一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶及制备方法和应用，该水凝胶为具有三维微图案结构的水凝胶；三维微图案结构为矩形凹槽或环形凹槽，矩形凹槽或环形凹槽的宽度为60～140μm，矩形凹槽的曲率之差为0，环形凹槽的曲率之差为0.17～16.67。HUVECs细胞在水凝胶微凹槽中受到空间约束作用，细胞行为具有边壁效应，表现为距水凝胶微凹槽边壁20μm区域中细胞的取向和凋亡行为有明显增强。HUVECs能够响应水凝胶微凹槽曲率使边壁20μm区域中细胞及其骨架的取向减弱、凋亡增加，细胞牵引力增加，表明水凝胶微凹槽曲率促进HUVECs凋亡和细胞牵引力的边壁效应。HUVECs凋亡和细胞牵引力的边壁效应。HUVECs凋亡和细胞牵引力的边壁效应。

【技术实现步骤摘要】
一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]血管内皮细胞(Endothelial cell,ECs)构成了动脉和静脉的内壁，是毛细血管的主要组成细胞。血管内皮作为血液和血管壁之间的物理屏障，在物质交换、血管生成和重建等生理病理过程中发挥着重要作用。在机体正常生理环境中，EC位于直径、曲率不一的弯曲表面，胞体及骨架沿血管壁长轴排列，整体形态扁平且细长。然而，在体外传统培养模式下，生长在平坦的培养表面的ECs，呈现鹅卵石形貌，为无序、随机排列，其生物学行为也与在体生理状态有明显差异。研究表明，EC形态和排列特性与血管稳态维持密切相关。ECs增殖和凋亡在胚胎发育、血管生成以及各种心血管疾病的发生和发展中起关键作用。维持ECs凋亡与增殖的平衡对正常血管稳态维持和重塑也至关重要。但是，弯曲微凹槽对ECs生物学行为有何影响，尚不完全清楚。
[0003]微图案技术是一种结合表面化学和材料学，在材料表面形成特定的细胞黏附区域的微加工技术。使用微图案化方法进行体外细胞培养在一定程度上重现了在体组织微环境。研究表明，体外培养中使用具有拓扑模式的微图案化基底，可以有效调节细胞的形态、取向、凋亡和增殖等生物行为。但是，目前多数研究均采用二维平面微图案探究细胞行为和功能，这类结构与细胞实际生长环境的三维空间不匹配。而具有三维空间结构的体外培养基质对内皮细胞行为的约束，尚不完全清楚。因此，通过构建弯曲微凹槽，对体外培养的ECs提供空间约束条件，探究ECs在三维空间约束下的形态、取向、增殖和凋亡特性，对于明确血管稳态和重塑的机制具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶及制备方法和应用。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶，该水凝胶为具有三维微图案结构的水凝胶；三维微图案结构为矩形凹槽或环形凹槽，矩形凹槽或环形凹槽的宽度为60～140μm，矩形凹槽的曲率之差为0，环形凹槽的曲率之差为0.17～16.67。
[0006]进一步地，矩形凹槽或环形凹槽的宽度为100μm，矩形凹槽的曲率之差为0，环形凹槽的曲率之差为0.28～2.67。
[0007]进一步地，血管内皮细胞行为包括：细胞形态、取向、凋亡和增殖。
[0008]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过在水凝胶上制备矩形凹槽和环形凹槽，使其成为矩形水凝胶微凹槽或环形水凝胶微凹槽，通过控制微凹槽的宽度、曲率之差来调控血管内皮细胞的行为。该细胞行为表现为：细胞形态、取向、凋亡和增殖。该水凝胶微凹槽可调控
细胞圆度、细胞取向角，细胞取向角随微凹槽宽度增加而逐渐增加，而微凹槽边壁区域中的细胞取向角小于其他区域，并且该区域的细胞凋亡率显著增加，但细胞增殖无明显变化。同时本专利技术还分析了细胞骨架肌动蛋白纤维丝的排列和取向，结果与细胞行为一致。此外，本专利技术还分析了不同曲率对细胞行为的影响，曲率之差(Δκ)会影响细胞行为，主要表现在：以微凹槽宽度为100μm为例，与Δκ＝0的微凹槽中的细胞相比，Δκ＝0.28～2.67微凹槽中细胞胞体均显著减小，细胞圆度均显著增加。在Δκ＝0.28～2.67范围内，各组之间细胞形态无显著变化。在距水凝胶微凹槽边壁20μm区域内，Δκ＝0.28、0.63、2.67微凹槽中细胞取向角均显著高于Δκ＝0组。不同曲率还影响细胞的牵引力，与Δκ＝0的微凹槽中的细胞相比，Δκ＝0.28～2.67微凹槽中细胞牵引力显著提高，说明不同曲率可影响细胞
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基质的相互作用力。
[0009]上述用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)制备含三维微图案结构的盖玻片，在盖玻片上放置由进液口、出液口和中间腔室组成的PDMS薄膜，再叠上一片PDMS薄膜盖以覆盖中间腔室，留下两端口让液体进出；
[0011](2)将水凝胶溶液注入到PDMS的中间腔室中，在紫外光照射下使水凝胶溶液发生交联反应，然后揭除PDMS薄膜盖，获得具有三维微图案结构的水凝胶即用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶。
