三维细胞培养基质的要求2021-11-23 09:13:27
细胞与支架的相互作用对细胞的活性和形态起着至关重要的作用,支架需要在体外构建可供细胞生长的合适的三维空间并提供必要的力学支持,起到模拟细胞在体内生长微环境的作用。不同的细胞、组织和器官的体外构建对支架物理化学性质和生物活性的要求也各不相同,但合适的材料形状、良好的生物相容性、较高的孔隙率、渗透性能、表面特性和一定的力学强度,是支架材料所必须的性能。理想的组织工程支架应具备以下条件:(1)三维立体结构,较高的孔隙率和比表面积,有利于细胞的粘附和生长,细胞间的信号传导,营养输送以及降解产物的排出。支架的比表面积取决于孔隙率和孔径大小,比表面积越大,越有利于细胞的粘附和生长。支架孔径较大的孔隙率便于容纳更多的细胞,并有利于细胞营养物质的代谢产物的传质和扩散。孔径的大小一般要求是所培养的细胞的 2.5 倍以上直径,但不同种类和尺寸的细胞生长在不同的支架材料上,对以上要求也各不相同。一般特定的细胞在支架内生长,都有一个合适的孔径区间。例如,新生血管化组织细胞需要孔径为 5μm,
成纤维细胞需要孔径为 20μm,成年哺乳动物皮肤细胞需要 20~125μm,成熟骨组织细胞需要孔径为 100~350μm,移植细胞的纤维血管组织快速生成则需要 500μm以上的支架。当胶原-糖胺聚糖直径小于 20μm 或者大于 120μm 时用作皮肤细胞再生时缺乏活性,小鼠成骨细胞 MC3T3-E1 在支架尺寸为 96-150μm 时具有生物活性和良好的粘附性。以 PLLA 支架为例,孔径为 38~150μm 的支架有利于成纤维细胞的粘附,而孔径为 60~150μm 的支架更有利于血管平滑肌细胞的贴附。综合已有的研究结果,不同的细胞类型对不同的支架材料的尺寸孔径有不同的反应,不同的组织细胞需要不同孔径的支架材料。
(2)良好的生物相容性,体外培养时无细胞毒性。若植入细胞,不会引起炎症或致畸。
(3)适宜的柔韧韧性和机械强度和可加工性,一定的生物稳定性。细胞体外培养时,支架要提供足够的强度维持细胞生长所需的空间。
(4)生物材料对于结构的多尺度构筑(宏观、微米级、纳米级),尤其是在微观尺度上模拟细胞外基质的天然纳米网络结构与生物学性能,是对细胞培养基质最重要的要求。表 1-2 列出了细胞支撑材料设计的基本要求。
出自《细菌纤维素复合多孔支架构筑三维细胞培养基质及其性能评价》作者闻晓霜。
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