水凝胶材料具有类似于细胞外基质的结构和性能,被广泛用于组织工程和再生医学领域。而水凝胶包裹干细胞,作为干细胞3D培养的平台,用于组织工程和再生医学研究正方兴未艾。明胶是胶原的部分降解产物,可作为优良的天然水凝胶材料用于细胞的培养和药物递送。而明胶水凝胶微球负载药物的研究已非常多,但包裹干细胞,尤其是单细胞,作为负载细胞的平台,研究细胞的3D培养及治疗的研究鲜有报道。以明胶为支架材料,采用有机相成型和微生物来源的谷氨酰胺转氨酶(mTG)催化交联的方法,我们制成了直径1mm左右的水凝胶微球,同时,混入SD大鼠来源的骨髓间充质干细胞(MSC),得到包裹MSC的水凝胶微球(MSC-水凝胶微球)。我们以不同浓度的明胶溶液分别制作了不同浓度的水凝胶微球,并测定了不同浓度明胶水凝胶的膨胀率,模量及微球的内部及表面形态结构,发现了酶交联的明胶水凝胶微球达水平衡后的收缩性。接着,测定了 MSC-水凝胶微球中MSC的细胞活性及增殖情况,发现MSC在微球中可以伸出触角,铺展生长,MSC在微球中的活性可以维持1周左右的时间,但不会进行增值,1周后,MSC会逐渐死亡。但细胞微球经过1周左右的培养后发现,有部分MSC会从水凝胶微球内部向其表面迁移及贴壁生长、增殖,直至完全包裹水凝胶微球。这一有趣的现象也少有报道,可能具有一定的研究及应用价值。此外,在酶催化交联成水凝胶的基础上,结合细胞界面工程,我们也构建了一个水凝胶包裹MSC单细胞的系统,即利用细胞表面相容性的锚定分子(BAM),在细胞表面引入酶分子,通过酶分子的催化作用,在细胞表面形成一层水凝胶层,实现单细胞的水凝胶包裹。我们成功构建了两种单细胞包裹体系,包括辣根过氧化物酶-海藻酸钠水凝胶体系和谷氨酰胺转氨酶-明胶水凝胶体系,并测定了这种包裹处理对细胞的功能影响,发现明胶水凝胶包裹MSC单细胞对细胞在恶劣条件下具有一定保护作用。在SD大鼠心肌梗死的治疗中也具有更好的效果。综上所述,我们利用明胶材料,采用有机相成型及酶法交联的方式,成功制得了明胶水凝胶微球及包裹MSC的水凝胶微球,测定了微球的一些物理性质及MSC在微球中的生物学表征,发现了部分MSC从微球内部向表面迁移的现象,对明胶水凝胶包裹干细胞的3D培养研究,明胶微球包裹MSC作为细胞微囊的研究等相关组织工程和再生医学领域的研究与应用具有一定借鉴意义。另外,我们构建了 MSC单细胞的水凝胶包裹体系,系统地测定了对细胞各种功能的影响,发现了明胶水凝胶体系对MSC在恶劣条件下的保护作用和对心肌梗死良好的治疗效果,为MSC在细胞治疗领域的相关研究和应用提供了新的思路。