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  近年來，“自下而上”模塊化組織工程的發(fā)展及體外構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)和功能的微組織得到了迅速發(fā)展。但是，目前很多“自下而上”組裝方法還只是一些初步的探索性研究，如果構(gòu)建的三維組織中沒有可以利用血管網(wǎng)絡(luò)來輸送營養(yǎng)和移除代謝產(chǎn)物，組織厚度則難以有效增大。因此，如何利用微載體在體外構(gòu)建模塊化內(nèi)皮細胞-微纖維復合生物支架并利用其可注射性避免手術(shù)創(chuàng)傷進行原位再生新生血管具有重要的研究意義。

  華僑大學陳愛政教授課題組和哈佛醫(yī)學院Y. Shrike Zhang教授課題組以海藻酸鈉（sodium alginate, SA）和明膠（gelatin, Gel）為原料，通過微流控液滴融合技術(shù)及離子交聯(lián)技術(shù)相結(jié)合的方法，在內(nèi)包裹人臍靜脈內(nèi)皮細胞（human umbilical vein endothelial cells, HUVECs）的海藻酸/明膠微液滴和氯化鈣微液滴融合的同時，在受限空間內(nèi)使液滴迅速固化成微纖維狀，并利用明膠在后期不同程度的固定控制細胞的遷移和生長，在短纖維內(nèi)部形成具有中空結(jié)構(gòu)的細胞層，從而模擬模塊化血管的結(jié)構(gòu)和功能，并在體外和動物體內(nèi)實驗進行了初步的驗證。

圖1 研究示意圖

  通過微流控液滴融合技術(shù)及離子交聯(lián)技術(shù)相結(jié)合的方法得到分散性好、長徑比均一的海藻酸鹽棒狀微纖維，并通過Minitab全因子實驗設(shè)計方案，考察結(jié)果表明海藻酸鹽濃度、連續(xù)相分散性流速比對微纖維的長徑比影響顯著。另外，將明膠加入到海藻酸鈉中，可提高海藻酸鹽的細胞相容性，且不影響海藻酸/明膠復合微液滴與氯化鈣液滴的有效融合。

圖2 （A）微纖維的制備流程示意圖（B-F）Minitab全因子實驗分析（G）微纖維明場圖。

  為進一步探究明膠對內(nèi)包裹的HUVECs增殖和遷移的作用，利用京尼平（genipin）對得到的微纖維進行明膠不同程度的固定，固定時間設(shè)置為10 min、30 min，同時設(shè)置不固定明膠組作為對照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在固定時間為10 min時，微纖維外部產(chǎn)生了更有利于細胞增殖的微環(huán)境，而微纖維內(nèi)部的明膠由于沒有得到有效固定，導致內(nèi)部的細胞逐漸開始向外遷移。最終在HUVECs在微纖維內(nèi)部共培養(yǎng)21天后，形成了中空結(jié)構(gòu)的細胞層。HE體外支架染色對結(jié)果進行了進一步的驗證。

圖3. （A）支架中HUVECs共培養(yǎng)21天后CD31及VE-Cad蛋白表達情況（B）3D掃描支架觀察細胞分布（C）對微纖維進行免疫組化染色（D）支架中細胞基因表達情況分析。

  為進一步實驗該微纖維與體內(nèi)組織的相互作用，將內(nèi)包裹HUVECs的微纖維體外培養(yǎng)21天后，通過皮下注射到SCID小鼠耳后組織，研究其在小鼠體內(nèi)的相互作用，設(shè)置未負載HUVECs的空白微纖維支架為對照組。可以觀察到，相比于空白支架組，實驗組引起了更多的巨噬細胞的聚集，并在注射后21天時，支架周圍產(chǎn)生小血管。

圖4.（A）將微纖維注射入體內(nèi)后HE染色及（B）CD31免疫組化染色。

  以上相關(guān)成果以“Endothelialized Microrods for Minimally Invasive in situ Neovascularization”為題近期在線發(fā)表于Biofabrication。論文第一作者為華僑大學生物材料與組織工程研究所17級博士生王穎。通訊作者為哈佛醫(yī)學院Y. Shrike Zhang教授和華僑大學陳愛政教授。華僑大學2016級碩士研究生胡璇、Ranjith Kumar Kankala博士、王士斌教授和福建醫(yī)科大學楊達云博士、復旦大學中山醫(yī)院朱鎧博士為論文的共同作者。  

  華僑大學部分的研究工作得到國家自然科學基金海峽聯(lián)合重點項目《可注射型復合生物支架介導血管化肌組織原位再生的研究》（U1605225）及福建省生物材料科技創(chuàng)新團隊項目的資助。 

  論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab47eb