[发明专利]硬度可调节的温敏聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体地，涉及硬度可调节的温敏聚合物材料及其制备 方法和应用。

背景技术

生物力学的重要性已被越来越多的研究者关注。生物力学的出现使传统只针对于基因 水平疾病的药物受到了强有力的挑战，细胞力学、细胞外基质结构、而或细胞机械传导都 可能对许多的疾病发生起关键作用，包括动脉粥样硬化、纤维化、哮喘、骨质疏松、心脏 衰竭、癌症，甚至包括广义的医疗残疾如过敏性肠综合症。研究表明，当生长在不同硬度 的等价化学表面上时，有许多种类型的细胞可以改变它们自身的形态和基因表达图谱。细 胞周围的微环境为细胞提供了复杂的生物化学活性结构和物理调控。在这种环境中，细胞 通过感知细胞外基质或相邻细胞来主动探测识别其所在微环境的硬度，并将其感受的机械 扰动和环境压力传递到细胞内，调整自身表观遗传学表达。生物力学环境在胚胎发育、组 织内稳态和病理学中影响基因的选择性表达，在细胞表观遗传学差异体现中起到了重要的 作用。正常肝脏弹性模量不足1500帕，在这种条件下肝星形胶质细胞可保持静息状态。1 千帕左右的弹性模量可以保持肺成纤维细胞处于良好的生理水平。然而，当细胞生长在更 硬的环境中时(如8-22千帕)就会转变分化形成不同的表型。研究证明，持续增加的外部 机械力可以诱导更多的细胞外基质基因表达和基质沉积，从而导致纤维化的形成，引起体 内器官系统功能障碍。

聚合生物材料可作为体外细胞培养基质，其中生物力学性质可调的水凝胶为研究细胞 在不同软硬刺激中对于细胞外基质的条件反应提供了有力的工具。体外模型的建立对于了 解伤口愈合和疾病发病的机制有着至关重要的作用，尤其是在细胞的表型和功能发挥的研 究中的更是不可或缺的。然而，大多数的生物力学研究主要集中在机械条件如何影响粘附 细胞活性以及它们细胞外基质的形成，生物力学调控细胞表观遗传学的研究仅局限在原位 细胞，细胞收集对细胞的影响作用往往被研究者们所忽略。如何在不损伤细胞特性的前提 下消化、重悬细胞仍然具有很大的挑战性。

成功的再生医学治疗必须考虑细胞的天然特性，使得细胞能够激发对于组织修复有利 的信号通路从而融入天然的组织结构。内稳态是维持细胞正常的生理功能的动态过程，其 中包括所有与细胞生存所需的内部和外部环境。体外细胞培养收集技术包括酶消化和物理 剥离是细胞传代中最经常采用的方法。传统常规细胞收集方法由于酶消化蛋白水解或机械 刮削分离的作用而得到的单细胞或细胞团会造成细胞或细胞与细胞外基质连结地损失。由 于酶促消化可以极大地改变了细胞自身所处的环境，例如胰酶会强效裂解几乎全部蛋白肽 链中靠近羧基端的赖氨酸或精氨酸，所以很可能会对细胞的特异性表达造成负面影响，考 虑其在培养条件上所造成的差异(如细胞外基质片段化)更有可能改变细胞的形态以及基 因表达。研究表明胰酶消化会破坏细胞固有结构和表观遗传学特征，细胞中组蛋白甲基化、 乙酰化水平经胰酶处理后明显下降。物理剥离方法如细胞刮刀会显着降低细胞的成活率， 研究发现，物理刮剥的方法可能造成高达30％的细胞死亡。而且现在还不能确定这死细胞 是否会释放细胞内的物质对存活下来的细胞造成影响。值得期待的是，如果常规的细胞培 养不会对细胞自身表达造成干扰，由此便可区分实验结果是否是实验真正想要得到的结果， 而不是因为由于培养技术条件所限而受到影响出现的假阳性数据。

因而，目前关于细胞培养的研究仍有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个 目的在于提出一种能够有效用于细胞培养、可以非侵入性收集细胞、调控细胞基因表达与 细胞形态、或者维持细胞代次间稳定性，保存细胞表面受体与细胞外基质免受破坏的硬度 可调节的温敏聚合物材料。