1、體內(nèi)大多數(shù)組織由多種細胞組成，且這些細胞及其分泌的細胞外基質(zhì)在組織中有序排列，以發(fā)揮特定的組織功能。隨著組織工程和再生醫(yī)學的不斷發(fā)展，研究者們一直致力于在體外模擬和重建這些復雜的組織結(jié)構，其中圖案化組織工程支架在調(diào)控細胞形態(tài)、細胞分布和多細胞共培養(yǎng)等作用明顯。靜電紡纖維支架具有高的比表面積和類似于細胞外基質(zhì)的結(jié)構，作為組織工程支架具有很大的優(yōu)勢。但目前將圖案化技術與電紡技術結(jié)合起來構建圖案化纖維支架，并調(diào)控不同種類細胞的空間分布、重建組

2、織結(jié)構微環(huán)境的研究仍較少。據(jù)此，本論文設計了光刻掩模，運用光刻和磁控濺射工藝制得圖案化接收板，采用普通靜電紡絲設備獲得了圖案化纖維支架。為模擬肝小葉和心肌片層的結(jié)構，通過圖案化纖維支架分別實現(xiàn)了肝細胞和肝組織中其他相關細胞、心肌細胞和心肌組織中其他相關細胞的共培養(yǎng)，較好地維持了肝細胞和心肌細胞的活力。在此基礎上，將圖案化共培養(yǎng)肝細胞體系、心肌細胞體系作為藥物代謝和藥物篩選的體外模型，顯示出較好的體外和體內(nèi)結(jié)果相關性。
　　利用光刻

3、和磁控濺射工藝制得了圖案化接收板，結(jié)合普通靜電紡絲設備制備了圖案化纖維膜，方法簡單，操作性強;圖案的形狀、尺寸和排列方式可控;制得的圖案化纖維膜溝脊結(jié)構明顯，圖案區(qū)域的纖維具有較高的定向性。成纖維細胞在不同尺寸的圖案化纖維支架上培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)支架能有效調(diào)節(jié)細胞的空間分布，使其在預定的圖案區(qū)域生長，并滲透進入纖維支架內(nèi)部;同時細胞沿纖維取向生長，分泌的細胞外基質(zhì)呈現(xiàn)定向分布等特征。
　　合成了乳糖改性聚乳酸，發(fā)現(xiàn)混紡比例為5∶5的乳糖改

4、性聚乳酸/聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(PELA)復合支架能有效維持肝細胞的活力和功能，原代肝細胞形成了直徑約為60μm的肝細胞球體。將原代肝細胞和成纖維細胞分別接種在上述復合纖維、PELA纖維的圖案化支架上，通過圖案化纖維的層層鍥合，實現(xiàn)了兩種細胞的共培養(yǎng)。在15天的培養(yǎng)中，與肝細胞單獨培養(yǎng)相比，共培養(yǎng)肝細胞能較好地維持肝細胞活力、白蛋白分泌、尿素合成和P450酶活力等。在此基礎上，將原代肝細胞、成纖維細胞和內(nèi)皮細胞分別接種于三種不同的

5、圖案化纖維支架中，通過層層鍥合組裝的方式，成功構建了類似體內(nèi)肝小葉的基質(zhì)結(jié)構。三種細胞的生長狀態(tài)較好，均能分泌各自的特征性蛋白，肝細胞球體內(nèi)生成了膽小管，成纖維細胞滲透生長進入圖案化纖維支架內(nèi)部，內(nèi)皮細胞表現(xiàn)出較好的毛細血管生成能力。
　　以7-芐氧基-4-三氟甲基香豆素、7-甲氧基-4-三氟甲基香豆素和7-羥基香豆素等作為底物，檢測了圖案化共培養(yǎng)肝細胞中藥物代謝相關酶的活性，發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)肝細胞中CYP3A4、CYP2C9及II相代

6、謝酶的活力均能維持在較高水平。采用咪達唑侖、睪酮、甲苯磺丁脲、華法林和對乙酰氨基酚藥物等研究了共培養(yǎng)肝細胞的藥物代謝行為，發(fā)現(xiàn)上述藥物在共培養(yǎng)體系中的代謝清除率接近體內(nèi)數(shù)據(jù)，說明能較準確地反映體內(nèi)肝臟的藥物代謝情況。以利福平和谷胱甘肽作為誘導劑，酮康唑和丙磺舒作為抑制劑，證明了共培養(yǎng)肝細胞能敏感地響應藥物的誘導和抑制作用。上述結(jié)果顯示出圖案化共培養(yǎng)肝細胞體系適合在體外進行藥物代謝和毒性的評價。
　　制備了PELA/碳納米管的圖案化

7、纖維支架，纖維呈現(xiàn)核殼結(jié)構，具有一定的導電性。在圖案纖維支架上接種原代心肌細胞、原代心肌成纖維細胞，將內(nèi)皮細胞接種到PELA圖案纖維支架上，通過圖案化纖維的層層鍥合組裝，構建了心肌細胞平面共培養(yǎng)的微環(huán)境。該體系不僅模擬了心肌組織中不同細胞的排列分布，更表現(xiàn)出與體內(nèi)心肌相似的生物化學和電生理特性。針對目前組織工程化心肌的厚度不夠，為了使所培養(yǎng)的心肌細胞更接近于體內(nèi)的三維結(jié)構，設計了具有眾多孔道結(jié)構的圖案化纖維支架，并模擬心肌細胞在體內(nèi)生長

8、所需的力學微環(huán)境，構建了三維心肌組織，三種細胞均能較好地生長，共培養(yǎng)心肌細胞能長時間維持自發(fā)的跳動，孔道結(jié)構促進了細胞在支架內(nèi)部的滲透生長和排列，內(nèi)皮細胞也表現(xiàn)出了血管化能力。
　　采用實時拍攝記錄共培養(yǎng)支架上心肌細胞的搏動信號，在體外構建的共培養(yǎng)心肌細胞體系開展了藥物篩選的研究。通過觀察奎尼丁、紅霉素和甲磺胺心定等對心肌細胞的作用效果和起效時間，對比體內(nèi)和體外測定的半效應濃度(EC50)值，發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)心肌細胞能準確地反映藥物在體