组织工程是生物医学领域的重要发展方向,而血管组织工程和高密度三维细胞培养是其中的重要组成部分。在发达国家,心血管疾病是人类的头号杀手。近年来,随着人民生活水平的提高,国内的心血管疾病的发病率也呈现逐年上升的趋势。研究者希望开发出一种生物相容性好且可降解的人造血管,以解决目前临床上面临的问题。三维细胞培养技术是一种介于单层细胞培养与动物实验之间的技术,通过模拟体内环境,展现细胞培养的直观性及条件可控性的优势,用于进行药物毒性筛查试验。更为重要的是,三维细胞培养技术可以直接为组织工程和器官再生提供足量的细胞和组织块。课题组前期的研究表明,玉米醇溶蛋白与NIH3T3细胞、HUVEC等有良好细胞相容性,并可以被用于骨缺损填充材料等领域。对于血管组织工程来说,不仅要求细胞在生物材料上黏附、铺展和增殖,还要求材料表面细胞表现出良好的抗流体剪切力的能力,因为较高的细胞残留率可以加快内皮层的形成,有利于抵抗血栓和内膜增生,提高手术的成功率。我们通过在基材表面制备不同粗糙度的玉米醇溶蛋白微球涂层,以期提高细胞的抗流体剪切力。实验发现浸泡在二次水中26小时并经过6小时的流体剪切力冲击后,最高粗糙度的玉米醇溶蛋白涂层3(表面由直径大于500nm的微球构成)上的微球结构仍然清晰可见,和起始状态没有显著差异;而粗糙度较低的玉米醇溶蛋白涂层2(表面由直径小于500nm的微球构成)上的微球结构消失。也就是说,由高粗糙度和大尺寸玉米醇溶蛋白微球形成的二维涂层在外力作用下最能保持微观形貌结构的稳定。在不同粗糙度的三种玉米醇溶蛋白涂层表面的细胞也表现出不同的抗流体剪切力冲击的能力:ea.hy926细胞和nih3t3细胞在玉米醇溶蛋白涂层3上的细胞残留率均高于其它两种涂层;nih3t3细胞在较低粗糙度的涂层2的抗流体冲击能力也显著高于最低粗糙度的涂层1,而ea.hy926细胞没有显著差异。以上结果说明通过控制材料表面的微观结构,能够在一定程度上改善细胞的抗流体剪切力冲击的能力。由于玉米醇溶蛋白的可降解性,还可以被应用于血管组织工程。我们通过反复涂布的方法制备了玉米醇溶蛋白管,并对其进行了改性。经过60、90和121℃湿热处理的样品,其体外胰酶降解速率从第3天开始出现显著差异,并且是按照处理温度的高低顺序排列。为期6个月的动物皮下植入试验也获得同样结果,即随着处理温度的增加,降解速率逐渐下降。另一方面,从力学强度上看,经过湿热处理的样品其轴向拉伸强度、径向拉伸强度和穿线牵拉强度均增加,并能够随温度的增加而增加,但是处理温度超过90℃之后,力学强度的增强不显著。而且,所制备的玉米醇溶蛋白管在体外进行的长期(28天)冲击后仍能保持完整的管型结构不漏液。通过控制玉米醇溶蛋白的处理条件,可以达到控制其降解速率和改善力学性能的目的,获得符合要求的玉米醇溶蛋白人造血管。现有的三维细胞培养技术包括薄膜堆砌、微球堆砌和多孔支架等方法。用于微流控系统和细胞培养的基质都是重要的细胞培养材料。我们实验证明玉米醇溶蛋白薄膜在干燥状态下具有较好透明性,考虑将其用于细胞培养基质材料,取代石油工业产品的聚苯乙烯等不可降解高分子。为了解决溶胀引起的玉米醇溶蛋白薄膜不透明,影响细胞观察的缺点,使用了湿热处理(121℃,100%湿度和103.4kpa,处理20分钟)提高光透过率的方法。该方法不仅能够降低溶胀率,在溶胀后仍维持较高的透明度,而且降低了薄膜基质的降解速率。ft-ir和xrd分析表明,该处理条件降低了蛋白三维结构中α-螺旋结构比例,同时β-折叠结构比例上升。而且处理和未处理的薄膜对nih3t3的增殖没有明显影响。由此获得的性能改进拓宽了玉米醇溶蛋白的应用范围,可用于细胞培养基材和微流控装置材料。玉米醇溶蛋白作为一种天然可降解生物材料,还可能用于细胞高密度培养的微载体领域,与组织工程有机结合起来。我们发明了三种制备微载体的方法,第一种方法是直接将其切割成长方形颗粒,并经过湿热处理使其直角部分变弯曲;第二种方法首次使用了甘油加热成球的方法成功制备了直径在50-500μm的球形微载体;第三种方法首次使用酸碱中和滴加成球法制备了直径在500-3000μm的球形微载体。我们在这三种载体上均进行了细胞相容性实验,其中长方形载体和小直径球形微载体使用的是vero细胞,而大直径球形微载体使用的是nih3t3细胞。这两种细胞在微载体表面均可以贴壁并覆盖载体表面。三种制备方法所使用的制备工艺均无毒环保并且易于放大操作。与传统的相分离法相比,大大拓展了可控制的微球尺寸范围,同时成本较低。整个制备过程中的溶剂可实现循环利用和零排放。