Ti表面SMCs-ECM/ECs-ECM仿生层的构建和生物学评价

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生物医用金属器械(如人工心脏瓣膜和心室泵等)因其较好的力学支撑性和生物相容性能被广泛地应用于心血管疾病的治疗,虽然已经实现了早期的抗凝和抗增生治疗,然而植入后晚期血栓和增生等并发症严重限制了服役期限并威胁病人生命。人体血管内壁的天然内皮通常被认为具有长期有效的抗血栓、抑增生能力,从而维持正常的血管通畅率。因此,在心血管植介入器械(CVIs)表面上建立完整的内皮细胞(ECs)单层是其长期有效的保证。在之前的研究中,已证明通过培养的ECs原位沉积的天然内皮细胞外基质(ECs-ECM)可有效加速钛表面的内皮化,而且还比较了平滑肌细胞(SMCs)沉积的平滑肌细胞外基质(SMCs-ECM),用两种类型的天然细胞外基质(ECM)对钛(Ti)进行表面改性可同时有效地改善它们的体外血液相容性和细胞相容性,然而研究结果还发现,ECs-ECM、SMCs-ECM在组分和纤维形态上有很大差异,单独在植入物表面构建ECs-ECM或SMCs-ECM可能会导致其功能的缺失。因此,本文在Ti表面制备透明质酸微图案(HAP),进而促进SMCs呈收缩表型,调控其ECM仿生合成,脱去SMCs后,在此基础上,调控ECs生长,分泌更多健康状态的ECM,脱去ECs后,在材料表面构建一种HAP复合SMCs-ECM/ECs-ECM仿生层。研究采用软刻蚀制备生物大分子微图形与两种细胞逐次培养/脱离相结合的表面生物化改性技术,以期在钛表面实现功能仿生。本文利用软刻蚀和脱细胞的方法在材料表面构建了HAP复合SMCs-ECM/ECs-ECM仿生层改性材料表面,采用光镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换衰减全反射(ATR-FTIR)、原子力显微镜(AFM)、水接触角(WCA)等表征了该仿生层的表面结构、稳定性、成分、形貌和亲疏水性,利用免疫组化的方法分析了仿生层主要成分的分布规律和含量,而且细胞种类的不同对细胞外基质的分泌量也是存在差异的。构建的仿生层ECMSMC/EC/HAP可以促进内皮细胞的黏附、增殖和迁移,通过有效调控平滑肌细胞呈收缩表型来抑制平滑肌细胞的增殖,并调控巨噬细胞呈免疫表型(抗炎表型,M2),长期植入体内具有友好的组织学反应,这种仿生表面的构建不会引起样品溶血及表面血小板的黏附和激活,可以较好的改善材料表面的血液相容性以及在植入体内时具有较好的组织修复和炎症调节的作用。综上所述,在碱活化钛表面构建HAP复合SMCs-ECM/ECs-ECM仿生层能够促进ECs生长和迁移,调控SMCs呈收缩表型,进一步使得该材料表面的血液相容性和组织相容性得到良好的改善,从而实现内皮组织修复,对心血管植介入器械表面功能化改性具有重要的研究价值和指导意义。本论文提出了一种可能同时具有前期抗炎、抗凝,而后期促进材料表面快速内皮化的表面改性策略,可以对新型心血管植入器械表面的开发提供一种新的思路。
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