幹細胞在溫敏性支架內三維動態培養與收穫

《幹細胞在溫敏性支架內三維動態培養與收穫》是依託大連理工大學,由劉天慶擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：幹細胞在溫敏性支架內三維動態培養與收穫
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉天慶

項目摘要

採用多組分共聚合、接枝及蛋白修飾等技術，製備各種含PNIPAAm的溫敏支架或大孔微載體，實現幹細胞三維培養且非酶解收穫幹細胞。研究NIPAAm含量、反應時間、溫度等對溫敏支架分子間及分子內氫鍵、進而親疏水性和溶脹性的影響；掃描電鏡及顯微CT成像觀測支架的結構與形貌；體積相變化法檢測支架的溶脹/皺縮性質;環境掃描電鏡檢測37℃及20℃兩種溫度下支架孔道和孔隙率的變化。採用灌注、旋轉壁或轉瓶生物悼享龍反應器分別對圓柱支架和大孔載體內的骨髓間充質幹細胞進行三維動態培養，研究細胞接種密度、灌注速率或反應器轉速對溫敏支架中幹細胞生長曲線的影響，建立支架中乾刪凝料細胞生長動力學、流動與傳質的數學模型，確定最大灌注速率或反應器轉速及支架中可培養細胞的最大密度。研究降溫收穫細胞時灌注速率或反應器轉速對細胞脫離支架的啟動作用。本研究可為深入理解三維溫敏材料與細胞間的相互作用、發展新的幹細胞培養及非酶解收穫體系宙匙煮烏做出貢獻。

結題摘要

項目的背景 幹細胞數量有限，不經擴增很難滿足臨床需求。採用胰酶收穫細胞會損傷膜蛋白，因此需要研發更好的幹細胞培養與收穫方式。溫敏性聚N-異丙基丙烯醯胺PNIPAAm能有效保護細胞膜蛋白和相關受體，從而維護幹細胞功能。將溫敏材料與幹細胞體外培養相結合，有望形成新型幹細胞培養系統。 主要研究內容 採用多組分共聚合、接枝及蛋白修飾等技術，製備各種含PNIPAAm的溫敏支架材料，研究NIPAAm含量、反應時間、溫度簽喇等對溫敏支架分子間及分子內氫鍵、進而親疏水性和溶脹性的影響；檢測不同溫度下支架的結構與形貌以及溶脹/皺縮和潤濕性的變化。採用灌注、旋轉壁或轉瓶生物反應器對支架內的間充質幹細胞進行三維動態培養，研究細胞接種密度、灌注速率或反應器轉速對溫敏支架中幹細胞生長曲線的影響，確定最大灌注速率或反應器轉速及支架中可培養細胞的最大密度。研究降溫收穫細胞時剪下力對細胞脫離支架的啟動作用。研究溫敏降溫非酶解收穫方法在保持幹細胞特性方面的優勢。 重要結果 1）合成了一種新型的以PNIPAAm為主體的溫敏材料及共聚物膜，其表面潤濕性、表面分子結構和溫敏層厚度均可調節，從而具備溫糊禁辨敏性、可控性、可逆性和穩定性。2）骨髓及脂肪來源的間充質幹細胞在溫敏膜上培養並降溫脫附收穫後，細胞具有更好的活性，更強的增殖能力，更高的多向分化能力以及更多的蛋白質殘留，各項指標均優於傳統胰酶消化法。3）成功製備了溫敏性中空纖維膜，當溫度變化時其表面接觸角、蛋白粘附量均發生了顯著變化，原因在於PNIPAAm鏈的疏水締合作用，使其結構由舒展狀態變化為蜷縮狀態所致。4) 溫敏性中空纖維膜上培養的成骨細胞活櫻芝熱奔性、增殖狀況、細胞的ALP活性及骨鈣素蛋白的表達等與對照組相比均無白匪乃明顯差異，顯示接枝PNIPAAm的溫敏性中空纖維膜具有良好的生物相容性。5）成功製備了不同比例的PVDF-g-PNIPAAm溫敏性共聚物及其薄膜材料，骨髓間充質幹細胞能夠在其上粘附生長並降溫脫附。6）成骨細胞和間充質幹細胞在上述各種溫敏材料上多代培養及收穫後，細胞活性、成骨性能、幹細胞特性保持等各方面均優於經酶解多次消化收穫的細胞。 關鍵數據及其科學意義 所製備的各種溫敏材料均能成功套用於幹細胞培養和非酶解收穫中，能有效維持幹細胞特性，為幹細胞體外培養提供了新思路和新技術。將溫敏材料與適宜生物反應器技術相結合，可以構建新的體外大規模擴增幹細胞的培養體系。