聚電解質(zhì)多層膜的梯度構(gòu)建及其對(duì)細(xì)胞遷移行為的影響.pdf

1、細(xì)胞遷移與胚胎發(fā)育、傷口愈合、免疫應(yīng)答、組織發(fā)育及很多病理過程都密切相關(guān)。研究材料和細(xì)胞之間的相互作用，利用材料表面界面調(diào)控細(xì)胞的遷移是組織工程和再生醫(yī)學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。目前已發(fā)展了多種技術(shù)調(diào)控材料表面的性質(zhì)，其中層層自組裝技術(shù)制備的聚電解質(zhì)多層膜，由于其納米結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能易于調(diào)控，可廣泛應(yīng)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(zhì)多層膜體系，

2、通在1-5MNaCl溶液的后處理調(diào)控多層膜的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的增加，(PSS/PDADMAC)7多層膜的厚度和質(zhì)量逐漸減少。1M和2MNaCl處理的聚電解質(zhì)多層膜，維持了多層膜初始的結(jié)構(gòu)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(fù)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(xué)性質(zhì)可有效調(diào)控細(xì)胞在材料表面的遷移能力。鹽處理后的多層膜表面化學(xué)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(duì)細(xì)胞遷移的共同影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在本體系中多層膜的表面化學(xué)性質(zhì)和粘彈性是調(diào)控人平滑肌細(xì)胞遷移的兩個(gè)最主要因素。在帶負(fù)電溶脹度低/模量高的3MNaCl處理的多層膜表面，細(xì)胞遷移速率最低，與聚苯乙

4、烯培養(yǎng)板上的細(xì)胞有接近的運(yùn)動(dòng)速率。當(dāng)細(xì)胞在帶有負(fù)電含水的5MNaCl處理的多層膜表面時(shí)，細(xì)胞在基底上黏附適中，細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速率最快。細(xì)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(xì)胞毒性使細(xì)胞的生存能力下降。為解釋細(xì)胞在材料表面不同的遷移行為，對(duì)黏著斑和黏附與遷移的相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)行檢測，從分子層次上分析細(xì)胞不同遷移行為的原因。
　　 細(xì)胞在體內(nèi)的遷移通常是通過梯度的可溶性化學(xué)因子(趨化性)或梯度的基底表面

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

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

7、表面的誘導(dǎo)效應(yīng)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(xì)胞沿梯度方向排列，導(dǎo)致細(xì)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(dǎo)細(xì)胞方向性地遷移到3M區(qū)域。
　　 最后，利用溶劑輔助毛細(xì)力微成型技術(shù)將水化的PSS/PDADMAC聚電解質(zhì)多層膜在高溫環(huán)境中進(jìn)行物理拓?fù)鋱D案的構(gòu)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(jié)構(gòu)的圖案。選用20μm寬的印章，條帶間隔為20μm，制備納米寬度的