智能凝胶在细胞三维培养中的研究进展

与传统的体外二维细胞培养(2D培养)相比,体外三维细胞培养(3D培养)因能更好地模拟细胞外基质(ECM)而备受关注。智能水凝胶不仅具有良好的生物相容性,其特殊的结构性能能有效模拟细胞外基质,实现细胞3D培养,而且通过智能凝胶简单的响应性,可以改变细胞生长的微环境,实现在三维空间内对细胞进行特异性的培养和研究。本文基于智能凝胶和细胞3D培养,综述了智能凝胶的类型、在细胞3D培养中的应用,以及智能凝胶对细胞生长和行为的影响。     

生物可降解高分子交联剂的研究进展

交联剂是制备水凝胶不可或缺的成分,其组成和结构影响了水凝胶的性能及应用.生物可降解性和生物相容性是作为组织工程支架、药物载体等生物医用材料所必需具备的性能.利用生物可降解性物质作为交联剂来制备化学凝胶,赋予了水凝胶上述性能,满足其作为生物医用材料的要求,拓宽水凝胶应用领域.本文主要总结了近年来多糖类(壳聚糖类、海藻酸类...     

纳米复合水凝胶在人工软骨中的研究进展

纳米复合水凝胶(nanocomposite hydrogels,NC hydrogels)作为人工软骨修复材料有很大的应用价值和吸引力.由于NC水凝胶具有与天然软骨细胞外基质(extracellular matrix,ECM)相似的结构,以及较好的力学性能、刺激响应性等优势,是软骨修复的理想支架材料.本综述详细介绍了用...     

透明质酸水凝胶在组织修复中的应用

透明质酸是细胞外基质的主要成分之一,参与调节如细胞黏附、增殖和分化等许多细胞生理过程。由其作为基础材料制备的三维网络状水凝胶可在一定程度上模拟细胞外微环境,协同干细胞在组织修复中发挥积极作用。透明质酸水凝胶因其良好的生物相容性和生物活性而得到广泛应用。为了增强透明质酸水凝胶在各类组织损伤中的长效特异性修复,既可设计水凝胶的机械性能等自身特性以达到仿生水平,也可考虑在水凝胶上负载其他活性成分并对其实现可控释放从而达到治疗效果。本文详细阐述了透明质酸水凝胶在皮肤修复、骨修复、软骨修复和中枢神经系统修复中的应用,并对其发展方向进行了展望。     

可注射水凝胶及其在再生医学领域的应用

近年来,由工程生物材料制成的可注射治疗剂正变得越来越流行,并推动传统的临床实践走向微创化.可注射水凝胶由于其可调控的物理及化学特性、可控的降解性能、高含水量以及在微创方式下实现递送的能力,在组织工程和药物递送领域中变得越来越重要.研究者们已开发出例如原位交联水凝胶、大孔水凝胶、水凝胶微粒、动态交联水凝胶等一系列性能独特的可注射水凝胶.通过调控水凝胶的固含量和交联密度,并引入适当的共价或非共价相互作用,例如静电相互作用、疏水相互作用等,这些水凝胶可在注射过程中实现生物活性分子的递送.同时,可注射水凝胶亦可用于细胞的递送,提供细胞培养所需的三维环境,并通过调控力学性能、化学修饰、生物功能化修饰等手段调控细胞黏附、增殖、分化等行为.本文旨在回顾近年来可注射水凝胶的设计和制备的相关进展,以及其在再生医学中的应用,并对该领域存在的挑战和潜力进行了展望.     

