三维多孔支架孔径调节人间充质干细胞成骨分化的研究

三维多孔支架孔径调节人间充质干细胞成骨分化的研究

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时间:2018-07-15

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1、三维多孔支架孔径调节人间充质干细胞成骨分化的研究#叶朝阳,谭可*510152025303540(华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237)摘要:本研究为探究多孔支架孔径对干细胞成骨分化行为的影响,首先通过制备不同粒径的明胶微球,以此为致孔剂来制备孔径大小可调的聚己内酯三维多孔支架;进而以人间充质干细胞为研究对象,考察其培养14d后的成骨分化效果。基于扫描电镜表征发现,聚己内酯多孔支架能够很好的复制致孔剂的尺寸和形态,且按孔径大小分为四类,分别具有100-200μm,200-300μm,300-450μm和450-600μm的孔径。在成骨诱导培

2、养后,通过扫描电镜、茜素红和ALP染色、钙含量和ALP酶活性检测、基因表达分析,发现孔径为200-300μm的支架最有利于人间充质干细胞的成骨分化,孔径越大,成骨分化效果越差。该结果为骨组织工程支架材料的构建提供了基础数据。关键词:组织工程;多孔支架;孔径;间充质干细胞;成骨分化中图分类号:请查阅《中国图书馆分类法》EffectsofPoreSizeofThreeDimensionalPorousScaffoldsonOsteogenicDifferentiationofHumanMesenchymalStemCellsYEZhaoyang,TANKe(State

3、KeyLaboratoryofBioreactorEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237)Abstract:Theobjectiveofthispaperwastostudytheeffectsofporesizeofthreedimensionalporousscaffoldsontheosteogenicdifferentiationofmesenchymalstemcells.Inordertofabricateporouspolycaprolactonesca

4、ffolds,gelatinmicrosphereswithdifferentdiameterswerefirstprepared,whichwereusedasporogen.Basedonscanningelectronmicroscopy(SEM),scaffoldswereabletoreplicatethesizeandmorphologyoftheporogen,resultinginfourtypesofscaffoldswithdifferentporesize:100-200μm,200-300μm,300-450μmand450-600μm.A

5、fter14dosteogenicinduction,basedonSEM,AlizarinredSstaining,ALPstaining,calciumquantification,ALPactivityassay,andgeneexpressionanalysis,itwasfoundthathumanmesenchymalstemcellsdemonstratedhighestosteogenicdifferentiationinscaffoldswith200-300μm.Thesedatadefinitelyprovideguidanceforfabr

6、icationgbonetissueengineeringscaffolds.Keywords:tissueengineering;porousscaffolds;poresize;mesenchymalstemcells;osteogenicdifferentiation0引言生物支架材料需要模拟天然胞外基质,为细胞和再生组织提供一个暂时的结构支持,同时也能传导必要的生物物理、生物力学和生物化学的指令来调节细胞的粘附、增殖和分化以及组织结构的形成[1]。支架的材料类型、几何形态、力学特性、化学及生物物理因素和一些可溶性因子能影响细胞的铺展形态和面积以及细胞间的接

7、触,进一步对细胞的生长、迁移、增殖和分化起到重要的调节作用[2-4]。孔径是三维多孔支架物理结构的重要参数,它除了能决定支架内部的物质交换,还能影基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20100074120009)作者简介:叶朝阳(1977-),男,副教授,主要研究方向:组织工程.E-mail:zhaoyangye@ecust.edu.cn-1-响细胞铺展过程中的骨架张力,进而调节细胞的行为。在生物支架材料上,细胞能识别小到4550555nm的微结构,而如果孔径远远大于细胞的直径,细胞会将孔表面识别成一个平面或是一个微弧度的表面[5]。一般来说,小孔径的支

8、架可能有利

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