组织工程

骨骼肌的收缩功能对于维持生命的生命活动至关重要。肌肉疾病如肌营养不良严重损害患者的生活质量，最终导致死亡。因此迫切需要开发针对这些疾病的治疗药物。在前期的研究中，我们发现利用磁力组织工程技术制备的三维骨骼肌组织具有收缩活性，可以根据骨骼肌组织的收缩活性来评价药物效应。但报道的方法需要大量的细胞，组织制备过程复杂。因此有必要改进组织制备方法。本研究采用聚二甲基硅氧烷制作的微型装置，简化了适用于高通量筛选的收缩骨骼肌组织的制作。采用微型肌肉装置评价模型药物对小鼠C2C12成肌细胞和人诱导多能干细胞制备的骨骼肌组织收缩力生成的影响。结果表明，肌肉装置系统可为药物筛选提供有用的工具。

骨骼肌的收缩功能对于维持生命的生命活动至关重要。肌肉疾病如肌营养不良严重损害患者的生活质量，最终导致死亡。因此迫切需要开发针对这些疾病的治疗药物。在前期的研究中，我们发现利用磁力组织工程技术制备的三维骨骼肌组织具有收缩活性，可以根据骨骼肌组织的收缩活性来评价药物效应。但报道的方法需要大量的细胞，组织制备过程复杂。因此有必要改进组织制备方法。本研究采用聚二甲基硅氧烷制作的微型装置，简化了适用于高通量筛选的收缩骨骼肌组织的制作。采用微型肌肉装置评价模型药物对小鼠C2C12成肌细胞和人诱导多能干细胞制备的骨骼肌组织收缩力生成的影响。结果表明，肌肉装置系统可为药物筛选提供有用的工具。

多孔多孔板插片广泛应用于生物医学研究中，用于研究传输过程或在气液界面培养细胞/组织。这些插入物是由刚性材料制成，在静态培养条件下使用，不代表生物微环境。这里，我们呈现FleXert，一种软的、可操作的细胞培养插入，它与六孔板的界面。它由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成，由多孔PDMS膜作为细胞/组织支架。FleXerts可以用标准的注射器泵气动驱动，产生高达30 %的拉伸应变。通过改变气压和抽气速率可以实现广泛的驱动模式。FleXert’s多孔PDMS膜与纤维连接蛋白的亲和表面功能化使人真皮成纤维细胞黏附，在FleXert’s膜上发育的菌株成功转导到细胞层。三维组织模型，如含有成纤维细胞的胶原凝胶，也可以通过聚多巴胺涂层固定在PDMS上。此外，胶原蛋白涂层的FleXert膜支持建立人皮肤模型，证明了材料具有组织工程所需的优良生物相容性。与现有技术相比，FleXerts不需要昂贵的制造设备或定制的培养室，使其成为组织工程和生理应变下生物屏障渗透研究的通用、低成本解决方案。本文是一个多学科的机械生物学研究的一个广泛的工具包，包括对各种方法的详细说明，如器件制作，理论建模，细胞培养和图像分析技术。

对于身体病变或损伤部位的患者，可采用移植的组织、器官或部位进行治疗，但同种异体移植物严重不足，且逐年恶化。在组织工程和医学修复领域，科学家们应用细胞移植、材料科学和环境工程的原理，构建了修复和维持损伤组织部分正常功能的生物替代物。本研究报道了以聚己内酯/明胶/聚二甲基硅氧烷( PCL / GEL / PDMS )为原料制备生物相容性支架的生产工艺及其利用响应面法( RSM )对其进行优化。研究了PCL / GEL / PDMS共混比、它们之间的相互作用以及它们的溶解性对纳米纤维力学性能、生物降解性和生物相容性的影响。这些变量与PCL / GEL / PDMS共混比呈二次关系。通过实验设计，制备了PCL / GEL / PDMS优化支架作为组织工程支架。这些结果表明PCL / GEL / PDMS支架是一种新型的生物相容性支架，适用于组织工程。

一种材料引导的、再生的治疗颅骨缺损的方法需要一种支架，它不仅可以实现与不规则几何形状的共形拟合，而且具有生物活性和合适的吸收率。我们先前报道了基于形状恢复填充不规则缺陷几何形状的聚( ε-己内酯)二丙烯酸酯( PCL-DA )的‘自拟合’形状记忆聚合物( SMP )支架。然而PCL-DA支架缺乏先天的生物活性，降解非常缓慢。聚二甲基硅氧烷( PDMS )在与有机交联网络结合时，已被证明具有先天生物活性和修饰降解速率。因此，本工作报道了引入PDMS片段来形成PCL / PDMS SMP支架。将这些作为共基质与3种类型的大分子单体制备，以系统地改变PDMS含量和交联密度。PCL90 - DA与线性PDMS66 -二甲基丙烯酸酯( DMA )或四臂星形PDMS66 -四甲基丙烯酸酯( TMA )以90：10、75：25和60：40 wt %的比例复合。此外，还使用了一种具有65：35 wt % PCL / PDMS比例的三嵌段大分子( AcO- PCL45 - b- PDMS66 - b- PCL45 - OAc )。支架表现出孔道互联互通和孔径均匀，进一步保持了良好的形状记忆行为。降解速率随着PDMS含量的增加和交联密度的降低而增加，相分离是造成这种影响的原因。

为了在组织工程中成功地配置材料，材料本身，其力学性能和产品的微观几何结构是特别感兴趣的。虽然蚕丝是一种应用广泛的蛋白质基组织工程材料，具有很强的力学性能，但人工纺制的蚕丝纤维的尺寸和形状受到现有工艺的限制。本研究通过调整微流控喷丝板，以3种不同材料制备微米级湿纺纤维，使其具有不同的几何构型，可用于组织工程应用。该喷丝板是在微流控聚二甲基硅氧烷( PDMS )芯片内采用双光子光刻的直接激光写入( DLW )，采用一种新的表面处理方法实现了印刷通道的紧密封接。纺制了直径小于1   µ m的海藻酸盐、聚丙烯腈和真丝纤维，而喷丝板的几何形状控制着真丝纤维的形状，纺丝工艺对其力学性能有一定的影响。细胞培养实验证实了生物相容性，显示了细胞大小的纤维和细胞之间的相互作用。所提出的纺丝工艺将使纤维的加工边界向着更小的直径和更复杂的形状方向发展，并提高了表面体积比，将为未来用于保健 的组织工程材料提供重要的参考。

为了在组织工程中成功地配置材料，材料本身，其力学性能和产品的微观几何结构是特别感兴趣的。虽然蚕丝是一种应用广泛的蛋白质基组织工程材料，具有很强的力学性能，但人工纺制的蚕丝纤维的尺寸和形状受到现有工艺的限制。本研究通过调整微流控喷丝板，以3种不同材料制备微米级湿纺纤维，使其具有不同的几何构型，可用于组织工程应用。该喷丝板是在微流控聚二甲基硅氧烷( PDMS )芯片内采用双光子光刻的直接激光写入( DLW )，采用一种新的表面处理方法实现了印刷通道的紧密封接。纺制了直径小于1   µ m的海藻酸盐、聚丙烯腈和真丝纤维，而喷丝板的几何形状控制着真丝纤维的形状，纺丝工艺对其力学性能有一定的影响。细胞培养实验证实了生物相容性，显示了细胞大小的纤维和细胞之间的相互作用。所提出的纺丝工艺将使纤维的加工边界向着更小的直径和更复杂的形状方向发展，并提高了表面体积比，将为未来用于保健 的组织工程材料提供重要的参考。