《面向生物製造的梯度化水凝膠內細胞3D自組裝機理的研究》是依託河海大學，由朱曉璐擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向生物製造的梯度化水凝膠內細胞3D自組裝機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱曉璐
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用細胞的自組織特性構建三維（3D）多細胞結構正成為生物製造和組織再生的一種重要途徑並獲得越來越多的關注。為進一步研究多細胞3D自組裝機理，並使得細胞自組裝過程以及細胞因子濃度梯度可控，本項目提出對內部結構特徵梯度化（非均勻分布）凝膠塊組合體材料中細胞3D自組裝機理進行研究。首先，利用光致介電泳力對多個凝膠微塊進行操控使其排列成組合體，建立相應的體外試驗模型進而對其內部的細胞進行3D自組裝試驗；其次，基於反應-擴散機制建立描述上述體外試驗模型中細胞3D自組裝過程的數學模型；然後，根據此體外試驗模型及試驗結果確定數學模型中激活子、阻滯子及細胞的擴散係數矩陣、反應項中的表達式等；最後，通過仿真計算研究數學模型中各物理變數對3D多細胞結構的影響規律，並結合對應的試驗結果歸納出調控細胞自組裝過程及形成各類3D多細胞結構的方法。
結題摘要
基於結構支架和細胞3D列印的生物製造技術在組織再生和人工器官再造方面取得長足發展的同時也面臨一定的問題和挑戰。所以，近年國際上越來越多的研究工作逐漸開始重視細胞先天固有的自組織( self-organizing) 特性。如能儘可能模擬自然界中的作用機制,使細胞自發組裝形成組織或器官的內部結構特徵，而非主要利用外力將其塑造成特定幾何結構,將會進一步創造性地拓寬生物製造領域的研究思路,而且其亦可以和結構支架及細胞3D列印技術相融合。為進一步研究細胞 3D 自組裝機理，並使得細胞自組裝過程可控，本項目對多種內部結構特徵的凝膠體以及梯度化凝膠塊組合體中細胞 3D自組裝機理進行了研究。一方面，通過對透明質酸修飾，並利用光致介電泳力以及微結構模具成型兩種方法構建梯度化凝膠微塊組合體，建立了相應的體外試驗模型並進行3D自組裝試驗，研究凝膠塊界面以及外源因子等激勵因素對細胞自組裝的調控作用；另一方面，建立了描述細胞3D自組裝過程的反應-擴散數學模型，並結合相應的試驗條件進行分類仿真計算。結果表明：這種成分可定量設定的凝膠能夠實現細胞正常的生長與穩定的自組織過程；梯度化3D凝膠中可以產生具有空腔的管狀多細胞結構，而且此結構形貌與數學模型的仿真結果吻合；通過外源因子能夠調節3D組織微結構的形貌，且這種三維形貌的轉換與數學模型的仿真結果吻合。由此可通過仿真計算並結合試驗結果歸納出調控細胞自組裝過程及形成各類3D 組織微結構的方法。本項目為自底向上的基於細胞3D自組裝的微納生物製造技術發展提供了理論引導並奠定了實驗基礎，這對自組裝式生物製造和再生醫學的發展具有重要意義。
