静电纺有序rGO/PLCL支架对hiPSC-CPC心肌分化影响的初步研究

目的探索静电纺丝技术制备的有序rGO/PLCL支架对hiPSC-CPC心肌分化的影响。方法采用静电纺丝技术制备有序rGO/PLCL支架。使用扫描电镜观察支架表面结构;通过拉伸试验测定材料机械性能;利用XRD测定支架成分;通过电阻率测定评估支架导电性;种植hiPSC-CPC评估该材料对心肌分化、增殖、形态的影响;通过qPCR、RNA-seq探索rGO对hiPSC-CPC心肌分化基因水平的影响。结果扫描电镜显示,支架材料表面纤维有序排列。拉伸试验显示,在干燥和湿润情况下支架都具有良好机械性能,rGO的加入增加了支架材料的应变能力。XRD验证了rGO/PLCL的成分组成。电阻率测定提示rGO的加入显著增加了支架的导电性。细胞试验显示支架对细胞具有引导作用,rGO的添加使更多的心肌细胞趋于成熟细胞形态,rGO的加入对细胞增殖无明显影响。qPCR结果提示rGO的加入上调了肌节成熟相关基因cTNT、MYH7/MYH6以及细胞间通信相关的连接蛋白CX43的表达。RNA-seq检测提示rGO主要通过下调与细胞外空间、细胞外区域、钙离子结合、细胞外基质组成和排列、细胞黏附等相关基因的表达来影响细胞分化。结论有序rGO/PLCL支架具有有序排列的表面微结构、合适的力学性能以及良好的导电性和生物相容性,能够引导细胞排列,有利于改善hiPSC-CPC分化形成的心肌细胞的形态,以及促进肌节成熟相关基因的表达。

基于高光谱图像的中医舌苔和舌质分类研究

目的舌苔和舌质分类对于后续的舌象客观化诊断具有重要的作用,高光谱图像包含大量的数据信息,能够有助于分类效果提升。但是高光谱图像信息量巨大,且传统的方法提取特征不够充分,如何有效提取数据信息并促进舌诊客观化仍是个值得深究的问题。因此,本文提出面向高光谱舌图像的深度学习算法,利用深层网络来提取高光谱图像的数据信息,从而提升舌苔和舌质的分类效果。方法使用高光谱相机对图像进行采集,对采集的图像构造谱图进行预处理从而简化输入数据的冗余性;为了提取高光谱舌图像的数据信息,在算法上设计了一种可以获取底层特征的残差网络结构,加入了跳跃连接并在每个卷积层前加入批量归一化(batch normallization,BN)和带参数的ReLU(parametric rectified linear unit,PReLU)激活函数来提前激活网络,因此可以提取深层的光谱空间特征以提升分类精度。结果在高光谱舌图像数据集上的实验表明,本文算法分类精度达到93.9%,优于传统的基于RGB图像分类方法和CNN(convolutional neural network)与VGG(visual geometry group)网络。分类结果图显示,除了舌苔和舌质交界处光谱曲线相差不大的地方会有误分类的现象,分类结果与标签图基本一致。结论该深度学习算法可以较好地完成舌苔和舌质分类任务,为后续舌象特征信息的计算机自动分析提供良好基础。

3D打印高分子材料在医疗中的应用与发展趋势

3D打印,又称增材制造,始于20世纪80年代。经过近40年来的发展,此技术在生物医疗、工业制造、航空航天、文化创意等方面获得普遍应用。由于其独特的制造方法,为制药、医疗开辟新思路,其中,3D打印技术及3D成型生物医用高分子材料成为近年来研究热点。这种技术及3D成型材料被应用于医疗器械、药物载体、组织器官修复、体外细胞培养之中,本文综述了生物医疗领域的3D打印技术及原理、3D打印高分子材料现状、应用进展,并对未来发展趋势及挑战进行了展望。

