载IL-4多细胞GelMA/海藻酸钠-壳聚糖微球仿生支架促微血管化研究

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目的:探究免疫因子白介素-4(IL-4)通过免疫调节促进巨噬细胞M2型极化对血管内皮祖细胞血管化影响及机制,为其协同巨噬细胞极化促进组织工程血管化提供依据。构建负载IL-4多细胞甲基丙烯酸酐化明胶/海藻酸钠-壳聚糖微球(Gel MA/ACS)支架复合体系,评价与探究IL-4在促进巨噬细胞M2型极化及海藻酸钠-壳聚糖微球支撑作用在组织工程血管化的作用及相关机制,为组织工程促血管化提供新的思路和实验依据。方法:血管化组织的构建是组织工程的一大挑战。为细胞提供氧气和营养物质的微血管网络的形成与组织工程再生修复的成败息息相关。人体中几乎所有组织都依赖于分支血管系统,其最佳扩散距离小于200μm,由于毛细管之间的距离不足,使组织工程移植物的移植失败。因此,特别需求一种能够快速高效地促进组织工程血管化的方法。多项研究表明,炎症反应和免疫调节可以促进组织工程植入物的血管化。IL-4是一种常见的免疫调节因子,能够促进巨噬细胞M2型极化,M2型巨噬细胞能够分泌血管生成的因子(VEGF等)促进血管生成。前期预研究已证实海藻酸钠-壳聚糖(AC)微球支架具有物理静电吸附和支撑细胞的作用,能够很好的促进细胞迁移分化以及血管生成和长入。因此,我们制备了一种负载IL-4的海藻酸钠-壳聚糖微球,该微球具有“核壳”的双层结构;再将其与内皮祖细胞(EPCs)、RAW264.7巨噬细胞混合,利用甲基丙烯酸酐化明胶(Gel MA)水凝胶体系构建含IL-4与多细胞混合的3D Gel MA/ACS凝胶支架。基于AC微球表面的静电作用,仿生“丝瓜藤”吸附和引导细胞生长,并能对血管结构起到支撑作用。微球释放的IL-4因子促巨噬细胞向M2型极化,分泌促进血管生成的因子(VEGF等),可以进一步促进组织血管化及微血管的稳定。本文中,我们通过CCK-8法评估凝胶支架的细胞毒性,ELISA法测定凝胶支架IL-4因子释放和相关血管生长因子的分泌水平,并通过体外EPCs细胞的成管实验、巨噬细胞极化实验以及内皮细胞标记物CD31表达免疫荧光实验对成血管性能进行评价,为了进一步证实负载IL-4混合多细胞的3D Gel MA/ACS凝胶支架对组织血管化及血管生成的影响,我们采用C57BL/6J老鼠皮下的体内实验验证体内血管化效果。通过取材观察、H&E染色、Masson染色和免疫荧光技术对凝胶支架血管化进行评价。结果:结果表明,负载IL-4混合多细胞的3D Gel MA/ACS凝胶支架对EPCs和巨噬细胞不具备细胞毒性并能释放IL-4因子以及血管生长因子的表达。体外实验中,内皮细胞EPCs的成管实验、巨噬细胞极化实验以及内皮细胞标记物CD31表达实验证实了凝胶支架能够促进EPCs的管状化、巨噬细胞向M2型极化以及CD31的高表达。ELISA法检测凝胶支架内促血管化因子分泌的水平,培养两天内VEGF、MCP-1和PDGF-BB水平明显升高。通过取材观察、H&E染色、Masson染色和免疫荧光染色对老鼠皮下的体内血管化实验进行评价,构建载IL-4与多细胞的3D Gel MA/ACS凝胶支架成血管效果最好。结论:本研究通过体内和体外实验证实了载IL-4多细胞Gel MA/ACS凝胶支架具有良好的生物相容性,AC微球的静电作用能够引导内皮祖细胞的粘附和生长,而且释放的IL-4可以诱导巨噬细胞向M2型极化,促进了血管生成因子的表达,两者的协同作用稳定快速的促进微血管化的形成,为组织工程血管化提供了新的方法和思路。
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