基底剛度與表面納米形貌對細胞粘附影響機理研究

《基底剛度與表面納米形貌對細胞粘附影響機理研究》是依託北京大學，由熊春陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基底剛度與表面納米形貌對細胞粘附影響機理研究
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：熊春陽
• 項目類別：面上項目

項目摘要

細胞與胞外基質（extracellular matrix）之間的粘附在細胞感知外界環境的過程中扮演關鍵角色。目前已知基底剛度和表面納米形貌能夠調控細胞粘附動態，但兩者在此過程中的耦合作用機制仍不清楚。本項目擬採用彈性模量可調的生物相容性材料並結合納米加工技術，製作具有不同剛度和表面納米結構的培養基底，考察基底剛度和表面納米形貌特徵對於細胞粘附行為的耦合影響;由細胞粘附結構的微觀力-化學平衡關係出發，建立兩種因素協同作用於細胞粘附過程的分析模型，基於蒙特卡洛模擬方法，探究其內在統一的微觀生物物理機制；結合相關生物學實驗，探索細胞感知基底剛度和表面納米結構過程中可能的胞內生化信號轉導通路。本項目的結果將有望為體內種植材料和組織工程支架材料的最佳化設計提供理論分析依據和模型。

結題摘要

細胞與材料的相互作用是生物材料、組織工程研究中的一個基礎問題，材料的物理化學性質已被證實是調控細胞功能的重要因素，但其協同作用效果和機理還不清楚。項目開展了基底剛度和表面納米理化性質(納米材料、納米形貌、納米圖案等)調控細胞生物學功能的研究。發現基底剛度及表面納米形貌會影響成纖維細胞黏附鋪展動力學；建立蒙特卡洛模型定量研究基底剛度及納米圖案在細胞初始粘附成核過程中的作用，發現配體間距大於某一閾值（大約60nm）時，整合素成簇會急劇下降，還發現在配體間距小的情況下，基底剛度的增加促進了整合素成簇，這些模擬結果可以很好地解釋當前的實驗結果；發現基底剛度可以調控B淋巴細胞的免疫激活、增殖、類別轉換及體內體內T細胞非依賴的抗體反應；發現單層石墨烯在體內和體外條件下均可促進人間充質幹細胞的成骨向分化，石墨烯的成骨分化能力是通過上調成骨相關基因啟動子區域H3K4的甲基化水平來實現的；成纖維細胞在石墨烯基底上的黏附和鋪展受基底剛度影響，硬基底上的黏附、增殖好於軟基底。這對深入理解材料與細胞的相互作用，指導生物材料的最佳化設計有著重要意義。