基于透明质酸材料的人诱导多能干细胞培养基质研究

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人诱导多能干细胞(hiPSCs)是指通过重编程技术,将外源基因导入到已经分化成熟的体细胞中,诱导其退分化为具有人胚胎干细胞(hESCs)性质的多能性细胞。由于iPSCs具有分化成人所有细胞系的能力,并回避了hESCs存在的伦理道德问题,因此它在治疗性克隆、器官移植等领域具有十分巨大的潜力。目前iPSCs主要培养在小鼠肉瘤叶中提取的可溶性基底Matrigel表面。Matrigel能很好的促进细胞贴壁与增殖,并且能够维持细胞的多能性潜力,保持细胞术分化状态,是目前培养hiPSCs和hESCs的“金标准”。但是,由于Matrigel存在着成分不明确、含有动物源性成分、产品批次不一致等缺点,为体外培养hiPSCs的临床应用设置了障碍。因此,建立一个稳定的、成分明确的、不含动物源性成分的新培养体系很有必要。透明质酸(HA)是一种天然聚阴离子粘多糖高分子,广泛存在于人体内,并且是细胞外基质的主要成分。透明质酸具有良好的生物相容性,是理想的组织工程支架材料。本论文中,我们对透明质酸进行改性,并在其表面进行多肽修饰,接枝能够促进hiPSCs贴壁与增殖的活性多肽。我们制备了改性透明质酸膜与改性透明质酸纳米纤维两种结构,表征了多肽修饰前后材料性质的变化,并研究了hiPSCs在材料表面的贴壁、增殖、分化等行为。实验结果表明,改性透明质酸膜和纳米纤维均能促进hiPSCs在其表面贴壁与增殖,细胞贴壁率分别为Matrigel的74.5%和38.4%。膜结构能很好的维持细胞的多能性潜力,有望应用于替代Matrigel培养hiPSCs。而纤维结构能促进细胞的分化,有望应用于hiPSCs定向分化研究。本文共分为四章和附录,具体每章的主要研究内容如下:  第一章介绍了hiPSCs的基本概念,体外培养hiPSCs的方法和替代Matrigel的培养体系。并对透明质酸的基本概念、改性方法、在胚胎干细胞领域的最新研究现状进行了介绍。引出本文的选题意义、研究内容和研究目标。  第二章研究了多肽修饰改性透明质酸膜培养hiPSCs。合成了甲基丙烯酸化透明质酸,并研究了甲基丙烯酸基团的接枝率;通过紫外交联制备甲基丙烯酸化透明质酸膜;在膜表面进行了活性多肽接枝;研究了hiPSCs在材料表面的贴壁、增殖、多能性维持等。实验结果表明多肽修饰改性透明质酸膜能很好的支持hiPSCs的贴壁与增殖,细胞最高贴壁率是Matrigel的74.5%;在其表面培养5天,hiPSCs仍然保持多能性潜力。  第三章研究了多肽修饰透明质酸纳米纤维培养hiPSCs。通过静电纺丝技术制备聚乙烯醇/透明质酸纳米纤维;研究了纳米纤维的形貌和化学键作用;使用戊二醛交联纳米纤维并研究了纤维的体外降解情况;在纳米纤维表面进行了活性多肽接枝;研究了hiPSCs在纤维表面的贴壁、增殖、多能性维持等。实验结果表明多肽修饰改性透明质酸纳米纤维能支持hiPSCs的贴壁与增殖,在纤维表面培养5天hiPSCs开始分化。  第四章为本文的研究结果总结和展望,并提出了本文研究工作的创新点。  附录介绍了一步法合成纳米银负载静电纺丝纳米纤维。该方法能够在纳米纤维表面生成粒径在4-14 nm之间的纳米银颗粒。研究了纤维的体外释放Ag的能力和对大肠杆菌的抗菌行为。实验结果表面,该纳米纤维具有优秀的抗菌能力,具有应用于抗菌敷料的潜力。
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