[發(fā)明專利]一種微納米圖案化凝膠膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410728905.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN104356307A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀曉凌;趙宇新;李加全;王寧;徐磊;陳莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F257/02
• 分類號(hào): C08F257/02;C08F220/54;C08F220/58;C08F222/38;C08J5/18;C08J3/075;C08F112/08;C08J3/12
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子材料及技術(shù)，特別涉及一種誘導(dǎo)干細(xì)胞分化的微納米圖案化凝膠膜及其制備方法。

背景技術(shù)

干細(xì)胞具有自我更新和產(chǎn)生特定表型的能力，是受損組織再生最有前景的細(xì)胞源。但干細(xì)胞生存于一個(gè)非常復(fù)雜的微環(huán)境(壁龕)，其生長(zhǎng)分化命運(yùn)由生物因素(生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子等)、理化因素(電荷、pH值、表面能等)和機(jī)械結(jié)構(gòu)因素(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、彈性模量等)交錯(cuò)共同決定，因此深入了解此生化信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，理解壁龕的生物物理性質(zhì)，闡明壁龕元素的作用，是發(fā)展干細(xì)胞生物學(xué)、開發(fā)干細(xì)胞臨床應(yīng)用潛能的迫切需要。

生物材料以一種精確的、非常接近生理學(xué)特征的方式模擬細(xì)胞體內(nèi)壁龕，體現(xiàn)和傳遞干細(xì)胞調(diào)控信號(hào)，并作為可以調(diào)控指導(dǎo)干細(xì)胞培養(yǎng)及分化命運(yùn)的有效人工微環(huán)境，已得到迅速發(fā)展，細(xì)胞生物學(xué)和生物材料技術(shù)的融合將對(duì)干細(xì)胞生物學(xué)和基于干細(xì)胞技術(shù)的組織再生產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。眾所周知，生物材料的化學(xué)、力學(xué)和幾何微環(huán)境對(duì)細(xì)胞增殖、分化和細(xì)胞外基質(zhì)沉積等發(fā)揮著重要作用，在軟硬材料上構(gòu)建微納米圖案，用于研究各種因素對(duì)組織再生的影響成為必要。研究表明，材料表面微圖案能控制細(xì)胞定向生長(zhǎng)、鋪展、遷移以及影響細(xì)胞表型，如McBeath將纖連蛋白涂覆于不同尺寸的島狀凸起，隨島尺寸由1024um²到10000um²，人間充質(zhì)干細(xì)胞從成脂細(xì)胞表型向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，這是由于島尺寸影響了細(xì)胞的RhoA活性。Ruiz和Chen則認(rèn)為單個(gè)細(xì)胞在圖案內(nèi)的相對(duì)位置決定了局部細(xì)胞骨架的張力和靶向分化，張力大有利于細(xì)胞鋪展和分化為成骨細(xì)胞，而張力小會(huì)使細(xì)胞變圓并分化為脂肪細(xì)胞。

關(guān)于微納米圖案化表面的構(gòu)建，多集中于硬質(zhì)材料方面的研究。在凝膠等軟質(zhì)材料表面構(gòu)建微圖案，由于凝膠的溶脹特性，會(huì)使圖案的穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)，因此該方面的研究工作相對(duì)較少。目前關(guān)于在凝膠表面構(gòu)建微圖案的方法多采用模板法，即通過光刻方法，利用掩模板在硅片上刻蝕出微納米圖案，再將硅片模板放置于凝膠液中，待其凝膠化后，可在凝膠表面形成與模板相反的圖案；或以PDMS模板方法制備，預(yù)先在PDMS構(gòu)建微納米圖案，然后將凝膠液傾倒到PDMS模板上，得到與模板相反的圖案；還有通過光交聯(lián)技術(shù)，利用掩模板得到條紋狀圖案化凝膠等。但這些方法所需實(shí)驗(yàn)條件苛刻，成本高，因此需要開發(fā)低成本操作簡(jiǎn)單的構(gòu)建微納米圖案方法。Burdick采用化學(xué)方法制備了蠕蟲狀、花生狀、六角形(正六邊形)圖案化凝膠，該方法僅僅通過化學(xué)方法，利用凝膠的溶脹性能控制微圖案的形成，避免了使用高昂設(shè)備。本發(fā)明亦提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低廉的微圖案化凝膠膜軟質(zhì)材料制備方法。

甘草次酸(GA)存在于甘草的根、莖部，無(wú)毒，資源豐富，在傳統(tǒng)中藥處方中應(yīng)用極其廣泛，具有抑制肝癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其分化逆轉(zhuǎn)為良性細(xì)胞，減輕肝細(xì)胞脂肪變及壞死，促進(jìn)肝細(xì)胞再生等作用，被廣泛應(yīng)用于肝臟疾病的治療和肝臟保護(hù)中。干細(xì)胞在其分化過程中，存在嚴(yán)重的致瘤問題，因此本發(fā)明利用GA的抗癌保肝作用，提供一種新型細(xì)胞培養(yǎng)材料，以保證干細(xì)胞高效安全地向目標(biāo)細(xì)胞分化，避免畸胎瘤的發(fā)生。同時(shí)，細(xì)胞經(jīng)分化或傳代培養(yǎng)后，需要將其從培養(yǎng)載體表面脫附，進(jìn)行回收，如果采用傳統(tǒng)的酶解法，會(huì)對(duì)細(xì)胞功能造成損傷。為解決此問題，我們將溫敏性高分子聚異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)引入水凝膠，進(jìn)行細(xì)胞的無(wú)損傷脫附。PNIPAAm分子內(nèi)存在親水基團(tuán)(酰胺基)和疏水基團(tuán)(異丙基)，其水溶液的較低臨界溶解溫度(LCST)為32℃，當(dāng)溫度低于32℃時(shí)，PNIPAAm分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，親水基團(tuán)暴露，表現(xiàn)親水性，當(dāng)溫度高于32℃時(shí)，PNIPAAm分子鏈?zhǔn)湛s，疏水基團(tuán)暴露，表現(xiàn)疏水性。在37℃細(xì)胞培養(yǎng)溫度，細(xì)胞在PNIPAAm凝膠表面吸附、增殖，達(dá)到融合后，將溫敏凝膠移至低溫環(huán)境(低于LCST)，利用PNIPAAm的親疏水性變化，細(xì)胞從材料表面自動(dòng)脫附，可以避免細(xì)胞功能受到損傷。

綜上分析，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于干細(xì)胞分化的微圖案化甘草次酸基溫敏凝膠膜及其制備方法，通過微圖案調(diào)控細(xì)胞行為，通過GA防止干細(xì)胞分化過程中畸胎瘤的產(chǎn)生，通過溫度響應(yīng)性，無(wú)損傷回收所得細(xì)胞，為干細(xì)胞研究提供新的載體以及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微納米圖案化凝膠膜，該膜一方面通過微納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，調(diào)控細(xì)胞行為；另一方面通過溫敏性物質(zhì)PNIPAAm和具有抗癌保肝作用的GA的引入，為干細(xì)胞培養(yǎng)及分化提供新型載體。本發(fā)明微納米圖案化凝膠膜可由以下方法制得：

(1)聚苯乙烯(PS)微球的制備