特异降解性天然水凝胶人工细胞外基质材料的应用基础研究

从模拟细胞在体内生长的微环境出发，本项目以分子水平设计细胞相容性良好的新型天然水凝胶人工细胞外基质材料，并构建出相应的三维多孔支架和大孔微载体，在温和的生理条件下通过非酶解机理降解材料，快速回收三维动态扩增的间充质干细胞。制备交联桥中包含二硫键的海藻酸盐水凝胶，通过适宜修饰过程将生物活性物质引入到材料表面提高其细胞亲和性。将间充质干细胞种植于水凝胶的多孔支架和大孔微载体中进行三维动态扩增和培养，在半胱胺酸等还原剂作用下水凝胶交联桥上的二硫键发生向巯基的转化反应，使水凝胶解体而溶解，从而以非酶解途径回收扩增后的干细胞。系统研究材料的组成、孔隙结构、力学性能和表面特性等因素与干细胞扩增、表型、分化潜能之间的对应关系，揭示此类水凝胶人工细胞外基质材料的结构/性能与间充质干细胞相互作用的规律特性，为研究开发新型干细胞大规模扩增材料提供理论依据。

微载体在哺乳动物细胞的大规模扩增中期非常重要的作用，本项目从模拟细胞在体内生长的微环境出发，从分子水平设计细胞相容性良好的新型化学交联的海藻酸基水凝胶人工细胞外基质材料，并构建出相应的三维多孔支架和大孔微载体，在此基础上通过层层自组装技术采用壳聚糖、肝素、纤连蛋白和生长因子对其表面进行修饰，以提高其力学性能和生物相容性。该类微载体最大的特点就是其结构中含有二硫键，能在特定的还原剂作用下发生二硫键与巯基的转化反应，从而发生化学降解反应。此外，该微载体具有可控的粒径、形貌及溶胀特性。该类微载体具有良好的生物相容性，可支持多种细胞的粘附与增值，加入还原剂时可实现载体的快速降解，达到无酶消化细胞的目的，可为干细胞的大规模扩增提供优良的载体材料。本项目的研究成果可为研制非酶消化干细胞扩增载体的研制提供一定的理论依据。