[发明专利]一种能够调控间充质干细胞旁分泌的仿生骨单位结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种能够调控间充质干细胞旁分泌的仿生骨单位结构及其制备方法。该结构设计基于骨单位的结构，骨单位由多层同心圆排列的哈弗氏骨螺旋环绕哈弗氏管所构成。本发明利用微加工技术在二维平面上实现对骨单位结构的仿生构建。该制备方法包括如下步骤：利用光刻技术及翻模法制备出具有类骨单位同心圆微沟槽结构的PDMS基底；将PCL颗粒溶解于二氯甲烷，利用溶剂挥发法得到PCL膜；将PCL膜置于表面具备类骨单位同心圆微沟槽结构的PDMS基底表面，利用熔融浇铸法即可得到表面具备类骨单位同心圆微沟槽结构的PCL膜。该设计在二维平面上对骨单位的结构进行仿生构建，制备工艺简单，成本较低。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种能够调控间充质干细胞旁分泌的仿生骨单位结构及其制备方法。

背景技术

在再生医学和组织工程领域中，其中一个主要任务就是对细胞微环境的仿生，即通过外界材料的设计与加工来仿生机体内细胞外基质的结构和功能，使得组织或器官获得快速且有效的修复。而支架材料作为构建组织工程骨的关键要素之一，它不仅能在结构上起到支撑作用，而且会对细胞的行为产生一定的引导作用。研究细胞与支架材料之间的相互作用，其中一个关键点就是要模拟机体内的形貌、结构和功能等细胞外环境。拓扑结构作为支架材料表面性质的重要特征之一，大量研究发现，细胞能感知具有不同表面拓扑结构(微米/纳米)的材料，并作出不同的应答。实际上，天然组织的细胞外基质常具有特定的微结构。骨单位作为密质骨的组成单元，又称作哈弗氏系统，由多层同心圆排列的哈弗氏骨螺旋环绕哈弗氏管所构成，骨细胞沿着同心圆环结构生长。骨单位作为密质骨发挥功能的关键要素之一，而目前的研究并未仿生构建出骨单位的关键要素。

表面图案化是指利用微纳米加工技术在材料表面构建简单精细的拓扑结构，研究对细胞行为和功能的调控。研究表明，材料表面的这种图案化分布会对细胞的铺展、吸附、取向、增殖和分化等一系列行为造成影响。因此，利用这种方法可以进行细胞生物学的基础研究，也可以利用这种方式对细胞行为进行调控，制备出能对细胞产生积极影响的第三代生物医用材料。

间充质干细胞是一种多能干细胞，由于其具有来源广、易分离、低免疫原性和多向分化潜能等诸多优势，目前在组织工程中应用广泛。近年来，随着人们对干细胞研究的逐渐深入，研究发现间充质干细胞还具有强大的旁分泌功能，它能旁分泌多种可溶性因子，主要包括生长因子、趋化因子、抗炎和促炎因子等。但是人们并未关注于骨单位的结构对间充质干细胞旁分泌因子的调控作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够调控间充质干细胞旁分泌的仿生骨单位结构及其制备方法。所得PCL膜表面具有类骨单位同心圆微沟槽结构，这种微图案化结构不仅能够仿生骨单位的结构，而且能调控间充质干细胞的行为和旁分泌因子的表达。

一种能够调控间充质干细胞旁分泌的仿生骨单位结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用Adobe Illustrator软件绘制类骨单位同心圆微沟槽结构示意图，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上形成类骨单位同心圆微沟槽结构，然后在硅片上浇注PDMS预聚物与固化剂，交联固化后得到带有类骨同心圆微沟槽结构的PMDS基底；

(2)将PCL颗粒溶解于二氯甲烷有机溶剂中，室温下搅拌均匀；

(3)将步骤(2)所得的PCL溶液倒于玻璃培养皿中，分布均匀，待溶剂挥发完，得到PCL膜；

(4)将步骤(3)所得PCL膜置于步骤(1)所得的PDMS基底上，置于真空干燥箱中加热；

(5)将步骤(4)所得的PCL膜从PDMS基底上剥离，得到表面具备类骨单位同心圆微沟槽结构的PCL样品；

进一步地，所述图案为类骨单位微沟槽结构。

进一步地，步骤(2)中PCL与二氯甲烷的质量体积比为2g/10ml～5g/10ml。