微制作技术构建组织工程神经支架的研究

组织工程的“三要素”，即三维支架，种子细胞和生物活性分子。其中三维支架的构建是组织工程研究的重点。生物支架是对细胞外基质(extracellular matrix , ECM)结构和功能的仿生，起到替代 ECM 的重要作用，它和种子细胞共同构成组织工程的核心-三维空间复合体，所以支架材料的选取和构建是组织工程的关键之一。 由聚（L-乳酸）（PLLA）、胶原（coll）和羟基磷灰石（HA）组成的复合纳米电纺丝支架的生物相容性研究。应用于组织工程的具有纳米结构的复合电纺丝支架通过电纺技术制作成功，聚（L-乳酸）分别与胶原或羟基磷灰石单独混合，或PLLA与两者一起混合，构成了复合电纺丝的组成成分。HEK293T细胞在支架上生长情况良好。与纯PLLA电纺丝支架相比较，PLLA/HA /Coll复合电纺丝支架上的活细胞密度更高，因而PLLA/coll/HA纳米纤维支架因具有足够的机械强度与良好的生物相容性，最有希望用于组织工程的应用研究中。 建立了一种利用仿生活性物质，修饰不同亲/疏水性材料形成具有生物活性、生物相容性好的系列基底材料的方法。将多种不同基质特性基底材料，通过修饰构建出可用于细胞生物学研究和组织工程的基底材料，还可用于免疫反应分析的生物芯片基底材料。在硬质材料研究方面:由蚌分泌蛋白质的主要成分-L-DOPA，设计、构建了一种具有生物活性的表/界面基底材料(PDMS-DOPA-College)，研究了DOPA成份对亲/疏水性基底修饰前后，基底材料的理化特性变化、活性界面形成机制；探讨了该基底在神经干细胞细胞粘附、生长中的应用。在仿生抗吸附界面材料方面:我们在已有技术的基础之上,将新型的双功能活性成分修饰在生物医学工程领域中普遍使用的血管材料表面,使其具有增加细胞粘附与生长、抗蛋白质（如血液纤维蛋白原）粘附的双重功能,也可实现图案化与特性化要求。 细胞力学特性可以从一定程度上反映其结构特征，对进一步研究其内部构造具有重要意义。我们通过采用吸持法对神经细胞的力学特性进行测量，利用吸持压和变形的关系获得细胞的额力学特性。 2100433B

组织工程的三要素，即三维支架，种子细胞和生物活性分子。其中三维支架的构建是组织工程研究的重点。生物支架是对细胞外基质(extracellular matrix , ECM)结构和功能的仿生，起到替代 ECM的重要作用，它和种子细胞共同构成组织工程的核心-三维空间复合体，所以支架材料的选取和构建是组织工程的关键之一。本研究中，我们将构建具有纳米／微米多级孔结构（上盖层）-电纺丝纳米纤维梯度图案化/拓扑结构功能化（中间层）-微流控微环境诱导定向迁移/生长（下底层）的PLGA三维夹心式组织工程神经支架；首先研究PLGA二维器件中生物化学信号和物理信号对神经干细胞图案化吸附、定向生长的作用；进一步探讨微环境对三维夹心式结构支架中神经干细胞的诱导分化、生长的作用及机制；最后评价PLGA三维夹心式结构组织工程神经支架在大鼠横断脊髓损伤/修复中的应用效果。

结合溶胶-凝胶技术和静电纺丝技术制备CaO-P2O5-SiO2三元系统介孔生物玻璃微纳米纤维，并以其作为组织工程支架材料的无机基相，用于提高材料的力学强度及生物活性。利用基因重组技术制备载有骨细胞调节因子Osterix目的基因的质粒DNA，并以壳聚糖作为基因表达载体，制备出包埋有质粒 DNA 的壳聚糖纳米微球，作为骨修复材料中的添加相，用以改善材料的细胞学特性。配制由生物玻璃微纳米纤维、基因载体微球和PCL等材料构成的乳液体系，利用热致相分离法制备复合OGP质粒DNA的生物玻璃/PCL仿生骨组织工程支架。研究生物玻璃微纳米纤维的微细结构、介孔大小及形貌、分布取向以及质粒微球的粒径尺寸、工艺条件等因素对材料力学性能、生物活性、降解速率、离子释放动力学以及基因调控特性的影响规律及机理。通过上述研究为仿生骨修复材料及支架的设计与制备提供新的思路和理论依据。

利用应力生长关系中生物组织内部构造的分析成果和现代先进制造中快速原型技术（如固态自由成型加工技术，选择性激光熔结/烧结技术等），将基底材料加工成型为符合组织生长需要的三维构造，为攻克组织工程关键障碍即材料支架设计制造和仿生结构设计提供必需的理论基础，并形成一套完整而先进的现代加工技术。 2100433B