聚電解質多層膜的梯度構建及其對細胞遷移行為的影響.pdf

1、細胞遷移與胚胎發(fā)育、傷口愈合、免疫應答、組織發(fā)育及很多病理過程都密切相關。研究材料和細胞之間的相互作用，利用材料表面界面調控細胞的遷移是組織工程和再生醫(yī)學面臨的主要挑戰(zhàn)之一。目前已發(fā)展了多種技術調控材料表面的性質，其中層層自組裝技術制備的聚電解質多層膜，由于其納米結構和物理化學性能易于調控，可廣泛應用于修飾各種生物材料的表面。
　　 本文選用聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)/聚二烯丙基二甲基銨鹽酸鹽(PDADMAC)聚電解質多層膜體系，

2、通在1-5MNaCl溶液的后處理調控多層膜的結構和物理化學性質。研究發(fā)現隨著鹽濃度的增加，(PSS/PDADMAC)7多層膜的厚度和質量逐漸減少。1M和2MNaCl處理的聚電解質多層膜，維持了多層膜初始的結構和性能，即PDADMAC為最外層，表面帶正電，多層膜在水中有較大的溶脹程度。3MNaCl處理的多層膜由于更多的PDADMAC在表面發(fā)生損失，表面暴露出帶負電的PSS，且溶脹程度最低。4M和5MNaCl處理的多層膜，PSS在表面富集，

3、且溶脹程度更高，尤其是5MNaCl處理過的多層膜，有最高的含水量。
　　 材料表面物理化學性質可有效調控細胞在材料表面的遷移能力。鹽處理后的多層膜表面化學組成、表面電荷、水化程度以及粘彈性、厚度和粗糙度等都發(fā)生了變化，因此可以用來研究不同因素對細胞遷移的共同影響。實驗發(fā)現在本體系中多層膜的表面化學性質和粘彈性是調控人平滑肌細胞遷移的兩個最主要因素。在帶負電溶脹度低/模量高的3MNaCl處理的多層膜表面，細胞遷移速率最低，與聚苯乙

4、烯培養(yǎng)板上的細胞有接近的運動速率。當細胞在帶有負電含水的5MNaCl處理的多層膜表面時，細胞在基底上黏附適中，細胞的運動速率最快。細胞在帶正電的1MNaCl處理的多層膜表面也可以有一定程度的遷移，但表面細胞毒性使細胞的生存能力下降。為解釋細胞在材料表面不同的遷移行為，對黏著斑和黏附與遷移的相關基因表達進行檢測，從分子層次上分析細胞不同遷移行為的原因。
　　 細胞在體內的遷移通常是通過梯度的可溶性化學因子(趨化性)或梯度的基底表面

5、的分子(趨觸性)對細胞產生誘導效應而發(fā)生的定向運動。因此，構建梯度表面可以更有效地調控細胞遷移的方向性。通過在3-5MNaCl的梯度溶液中對聚電解質多層膜后的處理，制得表面為負電的PSS且沿梯度方向溶脹比線性增大的多層膜。通過調控細胞密度觀察細胞遷移行為，發(fā)現低密度的細胞在梯度多層膜表面為無規(guī)運動，而高密度的細胞有明顯向3M區(qū)域遷移的趨勢。通過對細胞與梯度表面相互作用程度、細胞肌動蛋白和Cdc42、肌球蛋白(Myosin)及RhoA免疫

6、組化的表征，表明細胞的定向遷移是通過基底物理化學性能來調控細胞與基底的黏附力，黏附力大的細胞為黏附力小的細胞提供牽引點，最后在利于細胞黏附的一端細胞聚集。
　　 由于條帶圖案表面可控制細胞沿著條帶方向排列、拉長并遷移，因此為了提高細胞方向性的遷移，將梯度和條帶圖案結合起來共同調控細胞遷移。首先在3.5μm高、20μm寬的條帶圖案表面構建3-5M的梯度多層膜，在線觀察細胞的定向遷移。發(fā)現密度少的細胞在這種梯度多層膜上可依靠材料梯度

7、表面的誘導效應向3M方向遷移。這是由于多層膜梯度方向與條帶方向一致，條帶圖案使細胞沿梯度方向排列，導致細胞在梯度方向上有效長度增加，在這種情況下梯度表面可以誘導細胞方向性地遷移到3M區(qū)域。
　　 最后，利用溶劑輔助毛細力微成型技術將水化的PSS/PDADMAC聚電解質多層膜在高溫環(huán)境中進行物理拓撲圖案的構建，通過改變成形溫度、多層膜厚度、溶液可得到不同高度或不同結構的圖案。選用20μm寬的印章，條帶間隔為20μm，制備納米寬度的