ECM-SA复合水凝胶的制备及其在TBI后血管化的应用研究

来源 :南通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhen_lu83
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目的本课题拟采用去污剂漂洗法构建基于大脑组织的细胞外基质(Extracellular matrix,ECM),并通过蛋白质谱检测脑组织ECM的各类成分,选取其中与细胞粘附、血管发育、轴突生长相关的蛋白进行验证,评估其促进损伤修复的潜力;探索以脑组织ECM为基础,添加海藻酸钠(Sodium alginate,SA)作为辅助组分并筛选合理的配比浓度方案以制备ECM-SA复合水凝胶;检测复合水凝胶的生物相容性,对其携带细胞及植入体内的可行性进行评价;将复合水凝胶置入外伤性脑损伤(Traumatic brain injuries,TBI)大鼠的颅内创面,观察长期植入后对胶质瘢痕的影响;将过表达VEGF的人脐静脉血内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)混入复合水凝胶内,植入大鼠的颅内损伤区,评估血管网的生成情况,为颅脑损伤后血管网的构建以及后期携带种子细胞促进神经功能修复提供理论依据和实验基础。方法(1)采用去污剂漂洗法制备大鼠脑组织ECM并通过残余双链DNA检测ECM中的核残留是否符合标准;(2)利用Shotgun蛋白质谱分析检测ECM中各项组分,挑选其中与细胞粘附、血管发育以及轴突生长相关的蛋白进行Western blot验证;(3)以ECM为基础,添加SA成分构建复合水凝胶,测试不同配比方案下的机械性能差异,确定最终的配比方案;(4)采用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)观测复合水凝胶的表观结构,并通过PBS测试复合水凝胶的体外降解率;(5)采用CCK-8、LIVE/DEAD染色检验复合水凝胶的细胞毒性效应,并将复合水凝胶植入大鼠皮下,通过HE染色、外周血ELISA测炎症指标的方法评估材料的体内相容性;(6)构建大鼠的TBI损伤模型,将复合水凝胶植入脑损伤部位,采用免疫荧光观察局部星形胶质细胞活化及胶质瘢痕情况;(7)将HUVECs VEGF/GFP混入复合水凝胶中,体外培养检测细胞的生存情况;(8)将携带HUVECs VEGF/GFP的复合水凝胶植入TBI大鼠脑损伤部位,用免疫荧光观察局部血管网生成情况,并通过Micro CT检测血管流通情况。结果(1)通过对去污剂漂洗法制备大鼠脑组织ECM的残余双链DNA进行检测,证实了大脑组织ECM内的没有明显的核残留;(2)通过Shotgun蛋白质谱解析了ECM中所包含各项组成成分,其中对血管发育(Col1a1,LAMA4)、细胞粘附(MYH9)、轴突生长(Camk2g、Dpysl2、Ina)相关蛋白进行了Western blot验证,证实了相应蛋白的存在;(3)通过对机械性能及粘度的测试,确定了ECM-SA复合水凝胶的配比方案;(4)扫描电镜观察到复合水凝胶呈三维疏松多孔样结构,有利于细胞的存活,是一种良好的生物载体,复合水凝胶的降解率检测结果表明,相对于单纯的海藻酸钠,ECM的加入加速了材料的降解,减少了材料的远期残留;(5)CCK-8、LIVE/DEAD染色显示复合水凝胶对细胞无细胞毒性,体内的HE染色未见明显炎性细胞聚集和浸润,外周血内TNF-α、IL-1β、IL-6等全身炎症反应指标未见明显上升,展示了材料较好的体内相容性;(6)体内远期的GFAP/DAPI荧光染色显示ECM-SA组脑损伤处活化星胶数目明显减少,胶质瘢痕增生得到抑制;(7)HUVECs VEGF/GFP在ECM-SA复合水凝胶中显示了良好的活性,展示了复合水凝胶携带细胞的良好特性;(8)携带HUVECs VEGF/GFP细胞的ECM-SA复合水凝胶在体内形成丰富的血管网络,血管化明显,形成了良好的种子细胞承载体系。结论(1)本研究制备了脑ECM,其含有促进血管发育、细胞粘附、轴突生长等多种功能蛋白,是良好的组织工程原材料。(2)我们利用ECM的独特生理特性,通过交联海藻酸钠,制造出具有三维疏松多孔样结构的复合水凝胶,展现了良好的机械性能和微观表征,同时具有较低的细胞毒性及良好的体内相容性。(3)ECM-SA复合水凝胶在TBI大鼠脑损伤处可以起到抑制炎症、减少胶质瘢痕的功能,同时也展示了携带细胞的独特潜力,可以携带内皮细胞在损伤处形成新生血管网络,有利于后期种子细胞的移植和存活。
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