用于软骨修复的水凝胶*

在软骨组织修复与再生中,水凝胶支架能够为细胞的增殖与分化提供更接近于天然软骨细胞外基质的微环境,是软骨组织修复的一种理想材料。本文介绍了近年发展起来的一些具有新结构和新性能的水凝胶,包括高强度水凝胶以及结构中包含功能蛋白和多肽的水凝胶。重点介绍了对温度、pH值及对生物分子产生响应的刺激响应型水凝胶和自组装水凝胶。具有α-螺旋结构和自组装水凝胶通过两个或多个卷曲螺旋结构聚集形成水凝胶,而通过多肽自组装形成的具有纤维结构的水凝胶在微观的结构上更接近软骨细胞外基质。此外,DNA的分子和序列也用来设计基于DNA的新型水凝胶。本文最后介绍了能在力学、生物学和可注射性等多方面更好地满足软骨修复需要的复合型水凝胶支架、干细胞与水凝胶的复合以及生长因子、基因和一些力学刺激对软骨再生的促进作用。     

微尺度水凝胶与组织工程

水凝胶已被广泛应用于组织工程、药物控释、生物传感器等生物医学领域。随着微制造技术的发展,在纳微米尺度范围内制备形状和尺寸与自然组织相匹配的工程化水凝胶为解决血管化困难、复杂组织结构模拟、多细胞接种等组织工程难题带来了曙光。本文将主要讨论微尺度水凝胶在组织工程领域的研究现状,重点介绍微尺度水凝胶的合成方法及其在血管化和复杂组织结构模拟方面的应用。     

硫酸软骨素类可注射水凝胶体系及其凝胶化机制

硫酸软骨素是一种硫酸化糖胺聚糖类天然多糖,广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面,具有促进软骨生长、调控生长因子、加快伤口愈合等多种生物功能.近年来,基于硫酸软骨素良好的生物活性、生物相容性和生物降解性,硫酸软骨素类可注射水凝胶作为一种新型生物材料受到了广泛关注,尤其是在组织工程、药物输送和细胞治疗等生物医用领域的应...     

《化学通报》网络版(Chemistry Online)2001年11月论文摘要

[Ｗ 0 1 0 98]聚羟基酯与骨组织工程Ｐｏｌｙ(α ｈｙｄｒｏｘｙｅｓｔｅｒ)ａｎｄＢｏｎｅＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ毛津淑　姚康德 (天津大学材料科学与工程学院　天津　 30 0 0 72 )组织工程的发展 ,对作为人工细胞外基质 (ＥＣＭ)的生物材料提出了挑战。本文阐述了理想骨再生组织工程用生物可降解支架的研制要求 ,重点介绍了聚羟基酯类聚合物 ,作为生物可降解支架原材料的优缺点和加工方法 ,强调了在其表面进行相应的仿生修饰 ,从而实现人工ＥＣＭ智能化。因此 ,以聚乳酸类可降解生物材料为主要成分的 ,有利于成骨细胞粘附 …     

纳米颗粒增强的手性超分子水凝胶成骨性能

手性超分子水凝胶能够仿生细胞外手性微环境,在组织工程中具有特殊的意义,但其强度和稳定性较低,仍然面临着巨大的挑战.本文将无机羟基磷灰石纳米颗粒(HAP)引人到苯丙氨酸衍生物手性超分子水凝胶(LPF)中以改善其力学性能和生物功能.圆二色光谱和扫描电子显微镜结果显示,HAP掺入后LPF组装手性发生反转.与纯LPF水凝胶相比...     

双网络增强手性超分子水凝胶促进成骨

<正>手性超分子水凝胶是由手性分子基元通过π-π堆积、氢键、疏水力等非共价作用结合而形成的一类手性生物材料。其可控的螺旋手性及敏感的生物响应性,如p H值、酶、生物信号、温度和光,使其能够模拟手性细胞外微环境,有助于理解天然生物分子与细胞之间的相互作用,在分子识别、药物递送和组织工程等领域具有重大意义[1]。     

