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[交大智慧]上海交大冯传良教授团队在材料名刊发表最新综述[图]
[发布时间]: 2017年04月26日
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[责任编辑]: 史文博 孙佳

[编者按]一百多年来,交大人用知识和智慧创造累累硕果,谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏,聚焦交大人的智慧之光,展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

近期,上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授和博士生窦晓秋在著名材料类期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Amino acids and peptides based supramolecular hydrogels for three-dimensional cell culture”的综述文章。这篇综述重点介绍了与传统高分子凝胶相比,自组装氨基酸和多肽类水凝胶作为新型细胞培养支架材料的优势,对其制备方法做了一个详细的分类和讲解。  

体外细胞培养是现代生物医学研究中不可缺少的重要部分。研究发现,在体外进行三维细胞培养既能保留天然细胞微环境的物质结构基础,又能更好模拟细胞体内微环境,为细胞水平的研究提供更可靠的方法。三维细胞培养一般需要借助与三维支架材料,如何选择、制备细胞支架材料已经吸引了广大科研工作者的兴趣。文章总结了目前利用氨基酸和多肽类超分子凝胶进行细胞三维培养的方法和优势。外场响应性凝胶及细胞三维培养主要包含离子响应型凝胶、pH响应型凝胶、溶剂响应型凝胶、光响应型凝胶、酶响应型凝胶、触变型可修复凝胶及其它。 

氨基酸和多肽类凝胶因子在各种外界环境的刺激下可以自组装为水凝胶,可作为为细胞体外三维环境

在离子刺激下氨基酸类凝胶因子自组装,形成网络支架结构

多肽类凝胶因子在特定pH值下,不同氨基酸官能团所带电荷情况不同,凝胶自组装可以通过凝胶因子间静电相互作用完成

将含有凝胶因子的DMSO溶液与细胞悬液混合,可以诱导形成水凝胶和细胞的三维复合体系

通过外界光刺激诱导凝胶组装或解体,该性质可用来控制不同的细胞行为

酶的加入将凝胶因子前驱体上多余官能团解离,获得凝胶因子

凝胶通过振荡器破坏后与细胞混合,一定时间后凝胶修复从而将细胞嵌入水凝胶中

通过凝胶溶胀和细胞迁移构建细胞三维生长环境

总之,氨基酸和多肽类超分子水凝胶因其结构的特殊性,在非共价键物理相互作用下,可自组装为具有生物活性纳米纤维水凝胶。尤其是引入外场响应的功能团,可合成智能型水凝胶因子,从而赋予超分子水凝胶外场响应性特征(如温度、pH值、离子强度、光、酶等)。得益于水凝胶因子间较弱的非共价键相互作用,使这种响应具有可逆性特征。此外,超分子水凝胶内部纤维支架的直径在几到几百纳米范围内,比大多数细胞(直径约3 - 30微米)小很多,具有了类似于细胞外基质的三维微环境。超分子凝胶的孔径较高分子凝胶也由毫米量级降低为微纳米级,以防止生物分子如生长因子等的流失。从生物相容性上看,非共价键弱相互作用使得超分子水凝胶的自然降解性更好,也可通过在凝胶因子上嫁接生物活性官能团(如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)三肽序列)进一步提高凝胶体系生物相容性,避免了复杂的合成步骤。  

冯传良教授表示,超分子凝胶自组装是一门涉及超分子化学,有机化学,材料科学等多学科的综合领域,但目前仍处于起步阶段,如何克服上述问题发展新一代功能型超分子水凝胶作为三维细胞培养支架材料还有很长路要走。  

论文链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201604062/full

 

[作者]: 窦晓秋 史文博 
[摄影]:
[供稿单位]: 材料科学与工程学院
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