架后能提升心肌细胞的收缩性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 心脏及心肌细胞生理

1．2．1 心脏

1．2．2 心脏纤维支架(心肌细胞细胞外基质)

1．2．3 心脏的主要细胞构成

1．3 心脏组织工程的常用生物水凝胶材料

1．3．1 常用于心肌组织工程水凝胶制备的生物材料

1．3．2 常用的优化方案

1．4 心脏组织工程的研究方法

1．4．1 电学在心肌组织工程中的应用

1．4．2 用于药物筛选的组织芯片

1．5 研究内容

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验试剂与设备

2．2．2 水凝胶支架的制备

2．2．3 水凝胶支架的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 AFM表面形貌表征结果

2．3．2 AFM弹性模量表征结果

2．4 本章小结

第三章 电刺激体系搭建和心肌细胞评估软件开发

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验试剂与设备

3．2．2 电刺激体系

3．2．3 心肌细胞肌丝排列角度的评估方法

3．2．4 心肌细胞动态视频分析软件使用方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 心肌细胞肌丝角度评估软件测试结果

3．3．2 心肌细胞动态视频分析软件测试结果

3．3．3 电刺激体系测试结果

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验试剂与设备

4．2．2 水凝胶支架制备及预处理

4．2．3 新生SD大鼠心肌细胞的提取、接种与培养

4．2．4 心肌细胞在支架上的增殖测试

4．2．5 支架上心肌细胞的免疫染色观察

4．2．6 钙瞬变染色实验

4．2．7 心肌细胞电生理指数测试

4．2．8 PCR定量检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 心肌细胞在不同氧化石墨烯掺杂浓度的支架上生物活性情况

4．3．2 明胶水凝胶支架用于心肌细胞培养

4．3．3 表面微图案对心肌细胞生长的影响

4．3．4 氧化石墨烯对心肌细胞生长的影响

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 论文创新

5．3 展望

致谢

参考文献

作者简介