基于iPSCs生物人工肝反应器的构建与评估
批准号:
82060119
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
李汛
依托单位:
学科分类:
肝保护和人工肝
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李汛
中文摘要
生物人工肝可能是肝衰竭治疗中极具潜力的治疗手段之一,但原代肝细胞扩增困难、猪肝细胞和肝癌细胞的安全性争议和体外培养失去肝脏微环境等原因使得生物反应器制备出现瓶颈。诱导性多能干细胞(iPSCs)具备大量增殖和肝向分化特性;肝细胞与非实质细胞的共培养及适宜剪切力能模拟肝脏微环境,能够进一步促进肝细胞成熟及功能表达。本项目将iPSCs与模拟肝脏微环境相结合,诱导iPSCs肝向分化,通过共培养+适宜流体剪切力模拟肝脏微环境中细胞-基质-微血流的相互作用,研究共培养和剪切力在肝细胞分化成熟、细胞团微结构形成中的作用,探讨钙离子转运和肝细胞生长因子产生在细胞团应对机械力中的具体作用;建立共培养+适宜流体剪切力的最佳方案,设计制备多层板培养支架,构建新型生物反应器并进行体内功能验证。本项目结合基础研究与应用转化,探讨共培养和剪切力对于干细胞分化的具体影响,最终构建新型生物反应器,为肝衰竭治疗提供新选择。
英文摘要
Bioartificial-liver is a novel and potential method to solve liver failure. However, due to the difficulties of primary hepatocyte expansion, the controversial safety of porcine hepatocytes and hepatoma cells, the low function of cells, and the loss of microenvironment characteristics of liver in vitro, the preparation of bioreactor was limited. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have potential for proliferation and differentiation into hepatocytes with no ethical dispute about stem cells. co-culture of hepatocytes and nonparenchymal cells and fluid shear can further promote the maturation and functional expression of hepatocytes. In this project, iPSCs-Hep will be used as functional cell, and we will create a similar microenvironment to simulate the interaction among cell-matrix-blood flow in liver microenvironment through combining co-culture and fluid shear. the roles of co-culture and fluid shear in the differentiation and maturation of hepatocytes, the formation of tissue microstructure and the expression of function will be studied. The specific role of Ca2 + transport and HGF secretion in the response of cell clusters to mechanical forces will be explored. A new culture scheme of fusion of co-culture and fluid shear will be explored, then multi-layer plate culture stent and a new type bioreactor will be constructed on this basis. In this project, in combined with basic research and application transformation, we will explore the specific effects of co-culture and fluid shear on stem cell differentiation, ultimately build a new type bioreactor for bioartificial-liver, and provide a new choice for treatment of liver failure.
生物人工肝反应器系统是将细胞组分与支架结构相结合,进而实现体外高效代谢与介质制备的先进装置。在本研究中,我们基于肝脏微环境模拟,重新设计建立新型生物反应器系统,提出“基于生物反应器的干细胞疗法”,并验证其在肝病治疗中的治疗价值。在新型反应器的设计中,我们创新性引入反应器液流稳定及流体剪切力控制体系,通过稳定适宜流体剪切力作用促进反应器内细胞组分的相应功能。在反应器细胞组分的研究中,我们基于诱导性多能干细胞肝向分化建立人源肝细胞的获取体系,进一步基于肝细胞与间质细胞的共培养体系强化反应器内细胞组分的治疗效应。在新型反应器应用方式选择及疗效测试中,我们使用标准肝病动物模型,结合治疗介质体内输注验证新疗法的治疗效应。在具体执行过程中,第一,我们建立iPSCs的肝向分化体系,并评估分化获得的类肝细胞响应于不同基质硬度的成熟度及肝细胞功能状态。第二,我们基于细胞黏附及功能状态评估并确认反应器材质,设计并采用熔融沉积打印制备了新型生物反应器装置。同时,我们优化肝细胞与间质细胞比例,并将共培养体系引入生物反应器中建立完整生物反应器系统,并测试不同流体剪切力对于细胞功能的具体影响。基于对于机体微环境的模拟,我们进一步将肝纤维化血清制备为诱导介质引入生物反应器循环体系内,诱导细胞组分的特殊治疗效应。第三,我们将循环介质收集、过滤、冻干并重溶后应用于疾病动物模型评价疗效,结合介质组分分析评价潜在治疗机制。在研究结果中,新型生物反应器装置通过细胞共培养及适宜流体剪切力作用,实现内部肝细胞的高效代谢功能,其白蛋白合成、氨代谢及尿素合成速率均显著优于普通培养环境;在具体治疗中,5%纤维化血清的循环诱导细胞组分的特殊响应表型,制备的治疗介质输注具备显著的肝纤维化缓解效应,具体机制涉及巨噬细胞的表型调控以及肝再生微环境的恢复。
长期低剂量镉暴露通过肝脏雌激素受体介导线粒体自噬的机制
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批准号:32171610
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项目类别:面上项目
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资助金额:59万元
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批准年份:2021
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负责人:李汛
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依托单位:
国内基金
海外基金