3D自组装肽纳米纤维支架对胰岛细胞分泌功能的影响

背景:3D自组装肽纳米纤维支架能很好模拟体内微环境,给予细胞必要的结构模式,促进细胞外基质的正确组成及细胞的生长,改善细胞功能。目的:体外观察3D自组装肽纳米纤维水凝胶支架对胰岛细胞分泌功能的影响。方法:将3D自组装肽纳米纤维水凝胶支架与成年大鼠胰岛细胞共培养,AO-PI荧光染色法检测胰岛细胞的活性及生存率;放射免疫法测定胰岛细胞的分泌功能;扫描电镜观察胰岛细胞包裹在3D纳米支架中成三维立体的生长状态。结果与结论:在3D纳米支架培养环境中胰岛细胞纯度≥80%;3D纳米支架组胰岛生存率及胰岛细胞分泌功能明显高于无支架组(2D培养组)(P<0.05);扫描电镜显示自组装肽纳米纤维支架形成了具有几何形状的纳米级薄层,将胰岛细胞包裹在3D纳米支架中,胰岛细胞成三维立体生长。表明3D自组装肽纳米纤维支架可为胰岛细胞体外生存提供3D培养环境,改善胰岛细胞的活性、分泌功能及形态,延长胰岛细胞体外生存期。     

自组装多肽纳米纤维支架的结构特点及应用优势

背景：3D自组装肽纳米纤维凝胶支架能很好模拟体内的微环境,提供一种能促进细胞生长、改善细胞功能、具有合理构成细胞外基质的结构模式。目的：综述自组装多肽纳米纤维支架的基础研究及其在神经组织工程中的研究现状。方法：检索2000至2013年PubMed数据库、维普数据库有关自组装多肽纳米纤维支架研究进展的文献,关键词为“自组装多肽,纳米纤维支架,神经组织工程,神经干细胞;self-assembling peptide,nanofiber scaffold, RADA16,Nerve tissue engineering,Neural stem cel”。结果与结论：自组装多肽纳米纤维支架作为新型组织工程支架材料不仅解决了材料与细胞相容性差的问题,而且在维持材料的三维特性、促进细胞活性、模仿细胞外基质等方面均优于其他支架材料,是一种理想的组织工程材料,为神经损伤修复研究提供了新的方法。但自组装多肽领域内仍面临一些挑战,短期的问题包括自组装多肽与新型生物高分子的整合,以及与相对成熟传统移植物的整合;长期问题涉及如何更好地应对体内免疫系统,如何对细胞内的靶点进行治疗,以及如何预测未来高整合支架的发展方向等。     

自组装纳米短肽RADA16-Ⅰ水凝胶在肿瘤细胞三维培养中的应用

背景:已有研究表明培养在三维环境中的细胞,其基因表达模式和生物学活动更接近生命有机体.目的:拟采用自组装纳米短肽RADA16-Ⅰ水凝胶建立乳腺癌细胞MDA-MB-231的三维培养体系以揭示自组装纳米短肽在肿瘤细胞三维培养中的作用.设计,时间及地点:体外观察实验,于2006-09/2007-12在四川大学华西医院纳米生物医学技术与膜生物学研究所细胞学实验室完成.材料:RADA16-Ⅰ由美圈BD公司提供:人乳腺癌细胞株MDA-MB-231由中国科学院上海细胞生物学研究所提供.方法:利用圆二色谱仪、原子力显微镜、流变仪对三维培养基质RADA16-Ⅰ水凝胶进行材料表征.通过F-肌动蛋白及细胞核的荧光复染来揭示细胞在三维环境中的细胞形貌.利用钙黄绿素AM对活细胞进行荧光染色,观察细胞在三维基质中的存活力.主要观察指标:①RADA16-Ⅰ的二级结构,纳米纤维网络,凝胶流变性质.②MDA-MB-231在三维培养中的细胞表型,细胞活性.结果:①自组装短肽RADA16-Ⅰ形成了纳米纤维网络结构,纤维直径20～50 nm,具有类似体内细胞外基质的结构,形成基质凝胶后可模拟体内的细胞微环境,用于细胞的三维培养.②MDA-MB-231细胞在三维基质中生长呈现出纺锤状的细胞形貌,在基质中的生存状态均较好,细胞与材料具有较好的生物相容性.结论:自组装纳米短肽RADA16-Ⅰ有良好的结构与性能,能充分支持MDA-MB-231细胞的三维培养.     

