短肽自组装技术构建纳米三维细胞培养基质

绝大多数用于细胞3D(3-dimension,3D)培养的生物材料支架具有多孔渗水性的无定形结构,能被生物降解,但没有生物活性,也没有组织特异性,其支架显微结构与体内ECM(extracellular matrix,ECM)相差很大.目前,国际上兴起用短肽自组装技术构建纳米三维细胞培养基质,它具有纳米级结构、具有生物活性、组织特异性、成分清楚可控、生物力学、显微结构与体内一致等特征.纳米三维细胞培养基质在细胞生物学,肿瘤学,高通量药物筛选,组织工程,再生医学,以及生物纳米材料的发展具有重要的意义.     

3D肿瘤支架的研究进展及其在药物筛选中的应用

3D肿瘤支架作为新兴的肿瘤细胞培养平台，能够重现肿瘤组织的3D结构，提供仿生微环境和降低肿瘤细胞的药物敏感性，在肿瘤生理学研究和肿瘤耐药机制研究中具有独特优势。综述了3D肿瘤支架的类型及其优缺点，从模拟肿瘤-间质细胞相互作用和肿瘤内部梯度缺氧环境两方面介绍了3D肿瘤支架模拟肿瘤微环境的研究进展，并对3D肿瘤支架在药物筛选中的应用进行分析。揭示了肿瘤支架在研究肿瘤耐药性机制、开发新型抗肿瘤药物，以及作为个性化肿瘤治疗临床前平台中的重要作用。最后对肿瘤支架的构建和应用提出设想和展望，旨在为构建高仿真肿瘤模型，研究肿瘤的异质性和肿瘤治疗方法提供参考。     

骨折固定用三维编织复合材料的性能

为避免传统金属骨折固定材料应力遮挡效应,采用真空浸渍法制备了新型骨折固定用三维编织碳纤维/环氧(C3D/EP)复合材料,研究了该材料的弯曲、剪切和冲击性能,讨论了其失效方式,通过体外细胞培养法对C3D/EP复合材料的细胞毒性进行了评价.结果表明,与常用金属骨固定材料相比,纤维含量为43%的C3D/EP复合材料弯曲强度已超过不锈钢并接近钛合金,但模量比后二者低得多,与人骨相近;与长纤维复合材料(CL/EP)相比,C3D/EP复合材料破坏时不发生脆性断裂,另外,3T3细胞系和小鼠骨髓基质细胞毒性实验表明,该材料基本没有细胞毒性.上述结果表明该C3D/EP骨折固定复合材料具有良好的应用前景.     

三维细胞支架的流固耦合数值模拟

三维细胞支架作为体外骨组织细胞培养的重要一环,对三维细胞支架进行数值模拟可为体外细胞培养提供依据,当前使用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法模拟流体的参数变化规律相对较多,而使用流固耦合的方法相对较少,因此,文中通过ANSYS Workbench软件,用流固耦合的方法模拟细胞体外培养中3种不同结构多孔支架的力学响应。根据流固耦合模拟的支架壁面剪切应力分布与细胞生物学研究结果进行对比,得出丝径为0.30 mm,孔隙率为91.44%的box2型多孔支架较适合细胞的生长,并通过对流体y轴方向上的压力和速度分析,得出支架结构和丝径大小与流体速度和压力间的联系,支架丝径越大,流体在支架区域y轴方向速度增幅越大,初始压力越大。研究结果可为体外细胞培养支架的选择提供依据,并通过支架表面的受力情况和流体参数的变化规律为细胞种植和培养液流速控制提供参考。     

面向组织工程的多细胞结构三维自组装成形方法的研究进展

多细胞结构是由细胞群体构成的有机体,其体外构建对于组织工程和再生医学的发展具有重要的基础意义。利用细胞自身的自组织特性构建三维(3D)多细胞结构正成为生物制造和组织再生的一种重要途径,并受到越来越多的关注。对三维多细胞结构的自组装式构建与调控的相关基础研究及关键技术进行了综述及分析,主要涉及凝胶内3D细胞培养、多细胞结构可控形成,及其与图灵反应-扩散机制的联系等方面的研究工作。为进一步研究多细胞3D自组装机理,使得该自组装过程可控,且满足同时调控外部施加和细胞自身分泌的作用因子的浓度梯度分布的需求,提出对内部结构特征梯度化的3D凝胶体内细胞3D自组装模型进行研究,以推进三维多细胞结构及组织前体形成的理性调控技术。     

加工工艺对医用心血管支架生物相容性的影响

设计了一种新结构的316L不锈钢心血管支架，采用激光切割和电化学抛光去除尖角的加工方法，通过3D细胞和小鼠骨髓基质细胞培养以及人体外周血的溶血实验，研究了加工工艺对该心血管支架生物相容性的影响．采用激光切割和电化学抛光工艺，获得了设计的支架形状并消除了支架边缘的尖角；实验组和对照组对比表明，细胞的形状、数量相同，其活性和生长未受支架影响，支架没有引起溶血反应，加工工艺是合理的，没有产生细胞毒性。     

3D打印PLLA/HA复合组织工程骨支架及性能表征

为了解决羟基磷灰石(HA)骨支架降解难的问题,本研究通过在HA骨支架中加入具有良好降解性能的聚左旋乳酸(PLLA)来调节其降解速度.采用3D打印挤出成型设备制备出PLLA/HA复合多孔骨支架,探究不同PLLA质量分数下复合组织工程骨支架抗压强度、亲水性、降解率以及细胞毒性的变化.实验结果表明:五组不同材料配比的复合骨支...     

