细胞工程：微结构的胞外基质

1、Microstructured extracellular matrices in tissue engineering and development,制药工程0401 张绪 田灵敏 景璟 赵琴琴,胞外基质 EXTRACELLULAR MATRIX （ECM） 定义：细胞外大分子构成的网络，在结缔组织中含量较高，其成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。 (ECM is the physical micro-environment of cells),一 、ECM的成分 （一）胶原 （collagen） （二）纤粘连蛋白 （Fibronectin，FN） （三

2、）层粘连蛋白 （Laminin，LN) （四）氨基聚糖及蛋白聚糖 （Glycosaminoglycan，GAG and Proteoglycan） （五）弹性蛋白 （Elastin）,二、ECM的作用 骨架 储存生长因子、蛋白酶和基质蛋白等的仓库 维持体内稳定方面（如修复伤口及导致一些疾病等）,What is the Microstructured ECMs?,微小范围内的 (possess texture at the 5-1000m scale) 异质性 (in composition and structure),Traditional view：dominance of chemist

3、ry ECM的组成是影响其功能的关键因素。 构建:各种蛋白质包括胶原的溶液凝胶化。 Emerging view：importance of form ECM的结构是影响其功能的关键因素。 cell和ECMs组成的形状有：鳞片状、管状、分支状、折叠 影响因素：细胞位置、聚集体形状、机械受力 （ 血管再生） 因此，ECM的结构可以独立地决定ECM的功能,Why introduce structure into ECMs?,Methods for patterning ECMs 2D Photolithography Soft lithographic techniques（软刻蚀技术） 3D 将有

4、机分子光敏聚合形成水凝胶法 模具与基质前体法（外表面） 牺牲材料法（内表面) 堆积单片胶法（内表面),体外构建方法（2D） 软刻蚀技术,体外构建方法（3D）,更复杂多样的结构，如髓质的蜂窝状结构等还不能精确的复制出来,Promising use of Microstructured ECMs,For tissue engineering(组织工程) ： 体外培养微血管和表皮 For the study of development( 组织发育的研究)： 发育和功能分化的机理,均质胶,异质性ECMs可以提高微血管的稳定性与功能性。 均质性ECM使微血管易于凋亡，故均质性ECM只能用 于简单组织的

5、形成，而难以形成功能性的复杂的组织 。,生长因子,？,For tissue engineering 1体外培养微血管,血管,血管内皮细胞,For tissue engineering 2体外培养表皮,真皮和表皮间有波浪状的basal lamina。 微结构的ECM模拟真皮和表皮间的波状结构 ，给角质细胞提供空间信息。 Test：在硅酮弹性表面用胶原和白明 胶聚合形成具有波浪状的basal lamina ，在上面培养角质细胞。 Test结果：可以看到分层现象，观察到分化标记。具有微结构的波浪状的比没有微结构的平的basal lamina 更有功能性。,组织是怎么发育的,？,For the stu

6、dy of development ( 关于组织发育的研究),Two concept : branching morphogenesis （形态分枝） Symmetry breaking （对称破缺）,很大一部分的组织subset的形成依赖于branching morphogenesis（形态分枝） 。 branching morphogenesis（形态分枝）： 首先epithelial sheet局部内陷, 形成基板或小芽 然后进行反覆分枝和侧面分枝。,Concept 1 : branching morphogenesis,注意： 这种分枝的位置并不是随机的，是有特定位点的。特定的 分枝造

7、成了特定的组织。 体内研究证明，组织的形态分枝和功能分化与体内ECM结构有关。 体外模型采用均质的ECM培养也会产生分枝，但这种分枝是随机的，区别于体内异质ECM的有特定位点的分枝。,组织原有的形态会影响它的进一步的形态发育。 单个细胞是否增殖依赖于他们的位置。 我们可以用微结构的ECM研究细胞的位置如何控制它的发育形态。 例子：Symmetry breaking events（对称破缺）,Concept 2 : Symmetry breaking,Symmetry breaking events（对称破缺）,For the study of development 所以说，细胞的增殖和迁移都是和原来 ECM的结构有关的。 微结构的ECM就可以用来研究组织发育的过程。,conclusion,各种构建微结构的ECM的方法