模拟人体三维环境下微观沟槽结构对细胞取向性生长的调控

【摘要】目的：模拟生物体内环境，在体外建立一个稳定的细胞反应器，探讨微米拓扑结构以及三维环境对细胞取向性生长的影响。方法：利用热模压印技术制备宽度分别为12.5μm、25μm、50μm、75μm具有拓扑结构的聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）以及光滑的PDMS，分为实验组及对照组Ⅴ组（光滑），实验组又分为Ⅰ组（12.5μm）、Ⅱ组（25μm）、Ⅲ组（50μm）及Ⅳ组（75μm）共四个亚组。利用从大鼠尾部提取的纤维蛋白原制成水凝胶来模拟生物体内环境，将成纤维细胞（humandermalfibroblasts，HDFs）和神经胶质瘤细胞(braingliomacells，BGCs)分别按四种实验方式培养，观察各组细胞1w内的延伸、取向排列以及分布情况。选择PDMS上、PDMS上方0～30μm范围内以及PDMS上方200～300μm纤维蛋白水凝胶中各5个视野，测量每个细胞长轴与水平线夹角α角度值，分为0～30°、31～60°以及61～90°三个等级，计数各等级的比例情况，统计学分析计数结果。结果：PDMS上，4种方式中实验组细胞绝大多数沿着沟槽方向取向性延伸、排列，大多数α角分布在0～30°的范围，与对照组相比差异具有统计学意义（P<0.05）。亚组中，Ⅰ和Ⅱ组这一取向性较Ⅲ及Ⅳ组更明显。PDMS上方0～30μm，只有实验2的实验组细胞呈现0～30°的倾向性生长,α角分布在0～30°的HDFs百分比值分别为Ⅰ组74.66±4.52、Ⅱ组81.32±5.54、Ⅲ组76.88±5.78、Ⅳ组68.91±4.79、Ⅴ组37.09±13.78，实验各组明显高于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05）。亚组间这一差异无明显统计学意义（P>0.05）。PDMS上方200～300μm，各组均无明显生长取向性，差异无统计学意义（P>0.05）。结论：①模拟生物内环境在体外可以成功建立稳定的细胞反应器。②在PDMS表面，三维环境与二维环境具有相同的调控能力，微米级沟槽结构均可促进细胞沿沟槽水平生长排列。③在表面具有微米级沟槽结构的PDMS上，细胞水平排列的效率与沟槽宽度之间存在密切联系，沟槽越宽取向性排列效率越低。④三维环境中，细胞离开微观几何图案后，一定距离上仍受其影响，距离越远取向性影响越弱。
【作者】马昌科；
【导师】沈忆新；
【作者基本信息】苏州大学，骨外科（专业学位），2014，硕士
【关键词】拓扑；沟槽；细胞行为；取向性；聚二甲基硅氧烷；

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