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氧化石墨烯改性pNIPAAm水凝胶在细胞片层工程中的应用

吴寒  
【摘要】:细胞片层工程是在无支架的条件下构建三维组织,避免了传统组织工程中因支架降解问题带来的诸多不足。目前,细胞层的获得主要是利用聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)材料在水溶液中亲疏水响应而获得的。水凝胶由于其丰富的含水量,可以作为人造细胞外基质(ECM),用于模拟天然组织微环境,然而细胞在纯pNIPAAm水凝胶中的生物相容性并不理想,细胞黏附性能差,难以利用pNIPAAm水凝胶收集细胞层。为了改善pNIPAAm水凝胶的生物相容性,本论文选择氧化石墨烯(GO)作为纳米增强剂来制备纳米复合水凝胶,用于细胞片层的收集,并用于3D肿瘤球的构建。本论文的工作主要分为以下几个方面:第一部分,pNIPAAm/GO水凝胶的制备、表征及在细胞层收集中的应用。本论文以聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂,采用室温自由基聚合的方法合成一系列不同GO含量的pNIPAAm/GO复合水凝胶。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和应力-应变分析仪等对水凝胶的形貌、组成及机械性能进行表征,研究了不同GO浓度下水凝胶的溶胀性和温敏性能变化。同时,对水凝胶进行了细胞亲和性黏附增殖性能的表征,讨论了生物相容性良好的GO纳米材料对pNIPAAm水凝胶细胞黏附性能的影响。即对温敏性水凝胶表面接种成纤维细胞(COS7)和人宫颈癌细胞(HeLa),检测细胞在其表面的增殖情况,考察了利用pNIPAAm/GO复合水凝胶的温敏性能收集细胞层的可行性。第二部分由细胞层制备3D细胞球。利用前期制备的生物相容性及透光性良好的pNIPAAm/GO复合水凝胶收集单种成纤维细胞层、单种肿瘤细胞层或肿瘤细胞-纤维细胞共培养细胞层。将收集到的细胞层置于抗细胞黏附的琼脂铺底的培养板培养,可以获得成纤维细胞球、肿瘤多细胞球及共培养细胞球。同时利用具有圆形图案化的PDMS模板制备具有一定深度及直径的圆形凹槽图案的温敏性水凝胶。因为沟槽的存在,通过晃动,接种的细胞会更倾向于具有一定面积的凹槽处分布生长,最后来实现相同面积细胞层的制备,进而得到等体积细胞球。获得的细胞球可用于研究3D细胞结构中不同种类细胞之间的相互作用,也可以作为筛选抗肿瘤药物的3D模型。第三部分为图案化共培养细胞层的制备。利用PDMS为模板制备图案化的pNIPAAm/GO水凝胶,从而获得表面具有圆形凹槽图案的水凝胶。因为沟槽的存在,即利用其表面物理性质的差异,通过晃动,使一种细胞选择性的在特定区域表面粘附增殖成图案,待其长满整个凹槽后,然后再接种另一种细胞,使其在没有被第一种细胞占据的地方增殖生长,从而实现图案化共培养细胞层的制备。


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