具有快速浸润特性的超亲水材料与细胞黏附的关系研究

In tissue engineering the cells adhesion, spreading and proliferation are greatly affected by the spreading of the seeding cells solution on the surface and in the 3D structures of scaffolds. Therefore it is very important to investigate the relation between cells and fast spreading materials. This application will fabricate the superhydrophilic film and tissue engineering scaffold with fast spreading property by tuning plasma treatment or UV irradiation time using biocompatible polymers, and then cell culture experiment will be carried out on these prepared materials. How the spreading rate effect the cells adhesion, spreading and proliferation on the superhydrophilic surface or in the 3D scaffold structures will be investigated in order to demonstrate the relation between fast spreading phenomenon and cells adhesion. Meanwhile the difference of cells adhesion on fast spreading superhydrophilic surface, hydrophilic surface, hydrophobic surface and superhydrphobic surface will also be explored. This project will enrich the knowledge of the cells adhesion on the material surface and also offer more theoretical and experimental basis on constructing new typical tissue engineering materials.

在组织工程领域，种子细胞液能否在支架表面快速铺展，并且迅速有效的进入其三维多孔结构中，都将极大地影响细胞在支架中的粘附、生长和增殖行为。因此，研究材料表面的快速浸润现象与细胞粘附之间的关系就显得非常重要。本研究拟通过相分离或冷冻干燥等技术，应用具有良好生物相容性的高分子材料制备具有多尺度复合结构的膜和组织工程支架，进而通过调控等离子体或紫外辐照时间的方式，拟制得一系列具有快速浸润速度的超亲水膜和相应的组织工程支架。在这些膜和支架上开展细胞粘附实验，研究浸润速度对细胞在这些材料表面及内部的粘附、生长和增殖行为的影响，揭示快速浸润于细胞粘附之间的关系；同时研究细胞粘附行为在具有快速浸润特性的超亲水表面和对应的超疏水、疏水和亲水表面之间的区别，丰富人们对细胞在材料表面粘附的认识，为设计新型的组织工程材料提供更多的理论和实验依据。

如何在组织工程支架上使种子细胞快速有效的粘附、生长和增殖成为组织工程学的核心研究内容之一. 近年来,通过控制材料表面的浸润性来实现调控细胞在材料表面的粘附、增殖及分化已成为广泛关注的研究热点. 关于细胞粘附与材料表面的相互作用的研究目前主要集中在细胞与亲水、疏水及超疏水表面的相互作用方面,而对于细胞与超亲水表面,特别是具有快速浸润特性的超亲水材料之间相互作用的研究很少. 在组织工程领域,种子细胞液是否能够在各种具有三维多孔结构或以水凝胶为基础的软骨组织工程支架上快速铺展附着,以及能否快速有效的进入支架材料的三维多孔结构中,都将极大地影响细胞在支架中的粘附,生长和增殖. 因此,研究具有快速浸润特性的超亲水表面与细胞粘附的相互作用就显得尤为重要..本项目中我们以天然高分子壳聚糖为基础材料，制备了具有不同浸润速度的超亲水膜和组织工程支架,其中水滴在孔隙率96.1%的壳聚糖支架上的最快铺展速度约为200ms。虽然由于细胞培养液的粘度表面张力的的不同，其浸润速度低于纯水的润湿速度，但依然达到400ms。进一步的细胞粘附，生长和增殖实验表明，细胞能够在400ms内就快速的进入具有超快浸润的壳聚糖支架内部，与普通的壳聚糖支架相比，大大缩短了细胞通过自身迁移进入支架内部的时间，从而为缩短组织损伤的治疗时间带来可能。为了进一步研究快速浸润现象对于细胞粘附的影响，深入其对比其他类型的特殊浸润表面之间的区别，另外两种仿生智能表面被引入：（1）多级温度响应性浸润表面和（2）仿壁虎脚结构的响应性浸润粘附表面。这些结果初步揭示快速浸润现象对细胞粘附等生物活动规律的影响.