納米仿生晶片上皮膚細胞創傷修復的交流阻抗分析研究

《納米仿生晶片上皮膚細胞創傷修復的交流阻抗分析研究》是依託華東師範大學，由張帆擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米仿生晶片上皮膚細胞創傷修復的交流阻抗分析研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張帆
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

皮膚細胞創傷修復的監控對實現皮膚傷口癒合的理想狀態—傷口既能加速癒合又不形成瘢痕，具有非常重要的作用，是當前再生醫學和整形科學的研究前沿和熱點。如何實現細胞培養基底—納米仿生晶片的結構尺寸可控和多功能性以及細胞定向行為的實時監測和定量分析成為該研究亟需解決的關鍵技術難題。本項目擬結合納米壓印技術、反應離子刻蝕技術和電沉積技術，開發製備納米仿生晶片的新方法，研製一系列結構尺寸精確可控的多功能納米仿生晶片，可同時實現皮膚細胞定向行為的誘導、交流阻抗信號的採集和靈敏度的提升以及細胞圖像的捕獲。在納米仿生晶片上構建交流阻抗監測與分析平台，實時、高靈敏地監測傷口癒合中的主要功能細胞—真皮成纖維細胞和表皮角質上皮細胞的定向行為，通過數據擬合和計算，首次建立交流阻抗回響與細胞定向行為相關性模型，定量分析細胞定向行為，並基於該模型實現皮膚細胞創傷修復的監控，為人皮膚創傷癒合的臨床研究提供數據和技術支持。

結題摘要

皮膚是人體重要的保護屏障。一旦受到損傷，最理想的狀況是儘快修復並且減少瘢痕的形成。在皮膚傷口癒合的過程中，細胞外基質起著非常重要的作用。近年來，研究者發現納米尺度三維形貌可以模擬人體的細胞外基質，影響細胞的行為。然而，目前在各種三維結構上細胞行為的研究，大多採用依賴於終點檢測的光學方法，不能提供動態信息。本項目通過納米壓印技術、電子束蒸鍍技術和刻蝕技術在金基底上製備出了線寬為200 nm、周期為400 nm及深度為75 nm的納米仿生晶片用於模擬體內的細胞外基質，並以納米仿生晶片為工作電極構建了交流阻抗監測器件。將皮膚成纖維細胞(HFF)和表皮細胞(HaCaT)培養在納米仿生晶片上，通過交流阻抗技術實時監測與分析了這兩種細胞在粘附、遷移和繁殖過程中的定向行為。研究發現，納米仿生晶片能夠誘導HFF細胞產生良好的定向行為，且先發生細胞定向排列，再發生胞體的延長，而HaCaT細胞無定向行為的產生, 其粘附和鋪展得到了延緩。HFF細胞在特徵頻率977 Hz下的交流阻抗信號與定向排列的細胞百分比之間存在著良好的線性關係。納米仿生晶片能夠加速HFF細胞和HaCaT細胞在傷口處的遷移，促進傷口癒合；相比之下，對兩種細胞的繁殖過程起到了延緩作用。這兩種細胞在各自特徵頻率（HaCaT細胞為1465 Hz）下的交流阻抗信號分別與遷移過程中的傷口癒合率以及繁殖過程中的細胞數目之間存在著良好的線性關係。總的來說，納米仿生晶片能夠誘導HFF細胞產生定向行為，提升HFF細胞和HaCaT細胞的遷移能力，而降低這兩種細胞的繁殖能力，這對於皮膚傷口的快速癒合，同時減少瘢痕的產生是非常重要的。根據建立的交流阻抗回響與細胞定向行為之間的相關性，可以實現皮膚細胞創傷修復過程的監控，為人皮膚傷口癒合的臨床研究提供技術和數據支持，以期推動再生醫學、整形科學等領域的發展。