基于明胶的导电复合水凝胶对心肌细胞的作用研究

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心血管疾病是威胁我国乃至全球人类生命健康的重大因素。在针对心血管疾病的新药开发过程中,心脏毒性一直是新药从实验室走向临床的一大障碍。利用心肌组织工程手段在体外构建功能化心肌组织用于药物筛选是解决这—问题的有效方案,其中,心肌组织工程支架材料的选取是体外构建功能化心肌组织的关键。为体外培养的心肌细胞提供合适的支持和连接,从而更好地模拟体内微环境,促进心肌细胞成熟,是支架材料选取所要考虑的首要因素。本文采用明胶(Gelatin)作为水凝胶基底的基础材料,分别引入聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)以及金纳米线(AuNWs)作为导电材料,制备得到了明胶-PEDOT(Gel-PEDOT)和明胶-金纳米线(Gel-AuNWs)两种基于明胶的复合导电水凝胶材料,并选用生物相容性良好的京尼平(Genipin)作为交联剂,探究了上述两种材料对新生大鼠心肌细胞生长发育和行为的影响。实验结果表明,PEDOT和金纳米线的引入均能改善明胶基水凝胶材料的机械性能,以达到适合心肌细胞的弹性模量范围。此外,两种材料的引入也都显著增强了明胶水凝胶材料的导电性能。通过对培养在复合导电水凝胶基底上的新生大鼠心肌细胞进行形态结构和生理功能检测,我们从其生长粘附、搏动速率、蛋白表达、肌节排列等方面进行了表征分析。并对生长在水凝胶基底上的大鼠心肌细胞进行了电刺激。实验结果表明,本文制备的两种明胶基水凝胶都能够有效地促进新生大鼠心肌细胞的成熟、同步节律性跳动和心肌特异性蛋白的表达,此外,在相同的电刺激条件下,在明胶-PEDOT水凝胶基底上生长的心肌细胞表现出更高的搏动速率。
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