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用于生物人工肝反应器构建三维支架材料的选择
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摘要:0 引言 Introduction 肝功能衰竭是各种严重肝病的终末期表现,肝移植是肝功能衰竭治疗的最有效手段,但供肝来源紧缺限制了肝移植的广泛使用。以培养肝细胞为材料的体外生物人工肝支
0 引言 Introduction
肝功能衰竭是各种严重肝病的终末期表现,肝移植是肝功能衰竭治疗的最有效手段,但供肝来源紧缺限制了肝移植的广泛使用。以培养肝细胞为材料的体外生物人工肝支持系统,有望为肝功能衰竭患者等待肝移植或通过自身肝再生恢复提供过渡的“桥梁”[1-3]。生物人工肝的3 大要素是生物反应器、肝细胞和体外装置,其中生物反应器是生物人工肝的核心部分,其性能直接关系到生物人工肝支持治疗的效果和作用[4-6]。中空纤维型生物反应器具备良好的免疫阻隔作用,是目前应用最广泛的生物反应器[7-8],但肝细胞在这种反应器内分布不均匀,易沉积底部,难以提供三维肝细胞培养微环境[9-10]。以往研究试图利用中空纤维为肝细胞提供三维支持,研制出中空纤维三维编织型、氧合中空纤维型、螺旋编织纤维型等生物反应器[11-15],虽然能够部分改善肝细胞在生物反应器内的分布,但仍难以使肝细胞分布均匀,不能为肝细胞培养提供令人满意的三维微环境,无法提高生物反应器的肝支持效果。三维支架材料是改善肝细胞培养三维微环境的理想方法,在三维支架材料内培养的肝细胞能够形成具有较强肝细胞功能的肝组织,将三维支架材料应用于中空纤维型生物反应器的设计与构建中,有可能使肝细胞在生物反应器内分布更均匀,为生物反应器的组织化培养提供可能[16]。实验对比分析多种三维支架材料的孔隙率、孔径、物理特性等结构特点,观察其与肝细胞的相容性,并进一步优化培养条件,以探讨将三维支架材料用于构建人工肝生物反应器的可行性。
1 材料和方法 Materials and methods
1.1 设计 细胞学体外实验。
1.2 时间及地点 实验于2006 年12 月至2008 年12 月在第三军医大学西南医院感染科实验室完成。
1.3 材料 三维多孔支架材料壳聚糖、聚乳酸-聚羟乙酸酯、聚氨酯分别由解放军军事科学院卫生装备研究所、山东生物材料研究所、四川大学高分子科学与工程学院提供。L02 细胞(即HL-7702人肝细胞)来源于正常人肝组织的人肝细胞株,购自中国科学院上海细胞生物学研究所。
1.3.1 实验用主要试剂 鼠尾胶原、二乙酸荧光素(FDA)、四甲基偶氮唑盐(MTT)、DMSO(美国Sigma);牛纤维蛋白原和牛凝血酶(北京库尔科技有限公司);RPMI-1640 培养基、新生小牛血清、胰酶、PBS(美国Gibco);人白蛋白ELISA 检测试剂盒(美国Bethyl Lab 公司)。
1.3.2 实验用主要仪器 倒置相差显微镜和荧光显微镜(IX70型,日本Olympus 公司);酶标仪(美国Thermo Fisher 公司);细胞培养箱(德国Nuaire 公司);自动生化分析仪(日本HITACH 公司)。
1.4 实验方法
1.4.1 三维支架材料的结构观察和微孔直径测定 将三维多孔支架材料壳聚糖、聚乳酸-聚羟乙酸酯、聚氨酯分别手工裁剪成厚度0.2 cm 的薄片,分别在倒置相差显微镜下观察。随机选取10 个视野,利用标尺测定支架材料每个微孔的直径,计算平均值。
1.4.2 支架材料孔隙率的测定 将3 种支架材料裁剪成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm 的立方体即1.0 mL 体积,每种材料6 块。将立方体材料置双蒸水内,用负压泵排空支架材料内的空气;取出支架材料,5 000 r/min 离心5 min,收集支架材料内的液体,测定支架材料内的液体体积。计算孔隙率,孔隙率(%)=支架材料内液体体积(μL)/支架材料体积×100%。
1.4.3 支架材料内细胞接种率测定 将聚氨酯、壳聚糖、聚乳酸-聚羟乙酸酯3 种支架材料裁剪成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm 的立方形即1.0 mL 体积,各6 块,用60Co 照射消毒后备用。胰酶消化培养的L02 细胞,用含体积分数10%新生小牛血清的RPMI-1640 培养液制成1×109L-1的细胞悬液,将1 mL 细胞悬液分别接种至3 种支架材料上,尽量排空支架内的气泡,置培养板内在细胞培养箱培养。培养4 h 后,将支架材料取出,收集培养板内的细胞,并用血细胞计数板计数未接种上的剩余细胞数,计算细胞接种率,细胞接种率(%)=(接种细胞总数-剩余细胞数)/接种细胞总数×100%。
1.4.4 支架材料的处理和细胞接种 将3 种支架材料裁剪成24 孔培养板孔大小,厚0.5 cm,铺在12 孔培养板孔内;PBS漂洗3 次,烤干后用60Co 照射消毒,使用前用培养液漂洗3 次。将对数生长期的L02 细胞用胰酶消化,用含体积分数10%新生小牛血清的RPMI-1640 培养液配制成4×107L-1的细胞悬液,每孔支架材料内接种细胞悬液0.5 mL,置入37 ℃、体积分数5%CO2细胞培养箱内培养4 h 后,每孔加含体积分数10% 新生小牛血清的RPMI-1640 培养液1.5 mL,继续在细胞培养箱培养。培养24 h 后进行细胞活性和乳酸脱氢酶漏出量检测,培养3 d 后进行白蛋白合成量检测。通过实验结果选择物理特性和肝细胞相容性更好的支架材料进行培养条件的优化。
文章来源:《建筑材料学报》 网址: http://www.jzclxb.cn/qikandaodu/2021/0624/555.html