聚羟基脂肪酸酯的亲水性改性及其与人脐静脉内皮细胞相容性的研究

用丝素蛋白(SF)对微生物合成的高分子聚合物聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)(PHBHHx)进行亲水改性,以提高材料的生物相容性.水接触角测定和表面自由能分析表明,丝素蛋白在支架表面吸附,使PHBHHx材料表面的水接触角从90°降至51°,表面自由能从37.9 mJ/m2增至57.4 mJ/m2,因而增加了材料的亲水性.进一步对亲水性改性前后PHBHHx多孔支架与人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的相容性进行了比较.MTT法细胞活力分析表明,细胞在支架上培养3,5,7天后,其在SF改性PHBHHx多孔支架上的活力显著高于在未改性的PHBHHx支架上的活力;扫描电镜观察细胞生长形貌表明,细胞在改性后多孔支架上黏附及生长5天后,形成了连续细胞单层,其生长状态优于在未改性的PHBHHx支架上的生长状态;胶原含量测定表明细胞在改性后支架上比在未改性支架上有更好的胶原分泌能力,即改性后支架更利于诱导HUVECs分泌细胞外基质(ECM)从而构建类似体内的生长环境.     

海藻酸盐水凝胶作为递送载体在组织再生中的应用

海藻酸盐是一类存在于褐藻中的线性亲水多糖,由D-甘露糖醛酸(M)和L-古洛糖醛酸(G)以不同比例的重复单元组成.它是用于水凝胶合成的天然生物材料之一,通过简单的离子交联,即可与Ca2+等多价无机阳离子发生"蛋盒反应",形成水凝胶.海藻酸盐骨架上存在大量–OH和–COOH极性基团,通过化学或物理方法对其进行修饰,使其可以在温度、pH、光等刺激的响应下实现细胞或生物活性分子的可控释放.目前组织再生领域的主要应用策略之一是利用生物相容性材料,结合生物活性分子和细胞,以促进受损组织的再生.水凝胶材料在保护嵌入的细胞并模仿天然细胞外基质方面具有潜力.海藻酸盐也因为其易于凝胶化和良好的生物相容性,被广泛用于组织再生领域.本综述中,我们总结了用于组织再生,特别在伤口愈合、骨和心脏修复领域的海藻酸盐水凝胶的不同交联方法,重点分析了对刺激具有响应性的海藻酸盐水凝胶的特征以及其作为递送载体在组织再生中的应用.     

具生物活性的快速光交联生物可降解水凝胶的设计合成

采用开环聚合方法合成了一系列水溶性生物可降解的低聚(丙交酯-co-丙烯酸酯碳酸酯)-b-聚乙二醇-b-低聚(丙交酯-co-丙烯酸酯碳酸酯)(OLAC-PEG-OLAC)三嵌段共聚物,并通过光交联方法方便制备得到具生物活性的新型生物可降解水凝胶.流变测试表明水凝胶储存模量(170～10000 Pa)和凝胶时间(0.8～8min)均可通过调节丙烯酸酯碳酸酯(AC)单元数、聚合物浓度及光引发剂浓度等得到控制.降解实验表明水凝胶的降解速率可通过改变AC和丙交酯(LA)单元数进行调控.含巯基的生物活性分子如RGDC短肽可通过迈克尔加成反应直接链接到OLAC-PEG-OLAC上,由此可方便制备可注射性的具生物活性的生物可降解水凝胶.MG63成骨细胞实验表明RGDC短肽功能化的OLAC-PEG-OLAC水凝胶可很好地促进细胞黏附和生长.该快速光交联生物可降解水凝胶以其优异的凝胶、降解和生物功能化等性能可望为生物组织工程提供理想的三维活性多孔支架.     

由D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16构建新型三维纳米纤维支架材料

采用D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16, 运用圆二色仪及原子力显微镜等仪器和细胞三维培养, 发现短肽D-EAK16在30 ℃时具有稳定的二级结构β-sheet, 在一定浓度下D-EAK16可形成由纳米纤维构成的透明水凝胶, 含水量高达99％, 可在细胞培养基(如PBS, DMEM)中形成支架. 细胞三维培养显示, 该水凝胶对细胞HO-8910和SPC-A-1的生长未见毒性. 比较D型氨基酸纳米支架和L型氨基酸纳米支架, 细胞的毒性未发现显著性差异. 采用D型氨基酸构建的自组装短肽, 可提供一个三维基质培养系统, 期望能广泛应用于生物医学工程等领域.     

