IMECH-IR  > 国家微重力实验室
肝血窦体外三维模型组织构建及其细胞聚集/粘附动力学研究
Alternative TitleConstruction of 3D Liver Sinusoidal Model and Its Application in Cell Adhesion/Aggregation Dynamics
杜宇
Thesis Advisor龙勉
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline一般力学与力学基础
Abstract生理条件下,肝血窦由四种肝系细胞组成,包括肝血窦内皮细胞(liver sinusoidal endothelial cell, LSEC)、枯否氏细胞(Kupffer cell, KC)、星形细胞(stellate cell, HSC)和肝细胞(hepatocyte, HC),它们共同位于肝血窦内,并和血窦内流过的血液发生相互作用。肝脏执行功能离不开肝血窦内多种细胞的共同作用,肝血窦复杂的解剖结构、血窦内生理血流的流动剪切环境以及胞外基质(extracellular matrix, ECM)的拓扑和硬度等,均对肝脏功能的发挥有着不同程度的影响。已有体外研究发现,当肝脏细胞离开体内环境,在二维培养皿中生长时,其功能会迅速丧失。如果希望在体外条件下保持细胞的分化和功能,则需要尽可能的复现肝脏细胞在体内的生理结构和微环境。尽管越来越多的研究开始发现不同肝系细胞的共培养或者施加流动剪切有助于提高肝脏特异性功能,但体外重现肝脏复杂的细胞组成、空间结构和力学微环境仍然十分困难。
本文研发了一个在结构和功能上均可复现肝脏关键特征的体外三维肝血窦模型,论文工作共分为三部分:
1. 构建体外三维肝血窦模型。该体外模型先采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)构建了双微流道系统,再在上、下流道间采用PE 膜分开。在组织结构上复现了肝血窦的血流及狄氏间隙两层流道和中间的肝血窦内皮层的复合结构。为了复现肝血窦内的细胞组成和生理结构,本文采用原代分离的方法纯化出四种小鼠肝系细胞,并按照其在肝血窦中的生理空间分布接种。在多孔膜的上表面接种肝血窦内皮细胞单层及其上零星分布的枯否氏细胞,在多孔膜的下表面接种星形细胞,并在下层微流道中接种肝细胞单层。本文通过细胞形态以及特异性表面标志分子,对四种肝系细胞的细胞活性和纯度进行的鉴定,结果证实上述模型复现了肝血窦的生理结构。
2. 验证体外三维肝血窦模型的多项肝脏功能。该模型在白蛋白(albumin, ALB)、尿素(urea)分泌,肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)和内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)分泌,以及细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)代谢功能等方面均具有良好的表型。利用该模型,本文发现细胞的共培养和流动剪切可以各自独立地提高白蛋白的分泌,并存在协同作用;流动剪切可独立地提高HGF 的分泌和CYP450 的代谢功能。本文还利用人源成纤维细胞重编程的iHep 细胞构建了人体外三维肝血窦模型,同样验证了之前的结论。在验证了该体外模型的基本肝脏功能后,本文尝试了在体外模型中研究肝脏的免疫响应。本文在体外模型中对粘附在肝血窦内皮上的中性粒细胞(polymorphonuclear neutrophil, PMN)进行了剪切阻抗实验,研究了2-整合素在稳定粘附中所起的作用,探索了中性粒细胞在体外模型中募集可能的分子机制。
3. 建立血流下细胞聚集与粘附的计算模型。本文建立了一个流动剪切下耦合了细胞聚集和粘附动力学的模型,为研究流动剪切下的流动和受体-配体动力学对于聚集和粘附的影响提供了一个统一的理论模型,从而为进一步了解血流剪切下微循环中(甚至是肝血窦中)白细胞的募集机制提供模拟方法,有利于相关生理过程和功能的研究。
以本文作者所知,这是第一个将所有四种肝系细胞整合至代表肝血窦和狄氏间隙(Disse Space)的双层流道的体外三维肝血窦模型。在药物筛选和肝脏生理响应的体外研究的方面具有良好的应用前景。
Call Number31352
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59422
Collection国家微重力实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
杜宇. 肝血窦体外三维模型组织构建及其细胞聚集/粘附动力学研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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