仿生层状聚乙二醇水凝胶的构建及其在心脏瓣膜组织工程中的应用

项目名称： 仿生层状聚乙二醇水凝胶的构建及其在心脏瓣膜组织工程中的应用

项目编号： No.31300788

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 生物科学

项目作者： 张兴

作者单位： 中国科学院金属研究所

项目金额： 23万元

中文摘要： 为满足日益增多的心脏瓣膜疾病患者对高性能人工瓣膜的需求，本项目将制备仿生层状聚乙二醇水凝胶并应用于心脏瓣膜组织工程，以解决现有人工瓣膜的诸多不足（如体内不能再生的问题）。我们将从瓣膜细胞外基质蛋白中提取活性多肽，将其嵌合到聚乙二醇水凝胶中，来模仿瓣膜细胞与基质蛋白间生化作用。通过优化多肽的组成，促进心脏瓣膜间质细胞在支架内分泌新的细胞外基质且对支架进行同步降解。并实现在多肽改性聚乙二醇水凝胶表层形成致密的瓣膜内皮细胞，以提高抗凝血和调节炎症反应功能。另外通过构建三层聚乙二醇水凝胶，使用层与层间交联增强以及纤维定向增强等方法，来仿制主动脉心脏瓣膜层状结构和各向异性的力学性能。最后使用多阀生物反应器模拟体内单向血流环境来评估所制备的人工心脏瓣膜的性能，并研究人工瓣膜中的间质细胞在静态培植和生物反应器中动态培植下的活性和功能差异。项目中的工作将为现今心脏组织工程和瓣膜生物学研究提供重要参考。

中文关键词： 心脏瓣膜；仿生；层状结构；各向异性；血流动力学性能

英文摘要： Heart valve disease is prevalent worldwide, and the number of patients requiring heart valve replacement significantly increases each year. Heart valve tissue engineering is appealing for providing solutions to the limitations of current artificial valve devices. In this project, biomimetic tri-layer PEG hydrogels will be fabricated for heart valve tissue engineering. First, small peptides, derived from natural proteins in the aortic valve leaflets, will be incorporated into poly(ethylene glycol) (PEG) polymer network to mimic the biological function of extracellular matrix (ECM) in leaflets. Through modulation of the composition of cell adhesion peptide RGDS and enzyme degradable peptides "PQ" (GGGPQGIWGQGK) in PEG network, a balance between de novo deposition of ECM and degradation of PEG hydrogels will be achieved. Moreover, by incorporation of bioactive peptides, e.g. RGDS or "AG73" (RKRLQVQLSIRT), into PEG network, valvular endothelial cells may be able to form a confluent layer on top of the modified PEG hydrogel, rendering the capability of thromboresistance and mediation of inflammation to the implant in vivo. Additionally, tri-layer PEG hydrogels will be fabricated, and the interface between two adjacent layers will be crosslinked by the photolithographic patterning using the two-photon microscope. Elec

英文关键词： Heart valve leaflet；Biomimetic；Layered structures；Anisotropic；Hemodynamic property