水凝胶流变学研究概况

水凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性,其结构呈三维网状结构,与细胞外基质相似,在药物释放和组织工程等领域具有广阔的应用前景,被广泛地用于生物制药、生物材料和医学等领域。流变学可以描述材料的流动特性和力学性能,水凝胶的粘弹响应对材料内部结构的变化也非常敏感,因此流变行为被视为研究水凝胶的一种重要方法。本文综述了流变学方法在水凝胶研究中的应用,介绍了水凝胶流变学的研究方法,讨论了影响水凝胶流变学特征的因素,并展望了水凝胶流变学的发展前景。     

组织工程中生物可降解高分子的功能化及生物学修饰

可生物降解高分子在组织工程中有十分重要的作用。本文从组织工程对支架材料的生物学要求出发,对可生物吸收高分子的本体改性引入功能基团,进而通过化学键合促进细胞特异性黏附的短肽序列(ROD)、含功能性基团的水凝胶通过化学键合或物理包覆固定RGD以及聚合物表面修饰固定RGD三个方面进行了综述。     

光聚合水凝胶及其在组织工程中的应用

水凝胶是一种亲水性聚合物网络,可以溶胀大量水,其物理性质接近软组织.光聚合与传统的聚合方法相比,具有反应速率快、反应条件缓和、反应放热低等特点.因此,光聚合水凝胶广泛应用于生物医学领域.本文介绍了光聚合水凝胶材料,并详细论述了光聚合水凝胶在药物释放体系、组织工程支架材料、细胞受控生长、细胞微囊化和可注射水凝胶等方面的应用.可以预见光聚合水凝胶作为生物材料在组织工程及再生医学领域中具有良好的应用前景.     

水凝胶材料在类器官研究中的应用进展

类器官指通过干细胞自组织在体外三维(3D)培养条件下分化形成的功能性细胞组织复合体,能够反映人体来源组织或器官的部分关键结构和功能特征,是一种极具前景的体外模型体系.目前,多数类器官的形成和培养都依赖复杂的动物来源细胞外基质(如Matrigel),该类基质的肿瘤源性和批次差异性影响了类器官培养的重现性,难以满足生物医学研究的需求.相比之下,各种天然和合成基水凝胶成分明确,具有高度可调的物理和化学特性,已广泛用于各种细胞的3D培养.本文概述了类器官的形成与培养现状,重点介绍了各种已用于类器官研究的水凝胶材料及其设计与工程化策略,讨论了功能化水凝胶材料在类器官基础研究和转化应用方面的潜力,并对其未来的发展趋势与面临挑战进行了展望.     

PNIPAM温敏微凝胶在生物医学领域中的应用研究

水凝胶因其良好的生物相容性及环境刺激响应性而在生物医学领域有着广泛的用途,但仍存在机械强度差、响应速度慢、不能生物降解等缺点。针对这些问题,特别是宏观水凝胶响应慢的问题,我们近年来以具有温度敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)微凝胶为基础,设计制备了一系列生物材料,分别应用于药物控释、生物传感以及组织工程等生物医学领域。我们设计制备了具有良好葡萄糖敏感性的PNIPAM微凝胶,实现了可自我调控的胰岛素可控释放。以PNIPAM微凝胶为基础,提出了新的聚合胶态晶体阵列光学传感方法,设计制备了多种可快速响应的新型生物光学传感器。实现了PNIPAM微凝胶的实时凝胶化,并将其发展成为一种新型的可注射细胞支架材料。进一步利用该体系的可逆性,提出了制备在药物筛选、肿瘤研究以及组织工程等领域有重要用途的多细胞球的新方法。