人类心肌微组织芯片的3D打印构建及在药物检测中的应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771108
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1008.生物与医学工程新技术新方法
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Heart is the most important organ to sustains human life, while drug-induced cardiotoxicity has been one of the bottlenecks in new drug development. Tissue/organ-on-a-chip is becoming one of the most important tools for medical research, drug development and drug toxicity testing, owing to its ability to simulate the physiological functions of complex tissues and organs in vitro..This project integrates stem cell tissue engineering, bio-3D printing and other advantaged technology, taking cardiomyocytes, vascular endothelial cells and smooth muscle cells which differentiated from the human pluripotent stem cells as the basic unit, developing the multi-functional new biological ink which has biocompatibility, conductivity and printability as a matrix materials, using bio-3D printing technique, to constructed the human cardiac micro-tissue and 3D tissue chip, and to actualize dynamic culture and evaluation in vitro, and to applied it in drug testing. The key scientific problems that will be evaluated are: the effects of three-dimensional micro-environment in the 3D printed tissue chip on the histological characteristics, gene expression and physiological function of the human cardiac micro-tissue, the effects of drugs on the functional indexes of the 3D human cardiac micro-tissue, and to carry out quantitative analysis and evaluation..This study will provide a new technology and platform for solving bottlenecks in drug development and evaluation, and will lay the foundation for future applications in personalized healthcare, major disease pathogenesis research, high-throughput drug screening and new drug development.
心脏是维持生命活动的重要器官,药物的心脏毒性是新药研发的瓶颈之一。由于能在体外高度模拟复杂组织器官的生理功能,组织/器官芯片正成为医学基础研究、新药研发和药物检测的重要工具之一。.本项目集成干细胞组织工程、生物3D打印等领域的优势技术,以人类多能干细胞分化的心肌细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞为基本单元,以具有生物活性、可导电性及可打印性的多功能新型生物墨水为基质材料,以生物3D打印为技术手段,构建人类心肌微组织及组织芯片,实现体外动态培养和检测,并进行药物检测的应用研究。项目重点研究基于3D打印构建的三维微环境对于所构建人类心肌微组织的组织学特性、基因表达与生理功能的影响,研究药物对三维人类心肌微组织各项功能指标的影响,并进行量化分析与评价。.本研究将为解决药物研发及评价中的瓶颈问题提供新的技术和平台,为未来应用于个性化医疗、重大疾病发病机制研究、高通量药物筛选与新药研发等领域奠定基础。

结项摘要

心脏是人体循环系统的动力器官,是维持人体生命活动的重要器官。在药物研发和临床应用过程中,药物心脏毒性问题得到越来越广泛的关注。体外构建可用于药物研发及药物毒性检测的类心肌组织模型仍面临诸多挑战。基于干细胞组织工程和生物 3D 打印的科学发展前沿,本项目提出以人类多能干细胞分化的心肌细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞为基本单元,以具有生物活性、可导电性及可打印性的多功能新型生物墨水为基质材料,以生物 3D 打印为技术手段,构建人类心肌微组织及组织芯片,实现体外动态培养和检测,并进行药物检测的应用研究的技术路线。.本项目主要结果包括:1)构建了人类心血管前体细胞报告细胞系MESP1-mTomato, 提高了分化心肌、血管内皮、平滑肌细胞的效率,揭示了心肌体外分化新的调控机制;2)开发了一套高效诱导人多能干细胞向血管细胞(内皮细胞和平滑肌细胞)分化的AATS系统,揭示了省略胰岛素促进血管细胞产生的新机制;3)开发了新型双网络交联导电性生物墨水,并对其分散性能、可打印成形性能、导电性能及细胞相容性进行了研究和优化;4)开发了含三层细胞结构的血管化类心肌组织制造工艺;5)开发了在线图像处理和压电传感集成的心肌芯片在线监测系统;6)建立了肾上腺素和青霉素等药物作用下的心肌组织收缩评价体系。.本项目研究成果丰富了治疗心脏疾病的细胞来源,为实现体外大量获得血管细胞提供了新的方法,为类心肌组织模型的体外构建提供了新型生物墨水体系和技术方案,所构建的心肌芯片为实现可靠的中高通量药物筛选奠定技术和平台基础,为推动心肌芯片技术在个性化医疗及药物筛选领域的应用提供了可能的解决方案。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Efficient endothelial and smooth muscle cell differentiation from human pluripotent stem cells through a simplified insulin-free culture system.
通过简化的无胰岛素培养系统,从人类多能干细胞中高效分化出内皮细胞和平滑肌细胞。
  • DOI:
    10.1016/j.biomaterials.2021.120713
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Biomaterials
  • 影响因子:
    14
  • 作者:
    Zhang Fengzhi;Zhu Yonglin;Chen Jing;Kuang Wenhua;Huang Rujin;Duan Fuyu;Li Yaqian;Wang Lin;Qiu Hui;Chen Xia;Ming Jia;Liu Peng;Du Yanan;Chang Sophia ChiaNing;Chen Ligong;Na Jie
  • 通讯作者:
    Na Jie
Assessment of various crosslinking agents on collagen/chitosan scaffolds for myocardial tissue engineering
心肌组织工程胶原/壳聚糖支架上各种交联剂的评估
  • DOI:
    10.1088/1748-605x/ab452d
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Biomedical Materials
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Fang Y.C.;Zhang T.;Song Y.;Sun W.
  • 通讯作者:
    Sun W.
Homozygous MESP1 knock-in reporter hESCs facilitated cardiovascular cell differentiation and myocardial infarction repair
纯合MESP1敲入报告基因hESC促进心血管细胞分化和心肌梗死修复
  • DOI:
    doi:10.7150/thno.42347
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Theranostics
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Lin Wang;Fengzhi Zhang;Fuyu Duan;Rujin Huang;Xi Chen;Jia Ming;Jie Na
  • 通讯作者:
    Jie Na
Fabrication of a biomimetic spinal cord tissue construct with heterogenous mechanical properties using intrascaffold cell assembly
使用支架内细胞组装制造具有异质机械特性的仿生脊髓组织结构
  • DOI:
    10.1111/lic3.12437
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Biotechnology and Bioengineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Firouzian Kevin F.;Song Yu;Lin Feng;Zhang Ting
  • 通讯作者:
    Zhang Ting
Direct 3D printing of a graphene oxide hydrogel for fabrication of a high areal specific capacitance microsupercapacitor
直接 3D 打印氧化石墨烯水凝胶,用于制造高面积比电容微型超级电容器
  • DOI:
    10.1039/c9ra04882k
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yun X.W.;Lu B.C.;Xiong Z.Y.;Jia B.;Tang B.;Mao H.N.;Zhang T.;Wang X.G.
  • 通讯作者:
    Wang X.G.

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其他文献

鲣鱼蛋白肽谱效关系研究
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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张婷的其他基金

第四届中韩联合生物制造及其生物医学应用研讨会
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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

        graph TD
          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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