多孔纳米纤维基组织工程支架的超临界流体构建技术及其拓扑结构对细胞作用研究

批准号:
31570974
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
王士斌
依托单位:
学科分类:
C1003.组织工程学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈爱政、吴文果、龙瑞敏、田中标、洪华荣、宋湖凡、张冉、陈标奇、曾玉婷
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中文摘要
为改进目前制备组织工程支架存在孔洞贯通性差或需要盐析法除去致孔剂、负载的生长因子容易失活,同时无法获得粗糙表面等缺点,本项目拟采用超临界二氧化碳流体相转化技术,以碳酸氢铵颗粒和薄荷醇为双重致孔剂,制备由多孔纳米纤维构建的三维支架。通过工艺参数优化,制备出孔径可控、大孔和微孔共存、孔隙率高、孔洞相互贯通、由多孔纳米纤维形成的三维支架。然后考察支架微观纳米拓扑结构对细胞活性变化、黏附聚集状况、细胞增殖、细胞迁移的影响,测定细胞分泌蛋白总量及特定蛋白表达水平,并进行组织学及免疫组化鉴定;考察不同微观纳米拓扑结构支架中粘附的血清蛋白种类及数量、支架中细胞的面积、细胞的骨架发育情况以及TGF-β1/MMPs信号通路情况,探讨支架结构与细胞相互作用的机理。最后考察负载生长因子-海藻酸钠/壳聚糖微胶囊的复合支架对生长因子的缓释、保护作用及生长因子对支架中细胞生长的促进作用,并对支架材料的降解性进行研究。
英文摘要
The limits of traditional techniques used to produce tissue engineering scaffolds include poor interconnected pores or using the salt leaching process for removal of solid porogen, easy deactivation of the loaded growth factors and difficulty in obtaining rough surface. In this project, a porous-nanofibers-based three-dimensional tissue engineering scaffold with porous nanofibrous structure is prepared by the phase inversion by supercritical CO2 technology using the ammonium bicarbonate particles and menthol as dual porogens. By optimizing the operating parameters, it is expected to obtain a three-dimensional scaffold with porous nanofibrous structure, which possesses both large pores and micropores with a controllable pore size, high porosity, and interconnected structure. Then the studies on the effects of nanotopography of scaffold on cells will be carried out; including the measurements of cell viability, cell adhesion and aggregation ability, cell proliferation and cell migration, total protein secretion and expression of specific protein, histological and immunohistochemical identification, the type and number of serum protein, cell area, cell skeleton development and signal pathway of TGF-β1/MMPs in the scaffold with different nanotopography characteristics, the mechanism of scaffold interacts with cells will be studied. Finally, the sustained release and protection properties of the composite scaffolds incorporated with growth factor loaded alginate/chitosan microcapsules will be investigated; the effects of growth factor in the scaffold on the cell growth, and the degradation profiles of the scaffold materials will also be studied.