自组装短肽水凝胶体外三维培养兔关节软骨细胞

背景:自组装短肽是人工设计合成的一类新型纳米生物材料,与软骨细胞复合培养后如能促进细胞基质的分泌,细胞分裂增殖及细胞表型的维持,将有可能成为一种较理想的细胞支架应用在软骨组织工程中。目的:观察兔关节软骨细胞在纳米自组装短肽KLD-12水凝胶中三维培养的生物学特性。设计、时间及地点:观察性实验,于2007-11/2008-04在四川大学纳米生物医学技术与膜生物学研究所实验室完成。材料:纳米短肽KLD-12序列为:Ac-KLDLKLDLKLDL-CONH2,由上海波泰生物公司合成。方法:取新西兰兔关节软骨,通过酶消化法获取软骨细胞,体外培养2代后以5×109L-1的密度接种于4g/L的自组装短肽KLD-12溶液中,用磷酸盐缓冲液诱导成胶后进行三维培养。主要观察指标:①通过倒置相差显微镜观察软骨细胞在纳米短肽水凝胶中的形态。②用甲苯胺蓝染色,免疫组化检测细胞外基质分泌情况。③反转录-聚合酶链反应检测软骨细胞黏多糖、前Ⅱ型胶原、前Ⅰ型胶原基因的表达情况。结果:①兔关节软骨消化分离的软骨细胞成活率达95%以上。②软骨细胞在纳米短肽水凝胶中体外培养时,细胞生长旺盛、增殖活跃,细胞为圆形聚集成团状或岛状,细胞团周围有类似的软骨陷窝形成。③甲苯胺蓝染色和Ⅱ型胶原免疫组化均呈阳性,细胞基质中黏多糖、Ⅱ型胶原含量随培养时间延长逐渐增加。④反转录-聚合酶链反应结果显示软骨细胞在纳米短肽水凝胶经过3周体外培养一直保持了分泌黏多糖及表达Ⅱ型胶原的能力。结论:自组装短肽KLD-12三维水凝胶能较好维持软骨细胞正常形态、功能和增殖能力。     

自组装多肽纳米纤维水凝胶在细胞三维培养中的应用及特征

背景：自组装多肽类材料因其独特的设计及良好的生物相容性和可降解性在众多三维支架材料中脱颖而出。目的：综述RADA类离子互补型自组装多肽支架材料的结构和功能化设计,从细胞三维培养方面探讨多肽类材料作为细胞载体材料在细胞治疗中的应用前景。方法：由作者通过PubMed、Web of science数据库及CNKI数据库检索有关自组装多肽水凝胶的相关文献,检索词为“self-assembly peptide, tissue engineering;自组装多肽,组织工程”,检索文献量总计224篇,纳入包含多肽材料设计、功能化多肽材料、多肽材料用于细胞三维培养方面的研究,最终纳入48篇。结果与结论：从物理结构角度讲,多肽材料可以在生理环境中自组装成具有纳米级纤维和较高孔隙率的水凝胶,最大程度上模拟细胞外基质的结构,保障细胞生存在一个真正的三维环境中。从生物功能角度讲,多肽材料可以根据不同需求复合特异性的生物活性短肽片断,赋予材料一定的细胞特异性,可以促进细胞的黏附、增殖或分化。     

聚乙醇酸生物支架与胰岛的共培养

背景:以往的研究表明,胰岛细胞体外培养的时间不宜过长,否则会出现纤维组织过度增生,使胰岛大量死亡,而导致移植失败,所以改善胰岛细胞体外培养环境是非常重要的.目的:将大鼠胰岛种植在聚乙醇酸生物支架上,并进行胰岛与支架共培养,观察支架上胰岛细胞的生长状态、胰岛细胞的形态和胰岛细胞的分泌功能,以寻找胰岛细胞体外生存的良好环境.设计、时间及地点:体外培养,对比观察实验,于2005-06/2008-12在哈尔滨医科大学附属第一医院,卫生部细胞移植重点实验室完成.材料:聚乙醇酸支架纤维直径15 μ m,网孔100～150 μ m,空隙率为97%,厚度为1.0～2.0 mm.细胞培养前将支架浸泡入体积分数为75%乙醇溶液中 30 min,PBS冲洗3次,吹干后放入2 g/L多聚赖氨酸中浸泡30 min,消毒后备用.方法:采用胶原酶V分离和消化大鼠胰岛,对照组胰岛加入含体积分数20%胎牛血清、10 g/L肯霉索-链霉素-两性霉素、10 mmol/L Hepes的RPMI-1640培养液;支架组胰岛放在多聚赖氨酸包被的聚乙醇酸支架上,再加入同样的培养基,每个培养肌中细胞浓度为0.6×103,将两组细胞置于体积分数5%CO2、37℃的恒温培养箱中培养.主要观察指标:应用双硫腙胰岛特异性染色,计算胰岛的数量及检测胰岛的纯度;MTT法检测胰岛的成活率;放射免疫法测定胰岛细胞培养上清液中的胰岛素含量;并用扫描电镜对支架上胰岛的黏附生长进行观察.结果:分离和消化后的胰岛被双硫腙染成红色,胰岛外分泌腺不着色,胰岛纯度≥85%:MTT及胰岛功能检测结果显示,支架组的胰岛成活率及胰岛功能明显增高,与对照组相比差异有显著性意义(P<0.05);扫描电镜观察,胰岛紧密黏附存聚乙醇酸支架上,支架卜胰岛成三维立体生长.结论:聚乙醇酸支架与大鼠胰岛共培养可改善胰岛的成活率、胰岛的功能及形态,并使胰岛体外生存期延长.     

聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞的生物相容性

背景：电纺丝技术能够使许多高分子材料制备出与细胞外基质相似的三维纳米纤维支架。聚乳酸/壳聚糖纳米纤维复合支架材料能够克服材料的不足,提高组织工程支架生物相容性。目的：评价聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞的生物相容性。方法：电纺丝技术制备聚左旋乳酸,壳聚糖,聚左旋乳酸/壳聚糖的纳米纤维支架,扫描电镜观察其形貌结构。纳米纤维支架与内皮祖细胞进行复合培养后,观察细胞在不同材料上的黏附率、一氧化氮分泌,生长特征和在聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架上的细胞表型特征。结果与结论：聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架比聚左旋乳酸、壳聚糖具有更合适的纤维直径,具有与细胞外基质相似的纳米纤维三维多孔结构。聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架能够促进内皮祖细胞黏附率和细胞的一氧化氮分泌（P〈0.05,P〈0.01）。内皮祖细胞能够在聚左旋乳酸/壳聚糖复合材料膜上融合成片,保持了细胞的完整形态和分化功能,显示了内皮细胞特异性的vWF表型。提示聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞具有良好的生物相容性。     

新型自组装水凝胶NBD/RADA16可促进前成骨细胞的分化

背景：RADA16是较成熟的自组装纳米短肽材料,在亲水面往复形成互补离子键,可组装为纳米纤维,并且能够促MC3T3 E1细胞的黏附、伸展和增殖。 目的：观察新型自组装多肽水凝胶NBD/RADA16对小鼠前成骨细胞MC3T3 E1成骨分化能力的影响。 方法：将MC3T3 E1细胞分别接种于自组装多肽水凝胶NBD/RADA16与RADA16水凝胶中,进行成骨诱导培养,以单纯成骨诱导培养的细胞为对照。诱导培养1,3,6 d检测细胞碱性磷酸酶活性;诱导培养7 d后, Western Blot检测细胞骨形态发生蛋白2的表达;诱导培养21 d后,茜素红染色观察细胞钙化结节。 结果与结论：MC3T3 E1细胞在NBD/RADA16多肽水凝胶上生长状态良好,优于在RADA16上生长的细胞。自组装多肽水凝胶NBD/RADA16上MC3T3 E1细胞的碱性磷酸酶活性高于RADA16水凝胶上及单纯成骨诱导培养的细胞（P〈0.01）。自组装多肽水凝胶NBD/RADA16上MC3T3 E1细胞的矿化基质沉积、骨形态发生蛋白2表达高于RADA16水凝胶上的细胞（P〈0.01）。结果提示NBD/RADA16自组装多肽水凝胶较RADA16水凝胶更能促进MC3T3 E1细胞的成骨分化。     

