力学调控的心肌纤维化组织芯片仿生构建及纤维化逆转研究

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基本信息

  • 批准号：
    11902245
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    刘含
  • 依托单位：
    河南中医药大学
  • 学科分类：
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Myocardial fibrosis, as the main pathological feature of cardiovascular diseases, has been one of the major therapeutic targets for the treatment of cardiovascular diseases. With the development of regenerative medicine, stem cell therapy is becoming a hotspot in the field of cardiac fibrosis reversal, and the fate of stem cell is closely related to the mechanical properties of biomaterials. However, the influence of biomaterials' mechanical properties on reversing myocardial fibrosis by stem cells remain elusive. In this project, collagen/alginate composite hydrogels with different mechanical properties will be prepared, which are combined with the biomimetic structures of plant trichome to construct mechanical regulated myocardial fibrosis chip. Further studies are performed to uncover the impact of biomaterials' mechanical properties on reversing myocardial fibrosis by stem cells. The molecular mechanism of the reversal of myocardial fibrosis by the paracrine effect of stem cells under the regulation of matrix stiffness is also investigated. We expect that this research will offer a reliable platform for the reversal of cardiac fibrosis and provide useful references for stem cell therapy of cardiovascular disease.
心肌纤维化是众多心血管疾病的一种主要病理结构特征，其调控及逆转是心血管疾病防治研究的关键问题之一。基于可注射生物材料的干细胞疗法是心肌纤维化逆转研究的热点，而干细胞命运与生物材料的力学性质密切相关。但是，目前有关生物材料的力学性质在干细胞逆转心肌纤维化中的作用仍不清楚。本项目拟通过制备不同力学性质的胶原/海藻酸盐复合水凝胶并结合植物表皮毛仿生结构应用，构建力学调控的纤维化心肌组织芯片；研究生物材料的力学性质影响干细胞逆转心肌纤维化的规律；探索基质刚度调控下干细胞旁分泌作用逆转心肌纤维化的分子生物学机制。研究结果将为心肌纤维化逆转研究提供可靠平台，为心血管疾病的干细胞治疗提供新的力学生物学参考。

结项摘要

在世界范围内，纤维化是许多疾病致残致死的主要原因，纤维化可发生于多种器官，其主要病理改变为器官组织内纤维结缔组织增多，实质细胞减少，持续进展可致器官结构破坏和功能减退，乃至衰竭，严重威胁人类生命和健康。纤维化过程中，组织及细胞的生物力学微环境发生显著变化，包括组织刚度显著升高，成纤维细胞形态发生显著变化。但是，目前有关基质刚度和细胞形状等生物力学及生物物理因素对纤维化效应细胞（如心肌成纤维细胞）表型转化的影响规律和作用机制尚不清楚，有待进一步研究。基于此，本项目主要研究内容如下:① 系统研究了植物表皮毛抓手状的结构特征，并对其进行仿生重构，制备高通量、模块化、可操控载细胞微凝胶的仿生结构阵列。② 结合基质刚度原位可调的胶原/海藻酸盐复合水凝胶，构建了不同程度纤维化微组织芯片。③ 在系统调研和综述纤维化进程中的静态及动态生物力学特征的基础上，研究了基质刚度对纤维化的影响规律，发现基质刚度可通过AT1R、YAP等关键蛋白分子将力学信号转换为化学信号，促进纤维化的发生发展。④ 探索了三维微环境中细胞形态对成纤维细胞表型转化的影响规律及关键作用机制，发现Integrin β1在细胞形状调控成纤维细胞响应基质刚度中发挥重要作用。项目研究结果对组织器官芯片的仿生构建及生物材料组织工程领域的应用具有促进意义，可为纤维化力学生物学机制探索及纤维化相关疾病的防治研究提供重要支撑。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
特发性肺纤维化的生物力学特性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    医用生物力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙美好;金凡力;李建生;任徽;刘含
  • 通讯作者：
    刘含
Ensembles of the leaf trichomes of Arabidopsis thaliana selectively vibrate in the frequency range of its primary insect herbivore
拟南芥叶毛群选择性地在其主要食草昆虫的频率范围内振动
  • DOI：
    10.1016/j.eml.2021.101377
  • 发表时间：
    2021-10
  • 期刊：
    Extreme Mechanics Letters
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Yin Jun;Liu Han;Jiao Jiaojiao;Peng Xiangjun;Pickard Barbara G.;Genin Guy M.;Lu Tian Jian;Liu Shaobao
  • 通讯作者：
    Liu Shaobao
Matrix stiffness controls cardiac fibroblast activation through regulating YAP via AT1R
基质硬度通过 AT1R 调节 YAP 来控制心脏成纤维细胞活化
  • DOI：
    10.1002/jcp.29678
  • 发表时间：
    2020-04-02
  • 期刊：
    JOURNAL OF CELLULAR PHYSIOLOGY
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Niu, Lele;Jia, Yuanbo;Huang, Guoyou
  • 通讯作者：
    Huang, Guoyou
Bioinspired Microstructure Platform for Modular Cell-Laden Microgel Fabrication
用于模块化细胞负载微凝胶制造的仿生微结构平台
  • DOI：
    10.1002/mabi.202100110
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Macromolecular Bioscience
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Liu Han;Li Moxiao;Huang Guoyou;Li Jiansheng;Xu Feng
  • 通讯作者：
    Xu Feng
Fabrication and Biomedical Applications of Heart-on-a-chip.
芯片心脏的制造和生物医学应用
  • DOI：
    10.18063/ijb.v7i3.370
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    International journal of bioprinting
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Yang Q;Xiao Z;Lv X;Zhang T;Liu H
  • 通讯作者：
    Liu H

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其他文献

BOPIM-dma作为BSA SiteⅠ特异性探针的研究及其应用
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    高青云;刘含;丁琼洁;杨威;杨昌英
  • 通讯作者：
    杨昌英
甲基结合蛋白1对小鼠胚胎干细胞增殖及克隆形态的影响
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  • 发表时间：
    2019
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    张鹏;杨红兰;刘含;周艳华;杨燕;范安然;何志旭;舒莉萍
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    舒莉萍
高龄初产妇和高龄经产妇的妊娠结局比较
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  • 发表时间：
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    上海交通大学学报（医学版）
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  • 作者：
    林静;刘含;刘欣梅;陈小君;黄荷凤
  • 通讯作者：
    黄荷凤
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    刘含;杨红兰;莫晶;张鹏;范安然;何志旭
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沸石的复合改性及其同步脱氮除磷效果
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  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    湖南科技大学学报（自然科学版）
  • 影响因子：
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  • 作者：
    刘含;初永宝;赵华章
  • 通讯作者：
    赵华章

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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