三维细胞积聚与力学信号对软骨细胞功能调控的协同作用研究

适当的细胞积聚或力学信号能促进软骨细胞的功能表达，现有研究受限于技术和加工手段，只能进行单因素研究，缺乏对二者的协同作用研究。本项目经详细总结近年来细胞积聚、细胞力学的科研进展，提出假设：细胞在三维空间的不同积聚模式影响其功能状态；研究力学信号对三维积聚软骨细胞的功能调控（双因素复合研究模型），能深入准确地理解力学信号在生理状态下对软骨细胞的调控机制。本项目拟利用自行合成并已初步检测性能良好的功能性生物材料，介导软骨细胞模拟生理环境的三维积聚；通过磁性粒子对细胞施加外应力，研究力学信号对三维空间下积聚状态的软骨细胞的功能调控。本项目创新之处在于：模型中，软骨细胞和力学信号传导蛋白的构象接近生理状态，能准确反映力学信号的实际作用。本项目不仅能深化细胞三维积聚模式和力学信号调控细胞功能状态的机理研究，且生物材料的开发利用、相关理论和方法也将直接促进软骨组织工程的发展，应用前景广阔。

细胞积聚在软骨胚胎发育，关节软骨细胞表型维持以及软骨再生中都有重要作用。本项目以细胞积聚为核心，进行了三个层面的工作：1）研究了原代软骨细胞体外培养时表型变化；2）成功建立了磁珠诱导的细胞积聚模型，并优化了体外细胞积聚程度与软骨细胞表型维持的相关性；3）系统总结了软骨再生领域的功能性生物材料，并成功制备了相应的功能性的生物支架材料；同时系统比较了不同形貌生物材料对细胞积聚以及表型的影响。.研究发现软骨细胞的表型随着体外培养时间的延长而退化，表现为软骨功能基因表达量下降和细胞外基质分泌能力下降。合理浓度的微米磁珠具有可接受的生物相容性，并可以在磁力作用下介导细胞积聚成为不同大小的微团。适当的细胞积聚（78K cells/cm2）可以提升软骨细胞的功能状态和最终形成软骨的效率和质量。以甲壳素改性的多孔支架生物材料可以提升软骨细胞成软骨能力以及间充质干细胞的软骨分化能力。生物多孔支架材料与水凝胶相比能够促进软骨细胞增殖和细胞积聚。本项目加深了对细胞三维积聚方式与功能状态的理解，并且为其在生物材料的应用打下了基础。