碳离子注入改变硅橡胶表面zeta电位介导玻连蛋白提高其细胞相容性的分子机制

The interaction between surface property of substrate and cell is the key point of biomaterial research. In our previous research, we found that the cytocompatibility of SR has been improved by C ion implantation. However, the surface characteristic and its regulation mechanism, which can promote adherence and migration of fibroblasts seeded onto C-SR, remains unknown. We have found zeta potential was decreased, according to the amount of implanted C ion. Several studies have pointed that the difference among vitronectin (VN) and other ECM proteins absorption onto polymer. In addition, we have also found that EF-1β plays an important role for the cytocompatibility improvement of C-SR. So we predicted the biological function of VN and raised the hypothesis that “Cumulate C- ion implantation will reduce zeta potential, and improve cytocompatibility of C-SR through the regulation of EF-1β by VN”. In this study, we design to survey the relationship between zeta potential and VN adsorption, and its influence on cytocompatibility. And we will investigate the protein level of VN. Besides, we will elucidate the regulation of EF-1β by VN. In addition, WB, IP and other methods will be introduced to investigate the signal way of Akt/mTOR. Our research will discuss the relationship between syrface charge and cytocompatibility, and provide theory basis for the development of new biomaterial.

"材料表面特性―细胞"的相互作用是生物材料研究的关键点，课题组前期发现:碳离子(C)注入可有效提高硅橡胶(SR)的细胞相容性，但SR 改性后材料表面性质的变化对细胞生物学行为的调节机制尚未阐明。研究发现C-SR表面zeta电位随C-离子注入剂量增加而降低，结合文献提示VN等ECM蛋白在聚合物表面吸附的差异性，和课题组前期结果EF-1β参与提高C-SR细胞相容性。我们提出:"C-离子叠加注入可进一步降低zeta电位，通过VN调控EF-1β，提高细胞相容性”的假设。本项目拟研究zeta电位对VN吸附和细胞相容性的影响；研究VN的表达变化情况；建立VN高/低表达细胞模型，阐明VN对EF-1β的调控作用；利用免疫共沉淀，WB 等方法，在课题组研究基础上，明确是否有Akt/mTOR信号通路的参与。探讨材料表面电荷与细胞相容性的关系，为具有生物功能的新材料研发提供理论依据。

"材料表面特性―细胞"的相互作用是生物材料研究的关键点，课题组前期发现：碳离子（C）注入可有效提高硅橡胶（SR）材料的细胞相容性，但SR改性后材料表面性质的变化对细胞生物学行为的调节机制尚未阐明。为了获取离子注入技术及相关提高生物相容性的材料表面改性关键参数，进一步探究其分子机制。本研究在前期研究工作的基础之上，进一步在已得到的C-SR基础上，继续采用C-碳离子注入，系统观察碳-硅橡胶（C-SR）表面成纤维细胞的骨架排列，细胞生长以及粘附、迁移情况，通过其zeta电位变化摸索最佳离子注入剂量。同时也采用氮离子、银离子等进一步证实离子注入技术对植入材料的表面改性，同时获取相关重要参数。通过对离子注入材料表征、胞外基质蛋白变化以及细胞行为变化，生物相容性等之间的相互作用，探究其生物相容性提高的分子作用机制。研究结果发现，离子注入技术显著提升材料表面细胞的增殖、粘附及迁移能力，同时也对环境更为敏感的骨髓间充质干细胞有相似的调控作用，此外离子注入材料还促进干细胞的成脂肪向分化，进一步增强其生物相容性。表征结果显示，离子注入后表面形成了新的化学基团，同时也形成一定的拓扑结构；采用纳米共混等技术构建共混材料表明表面的化学基团尤其是亲水性基团在生物相容性提高中扮演的重要的作用。进一步通过质谱等技术，对材料周围的基质蛋白进行了鉴定，发现玻连蛋白的构象变化在离子注入材料的相容性提高上扮演着重要作用。玻连蛋白的构象变化对材料表面细胞的增殖、粘附及迁移均起着重要的调控作用。该项目的研究结果深化了生物材料表面特性与细胞相容性的关系研究，拓宽生物材料研究的思路，对具有生物功能的新型材料的研发提供理论依据。