离心—冷冻法制备梯度孔结构的真皮支架

胶原基真皮支架的结构和性能受多方面因素影响,比如除胶原外的其他主要材料、支架的孔径和孔隙率以及交联度等.采用离心—冷冻法结合冷冻干燥法制备梯度孔结构的真皮支架,表征支架的孔径和孔隙率,并以细胞培养检验其生物相容性,其中采用扫描电镜对上中下3部分支架结构及孔径进行表征,并通过细胞培养生长实验检测该支架材料的细胞粘附性能,以达到表征离心力的影响.结果显示,离心力对支架的微观结构产生了影响,支架的致密程度从下到上有明显的不同,具体表现在孔径上:上层孔径52±27.8μm,中层孔径57±8.7μm,下层孔径49±40.4μm.同时,细胞粘附实验表明,致密的下层更适合细胞的粘附生长.     

3D打印丝素蛋白-Ⅱ型胶原软骨支架

运用三维制图软件Solidworks设计了软骨支架宏观结构,采用3D打印技术和冷冻干燥技术制备了丝素蛋白-Ⅱ型胶原软骨支架。通过实验测试了支架的密度、孔隙率和弹性模量;在支架上接种软骨细胞后,采用MTT法、HE染色和扫描电镜观察3种方法分析了细胞在支架上的增殖和形态。结果显示,丝素蛋白-Ⅱ型胶原软骨支架弹性模量具有率相关性,即随着应变率增加,支架的弹性模量增大;支架的密度和孔隙率分别为(0.086 6±0.008 4)g/cm3和(89.3±3.26)%。支架接种细胞培养7 d后,细胞生长增殖加快;HE染色观察发现,细胞在表层区生长最多,深层区最少;扫描电镜观察发现,支架孔径形状规则,通透性较好,细胞多分布于孔壁表面。     

显微细胞图像分析方法的研究进展

阐述了图像处理技术在显微细胞图像处理领域的发展现状,包括显微细胞图像预处理算法、细胞分割算法、细胞跟踪算法、细胞形状变化分析、3D细胞图像分析等内容。 指出了显微细胞图像处理研究中的难点,如非刚体形状的描述,旋转、平移、尺度变化对形状描述影响的消除,3D形状信息的提取和压缩等。 并探讨了显微细胞图像处理由静态图像分析向动态图像分析,由2D图像分析向3D图像分析,由定性分析向定量分析的发展趋势。      

天然丝素制备三维多孔支架

研究盐沥滤法制备三维多孔丝素支架,在丝素多孔支架上培养人成骨肉瘤细胞、成纤维细胞及肝细胞.研究材料的细胞相容性,发现多种动物细胞在盐沥滤法所制备的丝素多孔支架材料上能够很好地黏附和增殖.通过调整丝素水溶液的浓度、溶解丝素溶剂体系、NaCl添加量和NaCl粒径,制备出结构和性质可以调控的三维支架.该结果为丝素多孔支架材料的制备提供了新的研究思路和方法.     

化学生物学综合创新实验——基于3D细胞模型的基因转染

该文通过体外构建三维(3D)细胞培养模型,探讨基于3D细胞模型的基因转染条件。实验选用甲基纤维素半固体培养体系,建立了体外3D细胞模型。并采用聚乙烯亚胺(PEI,25 k Da)介导荧光标记质粒和增强绿色荧光蛋白报告基因的转染,激光扫描共聚焦三维重构技术进一步分析基因在3D细胞模型中的传输及表达情况。结果表明,当PEI和质粒DNA的复合比为10时,PEI介导的基因在3D细胞模型中具有良好的传输能力和一定的表达能力。本研究结果可为3D细胞模型在基因转染方面的应用提供实验依据。     

生物材料的3D打印研究进展

在生物医药领域,通过对生物材料或活细胞进行3D打印,可构建复杂生物三维结构如个性化植入体、可再生人工骨、体外细胞三维结构体、人工器官等,因而基于生物3D打印在个性化定制及复杂结构调控制造上的独特优势,综述了生物3D打印技术的基本工艺、应用领域与研究进展.重点针对3D打印生物材料这一研究热点,全面讨论了喷墨打印和注射挤出打印两种路径,分析总结了3D打印相关生物材料并应用于体外模型、医疗器械和植入体的制造以及可降解组织支架、细胞三维结构体的构建,最后对该技术未来发展趋势和研究重点提出展望.     

