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运用肝组织工程方法制造出有效的生物人工肝组织,可为急性肝功能衰竭及终末期肝病患者争取宝贵时间用于自身肝脏的再生及等待肝源[1],甚至是直接用人造肝脏进行移植。近年来肝组织工程凭借组织工程快速发展的大趋势,取得了巨大的进步。种子细胞和支架材料的研究是肝组织工程的基础性研究,这两者的生物相容性是构建理想的肝组织的重点所在[2]。本研究试图将光火星生长因子(IGF/TNF-α)与聚己内酯聚乳酸支架材料(PCL-PLA)化学连接后应用于肝组织工程,使两者取长补短,以充分发挥二者的优势性能。本文研究修饰后的支架材料对于细胞生长和细胞衰老的影响,为肝组织工程选出良好的载体材料奠定一定的基础。体外培养的细胞,随着时间的推移,细胞会慢慢老化,有些功能会丧失,因而难以得到组织工程所需要的细胞数量[3],所以本论文尝试从抗细胞衰老方面探究修饰后的支架对细胞生长和增殖的影响。 本实验室已经研究了二维水平中的抗细胞衰老问题,所以本研究直接以三维支架材料为切入点。本研究用到的细胞分别为肝癌细胞(HepG2)和人肝星状细胞(HSC),三维支架材料为聚己内酯聚乳酸(PCL-PLA),聚己内酯聚乳酸是一种共聚物,是由聚乳酸((C3 H6O3)n)和聚己内酯((C6H10O2)n)聚合而成。购自广州威佳生物科技有限公司。细胞因子选用的是胰岛素样生长因子(IGF)和肿瘤坏死因子α(TNF-α),选择此两种因子,是因为实验室前期工作已经证明二维水平上两者协同作用,具有一定的抗细胞衰老作用,因此本研究试图探讨三维水平上将两者共固定后是否依然具有抗细胞衰老作用。 本实验采用光接枝法将光活性的胰岛素样生长因子(IGF)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)化学连接到聚己内酯聚乳酸(PCL-PLA)上。光活性生长因子是指,在游离的IGF和TNF-a的基础上加入DMF,再经过一系列复杂操作(见材料与方法)之后合成的生长因子,我们称之为光活性生长因子。设置三个实验组别,分别为空白组(Control)、游离组(Free)和共固定组(Co-immobilized)。空白组用单纯的支架材料培养细胞,游离组用附有游离状态的IGF和TNF-a的支架材料培养细胞,游离组的IGF和TNF-a的加入剂量为20ng/μ L;共固定组用光活性的TNF-a/IGF经过紫外照射化学连接(光接枝)到支架材料上后,再用来培养细胞,光活性的TNF-a/IGF的剂量同样为20ng/μ L。 本研究首先进行的是研究修饰后的支架的物理表征,将光活性的TNF-α/IGF光接枝到聚己内酯聚乳酸上后,分别用拉曼光谱分析法、傅里叶变换红外光谱法、扫描电子显微镜法、X-射线光电子能谱检测法等方法检测共修饰后的材料的合成是否成功。 确定修饰后的生物材料制备成功后,接下来我们在细胞层面研究了光活性细胞因子对肝癌细胞(HepG2)和人肝星状细胞(HSC)的抗细胞衰老作用。本研究在细胞层面做了衰老试剂盒β-半乳糖苷酶染色实验、DAPI染色实验、免疫组化实验、免疫印迹实验等,结果显示,相对于游离组和空白组的支架材料来说,共固定组的支架材料能更好的抑制HSC和HepG2的细胞衰老。 本研究得出以下结论:首先,红外图谱、拉曼图谱等实验得到的表征数据显示聚己内酯聚乳酸材料与光活性的生长因子(IGF/TNF-α)的光接枝是成功的。其次,共固定组上接种的细胞的存活率比空白、游离组高出很多,且存在显著性差异,说明修饰后的支架更利于细胞的生长。再次,β-半乳糖苷酶试剂盒染色结果表明共固定组的阳性细胞数量明显少于空白、游离组的阳性细胞数量,从而说明该组能更大程度地抑制HSC和HepG2的细胞衰老。最后,P53蛋白的免疫组化以及P53蛋白、pRb蛋白、Rb蛋白的免疫印迹等实验结果,从另一层面证明了上述结论。