[0012]进一步地，水凝胶溶液为4臂
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聚乙二醇
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丙烯酸酯水凝胶溶液。
[0013]上述用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶在构建细胞凋亡模型中的应用。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术制得的用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶可调控细胞行为，尤其是在微凹槽边壁区域中，细胞凋亡明显增加，可根据该情况，将水凝胶用于构建细胞凋亡模型，为在细胞上开展凋亡抑制的研究奠定基础，具有重要意义。本专利技术中所用水凝胶溶液可为常规的水凝胶溶液，在本研究中选择了最常用的4臂
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聚乙二醇
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丙烯酸酯水凝胶溶液来做实验，但并不局限于此水凝胶溶液，只要能形成水凝胶的溶液均可。
[0015]采用上述用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶构建细胞凋亡模型的方法，包括以下步骤：
[0016]向用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶上滴加纤连蛋白溶液，置于37℃中包被过夜，然后滴加细胞悬液，置于5％ CO2，37℃条件下培育1
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3h，去除未贴壁细胞，更新新鲜培养基继续培养36～50h。
[0017]进一步，水凝胶三维微图案结构中距三维微图案边壁20μm区域内的细胞为成功构建的细胞凋亡模型。
[0018]本专利技术的有益效果为：向用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶上滴加纤连蛋白溶液包被过夜，纤连蛋白溶液可以与细胞表面整合素等抗体结合，促进细胞的黏附，是细胞成功培养的前提，将培育了1
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3h的细胞重新更换新的培养基继续培养36～50h，优选继续培养48h，便可成功构建细胞凋亡模型。尤其是水凝胶微凹槽边壁区域的细胞为成功构建的细胞凋亡模型，更优选微凹槽即三维微图案边壁20μm区域内的细胞凋亡明显增加，为成功构建的细胞凋亡模型。
[0019]上述细胞凋亡模型可用于筛选改善细胞凋亡情况的药物。
[0020]水凝胶微凹槽曲率可促进HUVECs整合素表达和黏着斑形成。可采用该细胞凋亡模型来筛选改善细胞凋亡情况的药物。如可通过添加整合素抑制剂来使得水凝胶微凹槽边壁
20μm区域中细胞取向减弱、凋亡减少、细胞牵引力降低。
附图说明
[0021]图1为水凝胶微凹槽制备模式图。
[0022]图2为光学显微镜下观察到的矩形水凝胶微凹槽形貌；其中，A：宽度分别为60μm、80μm、100μm、120μm及140μm的矩形微凹槽示意图，微凹槽间距40μm；B：光镜下观察的不同宽度矩形水凝胶微凹槽形态；C：水凝胶矩形微凹槽纵截面光镜图；D
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E：水凝胶矩形微凹槽宽度(D)和深度(E)实际测量值。均值
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶为具有三维微图案结构的水凝胶；三维微图案结构为矩形凹槽或环形凹槽，矩形凹槽或环形凹槽的宽度为60～140μm，矩形凹槽的曲率之差为0，环形凹槽的曲率之差为0.17～16.67。2.根据权利要求1所述的用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶，其特征在于，矩形凹槽或环形凹槽的宽度为100μm，矩形凹槽的曲率之差为0，环形凹槽的曲率之差为0.28～2.67。3.根据权利要求1或2所述的用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶，其特征在于，血管内皮细胞行为包括：细胞形态、取向、凋亡和增殖。4.权利要求1～3任一项所述的用于调控血管内皮细胞行为的水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备含三维微图案结构的盖玻片，在盖玻片上放置由进液口、出液口和中间腔室组成的PDMS薄膜，再叠上一片PDMS薄膜盖以覆盖中间腔室，留下两端口让液体进出；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾烨，江文丽，钟健，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：