新型纳米自组装短肽KVDV-16作为生物支架材料的可行性

背景:设计合成和构建纳米生物材料如纳米自组装短肽是以一种"从下而上"的方式完成,其在生物医学工程方面潜在的应用价值引起了众多研究团队越来越广泛的兴趣.目的:初步探讨纳米自组装短肽KVDV16水凝胶在细胞三维培养方面的可行性.设计、时间和地点:体外观察实验,于2007-11/2008-11在四川大学纳米生物医学技术与膜生物学研究所纳米生物实验室进行.材料:短肽KVDV16(纯度为95%,为了保护肽的两端,对其N端和C端分别进行乙酰化和酰胺化);人肝细胞系L-02和肝癌细胞系SMMC7721.方法:圆二色谱仪和傅里叶红外光谱检测短肽KVDV16水凝胶在不同理化条件下的二级结构;原子力显微镜检测其水凝胶形成的纳米级结构特征;扫描电子显微镜观察其形成的纳米三维支架.主要观察指标:β折叠二级结构,纳米纤维结构特征,细胞在肽支架材料中的生长、增殖情况.结果:短肽KVDV16形成的β折叠二级结构在高温下很稳定.在不同的pH(3,7,10)甚至变性剂1%十二烷基磺酸钠的作用下,β折叠二级结构也只发生轻微的变化.原子力显微镜证实其由纳米纤维结构组成.L-02和SMCC7721细胞进入了KVDV16支架材料,镶嵌在纳米纤维网中,并很好地在此三维环境中生长.结论:实验设计的短肽KVDV16是对自组装系统的一个补充,此短肽表现出来的性质使其能发展成为组织工程中细胞培养的三维支架材料.     

含IKVAV两亲性肽自组装凝胶二维诱导神经干细胞的分化

背景:脊髓基质支架是构建脊髓组织工程的关键因素,目前,各种无机或有机高分子材料均不是构建脊髓组织工程理想支架材料,含有活性结构的多肽在体液或培养液促发下可形成与脊髓黏弹性一致多孔支架,有望成为优良脊髓组织工程支架材料.目的:将鼠神经干细胞接种于含IKVAV两亲性肽自组装凝胶表面,观察其对细胞分化影响.设计、时间及地点:细胞水平对照观察,实验于2006-10/11在华中科技大学同济医学院协和医院骨科实验室完成.材料:多肽序列C16H31O-A3G4D2IKVAV(Mw=1 438.31,纯度=96.06%)为自行设计合成.乳鼠由华中科技大学同济医学院实验动物中心提供.方法:机械分离法从乳鼠大脑皮质获取神经干细胞;10 g/L两亲性肽溶液在DMEM/F12触发下自组装为三维多孔凝胶;1×108L-1神经干细胞悬液分别接种于凝胶表面(实验组)及多聚赖氨酸包被的盖玻片表面(对照组)培养2周,免疫细胞化学染色鉴定.主要观察指标:①分离细胞免疫组织化学染色观察巢蛋白、神经元特异性烯醇化酶及胶质纤维酸性蛋白表达.②凝胶纳米纤维形态.③凝胶表面免疫细胞化学染色观察巢蛋白、神经丝及胶质纤维酸性蛋白表达.结果:分离的细胞为巢蛋白阳性的神经干细胞,可分化为神经元特异性烯醇化酶阳性神经元及胶质纤维酸性蛋白表达阳性胶质细胞:透射电镜示凝胶由纳米纤维构成,纤维直径有3～5nm,长度100～1 500 nm:培养7 d后,实验组观察到细胞长出突起,可发现神经丝阳性神经元样细胞,标记为红色荧光,胶质纤维酸性蛋白阳性胶质细胞样细胞,标记为绿色荧光;对照组仅形成未分化细胞球,巢蛋白阳性,标记为绿色荧光.结论:含IKVAV肽自组装三维凝胶与神经干细胞有良好的细胞相容性,可诱导神经干细胞分化为神经元及胶质细胞.     

细胞共培养技术促进类前微血管结构发生

背景：三维（3D）组织化培养模型的体外构建是现代组织工程与再生医学工程技术的重要核心。如何实现所培养模型的微血管化以改善培养体系内部的营养传递并最终提高细胞的活性是组织工程研究领域所亟待解决的关键。 目的：尝试探索在3D体系内采用细胞共培养技术促进类前微血管结构发生的可行性。 方法：以蚕丝蛋白为多孔材料支架，将人骨髓间充质干细胞与血管内皮细胞进行体外共培养。通过DNA含量测定定量检测细胞的增殖；扫描电镜和激光共聚焦显微镜的图像分析表征细胞的生长形态学特征；实时定量RT-PCR方法对内皮细胞功能性标志基因的表达水平进行定量分析。 结果与结论：丝蛋白支架和人骨髓间充质干细胞能够提供理想的3D生长微环境，利于血管内皮细胞的体外增殖。微环境还能够显著提高内皮细胞功能性标志基因CD31和vWF的表达水平，促进类前微血管结构的发生。提示共培养体系有利于内皮细胞在体外的进一步分化和自组织化，可能为微血管化组织工程研究提供一定的技术基础。     

Mesenchymal stem cells and ligand incorporation in biomimetic poly(ethylene glycol) hydrogels significantly improve insulin secretion from pancreatic islets