软组织支架3D打印/压印成形工艺研究

针对当前采用3D打印技术制作软组织工程支架效率低、对细胞损伤大、圆形流道成形精度低等问题,提出了压印与打印技术相结合的直接成形新方法。首先采用压印方法结合光交联固化方法来制造具有流道结构的单层软组织支架,之后利用打印方法沿着流道注入明胶等温敏材料,通过低温环境使流道内的明胶等温敏材料固化起支撑作用,并逐层累积形成立体结构,最后利用温度控制使流道内的明胶融化,形成管道,最终形成具有流道结构的软组织支架。针对该工艺,研制开发出了相应自动化成形设备,结果表明,当扫描间距为51mm时,光强均匀度最高,用该工艺制作出来的支架,圆弧形流道结构清晰平滑,流道相通性很好。研究结果有利于软组织工程支架微结构的精确制造,可望进一步用于细胞打印并提高细胞成活率和成形效率。     

组织工程血管研究现状

组织工程化血管的产生和发展使人类最终解决完善血管替代物的问题成为可能.随着干细胞功能研究的进步和材料及塑型科学的不断发展,血管组织工程进展迅速,备受瞩目.文中就血管组织工程中关键的3大要素:支架材料、种子细胞和共培养构建的研究进展作一综述.     

可降解高分子材料在心血管领域的研究与展望

细胞外基质材料的研究是组织工程中一个十分重要的环节 ,因此较系统地介绍了用于组织工程中的几种生物可降解高分子支架材料和三维多孔可降解组织工程支架材料的制备技术及发展 ,并指出了各自的优缺点 .同时结合这些材料综述了血管组织工程和心脏瓣膜组织工程的研究现状 ,以及对未来研究的展望     

3D打印技术在植入式医疗器械中的应用

 随着医疗技术进步和人们健康意识的提升,以3D打印技术为基础制备的植入式医疗器械开始在人们生活中扮演重要角色,在个性化定制医疗中起到了至关重要的作用。本文综述了近年来3D打印技术在牙科、骨科、气血管支架、皮肤、药片和生物打印等植入式医疗器械领域的应用,总结了3D打印市场的发展进程,分析并描绘了3D打印技术在生物医学材料发展的中的地位和前景。     

组织工程血管研究现状

组织工程化血管的产生和发展使人类最终解决完善血管替代物的问题成为可能.随着干细胞功能研究的进步和材料及塑型科学的不断发展，血管组织工程进展迅速，备受瞩目.文中就血管组织工程中关键的3大要素：支架材料、种子细胞和共培养构建的研究进展作一综述.     

可持续灌注细胞培养系统的研制与测试

为了实现对体外培养细胞生长状态的实时监测,本实验研制出一套可在显微镜下实现细胞实时连续监测的可持续灌注培养系统.本可持续灌注培养系统主要包括4个部分:pH-CO2调控系统、温度控制系统、可持续灌注系统和可拆卸式细胞培养池.可拆卸式细胞培养池由Pro-E软件设计,并以有机玻璃为材料加工.利用此培养系统,已成功地将中国仓鼠卵巢细胞(CHO)、小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)等细胞分别培养4~5天,不但细胞生长状态良好,还可对之进行显微镜下各种形态结构参数的检测.表明该系统可针对某一特定细胞的生命活动进行长时间连续实时追踪测控;并且可与显微操作系统联用,实现单个细胞的搬运,注射等显微操作.     

暹罗鳄胆汁提取物对人胆管癌MZ-ChA-1细胞的抑制作用

以暹罗鳄(Crocodylus siamensis)胆汁为材料,应用细胞培养、细胞计数、Hoechst33258染色、流式细胞仪等技术研究暹罗鳄胆汁提取物对人胆管癌MZ-ChA-1细胞凋亡的诱导作用.实验结果显示,胆汁提取物可明显诱导人胆管癌MZ-ChA-1细胞的凋亡,经1.75 mg/mL暹罗鳄胆汁提取物诱导处理24 h后,人胆管癌MZ-ChA-1细胞的增殖活动受到显著的抑制,细胞生长抑制率达86.71%;光镜观察结果显示,暹罗鳄胆汁提取物处理细胞后,细胞体积缩小,细胞核固缩;细胞核经Hoechst33258染色出现浓染致密的固缩形态和颗粒状荧光;细胞周期检测出现G0/G1期细胞比例升高,S和G2/M期细胞比例下降.研究结果表明,暹罗鳄胆汁提取物对人胆管癌MZ-ChA-1细胞凋亡的诱导具有显著作用,从而为进一步研究细胞凋亡机制提供重要基础和研究依据.