聚合物生物芯片用于脂肪干细胞纯化和体外扩增所涉及的粘附机理

Pluripotent stem cells have the potential widely used in the emerging field of regenerative medicine. Human adipose-derived stem cells (hASCs) have the advantage of easily obtained from liposuction surgery and abundance that is drawing more and more attention by the biomedical community. However, its purification is not easy and a system that supports long-term proliferation of the stem cells in vitro in a defined culture environment is still need to be developed before its clinical application. In this proposal，polymer microarrays as high-throughput platforms will be used to identify polymers for the purification of hASCs from fat tissue efficiently and economically. The interaction between stem cells and thermo-responsive polymers in a serum-free medium will be investigated by temperature reduction and flushing of medium to improve the purification of hASCs. The function of intermediation of adsorbed proteins between polymers and cells will be investigated. Thermo-responsive polymers that support long-term culture of hASCs without requiring enzymatic passaging will be identified. It's highly possible that the developed polymeric substrates will bring one-step forward for the clinical application of hASCs.

多能干细胞有广泛应用于新兴的再生医学领域的潜力。源自脂肪组织的成人多能干细胞具有易于从吸脂手术中获得并且资源丰富的优点而受到生物医学界越来越多地关注。但目前脂肪干细胞（hASC）不易纯化以及难于在可控的培养环境中进行长期培养扩增都限制其临床应用。为此本项目将引入以聚合物微点阵列芯片为平台的高通量研究方法，对上千的温敏性聚合物与hASC的相互作用进行平行研究和分析，从而获得聚合物化学组成和物理性能对hASC的粘附性能的影响，以筛选能用于hASC纯化的材料。并考察吸附在聚合物表面的蛋白质对聚合物与细胞相互作用的影响。通过降低温度及培养液冲洗，研究温度及剪切力的改变对hASC在聚合物上粘附作用的影响，优化纯化条件，以提高聚合物对hASC的纯化能力。聚合物芯片也将用于筛选能支持hASC体外长期培养的温敏性基质材料，进行无酶传代条件下的细胞扩增。预期开发出的聚合物将有力推动hASC的临床应用。

多能干细胞有广泛应用于新兴的再生医学领域的潜力。源自脂肪组织的成人多能干细胞具有易于从吸脂手术中获得并且来源丰富的优点而受到生物医学界越来越多地关注。但目前脂肪干细胞（hASC）不易纯化以及难于在可控的培养环境中进行长期培养扩增都限制其临床应用。为此本项目制备了含有1100个微点的聚合物微点阵列芯片进行高通量筛选，对丙烯酸酯类聚合物微点与hASC的相互作用进行平行分析，从而研究聚合物化学组成和物理性能对hASC的粘附性能的影响，筛选出了能用于hASC分离、纯化和体外长期扩增的共聚物（甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵( DMC) /甲基丙烯酸环己酯( CHMA)/甲基丙烯酸-2-( 二乙氨基) 乙酯( DEAEMA)）= 3 ∶ 1 ∶ 2，质量比）。研究了聚合物表面形态对细胞的粘附、生长和分化的影响。发现水接触角约为60°、粗糙度约200nm的共聚物表面有利于干细胞的粘附生长。在这种共聚物上培养脂肪干细胞3周后，流式免疫分型的结果表明干细胞的纯度高于普通细胞培养板上贴壁纯化的细胞，并且分化能力得到增强，定量PCR分析表明分化成软骨细胞的能力提高4倍，分化成骨细胞的能力提高8倍。该共聚物有望用于脂肪干细胞的较大规模的体外扩增，并最终有力推动hASC的临床应用。