The main goal of this study was to investigate pancreatic islet function with mesenchymal stem cells (MSCs) in a ligand‐functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel for the treatment of type 1 diabetes (T1D). Rat bone marrow‐derived MSCs (rBM‐MSCs) were encapsulated within synthetic PEG hydrogel, and cell viability and apoptosis within this 3D environment was examined in detail. ATP content and caspase‐3 activity of encapsulated MSCs showed that fibronectin‐derived RGDS, laminin‐derived IKVAV and/or insulinotropic glucagon‐like peptide (GLP‐1) were required to maintain MSC survival. Incorporation of these peptides into the hydrogel environment also improved pancreatic islet viability, where combinations of peptides had altered effects on islet survival. GLP‐1 alone was the leading stimulator for insulin secretion. Cell adhesion peptides RGDS and IKVAV improved insulin secretion only when they were used in combination, but could not surpass the effect of GLP‐1. Further, when pancreatic islets were co‐encapsulated with MSCs within synthetic PEG hydrogel, a two‐fold increase in the stimulation index was measured. Synergistic effects of MSCs and peptides were observed, with a seven‐fold increase in the stimulation index. The results are promising and suggest that simultaneous incorporation of MSCs and ECM‐derived peptides and/or GLP‐1 can improve pancreatic islet function in response to altered glucose levels in the physiological environment. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

促血管内皮细胞生长的功能化自组装多肽框架材料的筛选和制备

背景：功能化多肽框架材料由于良好的生物相容性及生物活性,可以用来促进血管生成的研究。目的：设计并筛选出能够促进内皮细胞血管生成的功能化多肽框架材料。方法：将设计和筛选出的功能多肽片断通过固相合成法复合在自组装多肽RADA16-I的C末端,将RADA16-I与功能化自主装多肽以1：1的比例混合,加入无菌培养板在37℃下孵育过夜以促进其凝胶,通过换培养基调节pH值。在凝胶上对内皮细胞进行2D培养。观察功能化自组装多肽框架材料的圆二色谱、原子力显微镜照像,内皮细胞黏附、增殖情况。结果与结论：功能化自组装多肽框架材料与Matrigel的形貌相似且是均一的纳米纤维材料。其中RAD/KLT和RAD/PRG具有促进内皮细胞黏附及增殖的功能。表明,功能化多肽框架材料RAD/KLT和RAD/PRG具有用于促内皮细胞血管生成的进一步研究的潜力。     

体外自组装IKVAV纳米纤维凝胶在二维体系中对神经祖细胞分化的影响

背景：大量实验证明体外自组装的纳米支架材料可以促进神经祖细胞增殖与分化。目的：观察体外自组装含IKVAV纳米纤维凝胶在二维体系中对神经祖细胞分化的影响。方法：培养SD大鼠乳鼠神经祖细胞并用免疫荧光方法鉴定。在DMEM/F12触发下,含IKVAV的两亲性多肽溶液形成三维多孔凝胶,于透射电镜下观察其结构。将神经祖细胞分别接种到1%含IKVAV的两亲性多肽溶液及0.1g/L多聚赖氨酸包被的盖玻片上,培养1,3,7d后采用神经丝蛋白、胶质纤维酸性蛋白检测其分化情况。结果与结论：培养出巢蛋白阳性细胞,并且能分化为神经丝蛋白阳性的神经元与胶质纤维酸性蛋白阳性的胶质细胞,证实为神经祖细胞;含IKVAV的两亲性多肽溶液自组形成凝胶,并在透射电镜下显示为纳米纤维,直径为7.0－8.0nm,长度为100－1500nm;IKVAV的两亲性多肽溶液组向神经元分化得能力明显优于多聚赖氨酸组。说明体外自组装IKVAV纳米纤维凝胶在二维培养体系中对神经祖细胞分化有一定的促进作用。     

牙髓牙本质组织工程生物支架材料的研究进展

背景：组织工程方法中选择合适的支架是关键性的步骤。目的：回顾分析牙髓牙本质组织工程中支架材料的应用研究。方法：由第一作者检索1993至2012年PubMed数据及万方数据库有关牙髓牙本质组织工程中支架材料应用研究等方面的文献。结果与结论：在牙髓牙本质组织工程中有包括天然生物、人工合成材料和复合材料在内的大量生物材料可供选择,每一种材料都有各自的生物学特点。其中胶原、聚酯、羟基磷灰石等是研究较多的支架材料。自组装多肽水凝胶是由氨基酸制成的新型支架材料,满足理想牙髓牙本质组织工程支架材料的大部分要求,是一种前景广阔的牙髓牙本质组织工程支架材料。