目前传统方法如模压沥滤法等制备组织工程支架存在操作条件复杂,有机溶剂残留量高,孔洞贯通性差或需要盐析法除去固体致孔剂,负载的生长因子容易失活,同时无法获得与天然细胞外基质相类似的微观纳米拓扑结构等缺点。为克服上述缺点,超临界二氧化碳(SC-CO2)的相转化在组织工程支架的开发中得到了广泛的应用。. 首先,通过选择制备条件和成孔剂,采用SC-CO2相转化法制备了表面粗糙的聚乳酸(PLLA)3D纳米纤维支架。结果表明,该方法能有效地调控纳米纤维的结构形态,促进半结晶聚合物的结晶过程,诱导纳米纤维表面粗糙结构的形成。同时,碳酸氢铵(AB)的成孔剂可以产生大孔的三维结构,薄荷醇的成孔剂可以改善纳米纤维微孔之间的连通性。随着薄荷醇含量的增加,纤维直径显著增加。此外,在相分离过程中,薄荷醇可能会影响PLLAα'和α晶体之间的相互转变。此外,蛋白质吸附、细胞粘附和增殖分析结果表明,细胞在纳米纤维支架上具有更高的活性。最后,本研究采用超临界流体辅助相转化与发泡复合工艺制备了开放、相互贯通的高孔隙率的聚己内酯(PCL)支架用于成骨分化。最初,为了更好地控制支架的孔隙率和压缩强度设计了23全因子实验研究各种工艺参数的相对重要性。随后通过单因素实验考察解不同工艺参数对支架形貌的影响。另一方面,负载生长因子,即骨形态发生蛋白-2(BMP-2),作为这些多孔支架中的模型蛋白,以评估它们的成骨分化。体外研究表明,载有生长因子的PCL支架能够促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化,通过测量细胞增殖和碱性磷酸酶(ALP)活性证实了成骨分化。. 以上结果表明,通过复合工艺制备的多孔支架可有效地促进成骨分化,并可能在骨组织工程中具有应用前景。. 在本项目的资助下,发表SCI论文31篇,其中第一标注3篇,第二标注16篇,第三标注11篇,第四标注1篇。获得中国发明专利授权5项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:doi:10.3390/polym11101627
发表时间:2019
期刊:Polymers
影响因子:5
作者:Jun Zhong;Ranjith Kumar Kankala;Shi-Bin Wang;Ai-Zheng Chen
通讯作者:Ai-Zheng Chen
Investigation of silk fibroin nanoparticle-decorated poly(l-lactic acid) composite scaffolds for osteoblast growth and differentiation.
丝素蛋白纳米颗粒修饰的聚(L-乳酸)复合支架对成骨细胞生长和分化的研究
DOI:10.2147/ijn.s129526
发表时间:2017
期刊:International journal of nanomedicine
影响因子:8
作者:Chen BQ;Kankala RK;Chen AZ;Yang DZ;Cheng XX;Jiang NN;Zhu K;Wang SB
通讯作者:Wang SB
Poly-allylamine hydrochloride and fucoidan-based self-assembled polyelectrolyte complex nanoparticles for cancer therapeutics.
用于癌症治疗的聚烯丙胺盐酸盐和基于岩藻依聚糖的自组装聚电解质复合纳米颗粒。
DOI:10.1002/jbm.a.36526
发表时间:2018-12
期刊:Journal of Biomedical Materials Research Part A
影响因子:4.9
作者:Wang Pei;Kankala Ranjith Kumar;Chen Biaoqi;Long Ruimin;Cai Duanhua;Liu Yuangang;Wang Shibin
通讯作者:Wang Shibin
DOI:DOI: 10.1002/ppsc.201900016
发表时间:2019
期刊:Particle & Particle Systems Characterization
影响因子:--
作者:Nina Jiang;Yiwei Wang;Danyang Li;Jie Niu;Shibin Wang;Aizheng Chen
通讯作者:Aizheng Chen
Dual Functional Modification of Alkaline Amino Acids Induces the Self-Assembly of Cylinder-Like Tobacco Mosaic Virus Coat Proteins into Gear-Like Architectures
碱性氨基酸的双功能修饰诱导圆柱状烟草花叶病毒外壳蛋白自组装成齿轮状结构
DOI:10.1002/smll.201805543
发表时间:2019
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Jian-Ting Zhang;Ranjith Kumar Kankala;Yi-Hao Zhou;Jin-Chen Dong;Ai-Zheng Chen;Qiangbin Wang
通讯作者:Qiangbin Wang
基于微组织“生物墨水”的3D打印技术构建复杂仿生关节单元用于药物筛选的研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:王士斌
- 依托单位:
以共微囊化细胞为“致孔剂”在超临界流体中构建组织工程肝组织
- 批准号:31170939
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:王士斌
- 依托单位:
聚精氨酸-几丁聚糖复合基介入治疗性药物控释载体
- 批准号:30370415
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:王士斌
- 依托单位:
介入治疗可生物降解聚/假聚氨基酸药物载体的研究
- 批准号:39800040
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:11.0万元
- 批准年份:1998
- 负责人:王士斌
- 依托单位:
国内基金
海外基金