软骨脱细胞基质仿生支架的制备及其对骨髓基质干细胞成软骨分化的影响

目的探讨软骨脱细胞基质(ACM)仿生支架的制备及其对骨髓基质干细胞(BMSCs)成软骨分化的影响。方法将软骨组织粉碎后脱细胞处理,并以不同的比例与明胶(GT)溶液混合并交联,冷冻干燥制成多孔仿生支架。用扫描电镜(SEM)观察不同交联比例制成的ACM/GT支架,并对其孔径、孔隙率、生物力学、降解速率进行评估,从而选取最优组用于体外软骨构建。分离并培养山羊BMSCs,接种于单纯GT和ACM/GT支架上,SEM观察培养1、7、14 d后细胞在支架上的黏附、分布与基质分泌情况,并通过实时定量聚合酶链反应(qRT-PCR)评估成软骨分化能力。结果制备的ACM无细胞残留。随着ACM占比增加,孔径逐渐增大,降解速率逐渐增快,力学强度逐渐降低。其中G2A2组在孔径、孔隙率、生物力学和降解速率方面均适宜体外构建软骨组织。SEM显示细胞在单纯GT和G2A2支架上均匀分布,增殖显著,基质分泌明显。qRT-PCR显示G2A2显著促进了BMSCs的成软骨分化。结论ACM可以制备成适宜软骨再生的支架材料,并可促进BMSCs的成软骨分化。

仿生修饰结合三维打印技术构建的胶原-聚己内酯支架可促进兔临界骨缺损修复

目的构建一种具有良好生物活性和机械性能的复合支架材料胶原-聚己内酯(Collagen-polycaprolactone,Col-PCL),通过体外及体内试验验证该支架材料的生物活性及成骨活性。方法采用三维打印技术制备三维多孔PCL支架,将胶原凝胶充分填充于PCL支架的孔洞内,通过冷冻干燥、交联处理,获得胶原三维活化后的支架Col-PCL。测量其机械强度,以场扫描电镜观察支架表征结构;体外细胞接种培养检验该支架材料的生物活性;兔桡骨临界骨缺损实验检验该支架材料的骨修复和骨整合能力。结果三维打印的PCL支架材料具有大孔径的内部结构和完全孔隙连通率;利用胶原进行三维活化后,微米多孔的胶原支架均匀分布于PCL大孔内部,并且能明显提高PCL支架的抗压强度(P<0.05)。体外试验证实,支架材料对细胞均没有毒副作用,细胞被接种到Col-PCL上后,与单纯PCL支架相比,具有更好的黏附和增殖能力(P<0.05)。体内兔桡骨临界骨缺损修复实验表明,Col-PCL具有更好的骨再生能力(P<0.05)。结论三维打印技术结合仿生修饰策略,可构建个体化且具备一定机械强度和生物活性的支架材料Col-PCL,该支架作为骨替代材料,具有良好的研究和应用前景。

PAX6基因过表达促进大鼠骨髓内皮祖细胞向角膜内皮细胞分化

目的通过研究大鼠骨髓内皮祖细胞转染PAX6基因后角膜内皮细胞相关特征性基因的表达,探讨其作为角膜内皮细胞移植的种子细胞的可能性。方法采用密度梯度离心法分离出大鼠骨髓单核细胞,接种到纤连蛋白铺层的细胞皿,以EGM-2培养液选择培养,获得大鼠骨髓内皮祖细胞。通过免疫荧光染色检测CD31、CD34、CD133、LDL、UEA-1等骨髓内皮祖细胞基因表达情况;病毒转染PAX6基因进入内皮祖细胞,蛋白免疫印迹鉴定转染成功与否;实时荧光定量PCR检测AQP-1、ZO-1、ATP1A1、SNAI1、SNAI2角膜内皮细胞相关特征性基因的表达情况。结果分离获得的细胞在选择培养基中形成类铺路石样克隆,细胞间连接紧密,荧光染色显示内皮祖细胞基因表达且PAX6基因可被成功转染,实时荧光定量PCR检测显示转染后的细胞角膜内皮细胞功能性蛋白基因表达上升,纤维化蛋白基因表达下降。结论大鼠骨髓内皮祖细胞通过过表达PAX6基因可被诱导向角膜内皮细胞转分化,转染后的细胞具有作为角膜内皮细胞移植种子细胞的潜力。