生物材料介导工程化人肝类器官构建及其调控机制的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771067
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1004.组织再生与人工器官
  • 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

In order to solve the histological structural randomness and improve the functions of liver organoid, in this study, the polymer microbeads delivering cell adhesion factors and cell growth factors are designed for constructing engineered liver organoid by mediating hUC-MSCs aggregates and inducing the homogeneous hepatic differentiation of the hUC-MSCs. Based on the endothelial cells could promote the hepatoblasts formation and differentiation into hepatocytes and cholangiocytes at the early stage of liver development, the hVE-cad/VEGF delivering microbeads are prepared by Fc domain of the fusion protein binding on the surfaces of PLGA/Chitosan/Heparin complex microbeads, which rapidly induce the hUC-MSCs differentiation into endothelial cell. Meanwhile, hE-cad/HGF delivering microbeads are prepared by heparin-specific binding of HGF in the PLGA/Chitosan/Heparin complex microbeads and hE-cad-Fc binding on the surfaces of the complex microbeads, which induce hUC-MSCs differentiation into hepatoblasts-like cells, and cooperating with the endothelial cells regulate the differentiation of hepatoblasts-like cells into hepatocyte and cholangiocytes within the hUC-MSCs aggregates. The spatio-temporal controlled delivery of hVE-cad/VEGF and hE-cad/HGF by the polymer microbeads further regulate the secretion functions of hUC-MSCs and the bionic construction of dynamic extracellular microenvironment through the form of “inside-out” within the hUC-MSCs aggregates, which drive the homogeneous formation of hepatic histological structures and construct the engineered liver organoids. We will study the spatial and temporal effect of the functionalized polymeric microspheres system on the regulation of endogenous information molecules secreted by the hUC-MSC aggregates and exogenous information molecules derived from the biomaterials, further illuminate the molecular mechanism of the bionic construction extracellular microenvironment by biomaterials and innovate the biotechnology of engineered liver organoid with hUC-MSCs. This research has extremely important scientific significance and application value on developing drug screening platform, bioartifitial liver system and cell therapy.
为了解决肝类器官多细胞聚集体中组织结构随机性和提高肝功能表达,仿生肝脏发育早期内皮细胞促进肝芽形成以及调控肝祖细胞向肝细胞与胆管上皮细胞定向分化的作用,本项目拟设计并制备上皮、内皮细胞钙粘素与细胞生长因子联合可控递送聚合物微球系统,构建由聚合物微球系统介导的hUC-MSCs聚集体,研发聚集体内基于内皮钙粘素和VEGF联合快速诱导MSC向内皮细胞分化,进一步与上皮钙粘素和HGF协同调控类肝祖细胞增殖及其向肝细胞和胆管细胞的定向分化、驱动细胞迁移、并时序性驱动类肝芽结构的可控组装及其发育成熟并表达肝功能,阐明功能化聚合物微球系统对MSC聚集体中细胞分泌的内源性信息分子和材料导入的外源信息分子的时空协同调控作用及其仿生构建细胞外微环境的分子机制,创新MSC源工程化人肝类器官的可控构建理论与技术。该研究对肝病的新药以及生物人工肝和细胞疗法的研发具有极其重要的科学意义和应用价值。

结项摘要

近年基于干细胞的肝类器官研究已成为多学科交叉领域的前沿性研究热点,其中肝类器官的血管化不足及其结构随机性一直是肝类器官应用转化的技术瓶颈。本项目系统研究了人上皮-钙黏素胞外域与人IgG-Fc结构域融合蛋白(hE-Cad-Fc)和人内皮-钙黏素胞外域与人IgG-Fc结构域融合蛋白(hVE-Cad-Fc)基质材料对人脐带间充质干细胞(hMSCs)分泌及分化特性的影响。结果显示,hE-Cad-Fc/hVE-Cad-Fc基质可以分别激活EGFR/VEGFR及其磷酸化,显著促进YAP蛋白在细胞质中的滞留,抑制Wnt/β-catenin信号通路,促进hMSCs向肝实质、胆管上皮及内皮细胞的分化效率。进一步研制了钙黏素融合蛋白修饰的缓释生长因子的PLGA/Chitosan-heparin复合材料微球系统(Cad/GF-MPs),优化了其批量制备的微流控系统参数;成功构建了钙黏素功能化生物活性材料微球介导的人脐带间充质干细胞聚集体。微球本体缓释HGF和FGF-2、表面联合固定VEGF-Fc和hE/VE-Cad-Fc的Cad/GF-MP微球,在hMSCs聚集体中实现了细胞黏附因子钙黏素与细胞生长因子的时空仿生递送,在体外仿生肝脏发生发育过程,成功调控hMSCs的黏附、分泌及分化特性,在聚集体内形成了有着均匀血管和胆小管网络的肝类器官;其不仅具有分泌和贮存功能,而且高表达与物质代谢密切相关的极性膜蛋白和代谢酶,显著提高了hMSCs源材料/细胞聚集体型肝类器官对经典肝毒性模型药物(异烟肼、乙酰氨基酚)的剂量敏感性。同时,将构建的类器官植入肝衰Fah-/-Rag2-/-IL-2Rγc-/-SCID(FRGS)小鼠体内显示,其显著提高了hMSCs人源白蛋白的表达并促进肝脏再生。该研究初步揭示了钙黏素融合蛋白基质仿生细胞与细胞间相互作用,综合调控细胞与细胞外基质及细胞与细胞生长因子间的相互作用,仿生构建细胞外微环境,提高hMSCs的增殖与分化能力,促进组织工程血管化及肝类器官的构建,不仅为药物肝毒性评价提供了一种可用的体外模型,对再生医学相关生物材料结构设计与功能调控研究提供理论与实践指导。

项目成果

期刊论文数量(31)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
人E-钙粘素融合蛋白基质激活脐带间充质干细胞EGF受体及其功能的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    南开大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹磊;张妍;杨军
  • 通讯作者:
    杨军
Reactive Oxygen Species (ROS)-Degradable Polymeric Nanoplatform for Hypoxia-Targeted Gene Delivery: Unpacking DNA and Reducing Toxicity
用于缺氧靶向基因传递的活性氧 (ROS) 可降解聚合物纳米平台:解包 DNA 并降低毒性
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Biomacromolecules
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhang Yuxin;Zhou Jie;Ma Shengnan;He Yiyan;Yang Jun;Gu Zhongwei
  • 通讯作者:
    Gu Zhongwei
生物材料表面吸附功能性融合蛋白构建活性界面的研究
  • DOI:
    10.16026/j.cnki.iea.2020050385
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    离子交换与吸附
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王雪萍;曹磊;杨军
  • 通讯作者:
    杨军
An Oxygen Self-sufficient Fluorinated Nanoplatform for Relieved Tumor Hypoxia and Enhanced Photodynamic Therapy of Cancers
用于缓解肿瘤缺氧和增强癌症光动力治疗的氧气自足氟化纳米平台
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b19840
  • 发表时间:
    2019-02-27
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Ma, Shengnan;Zhou, Jie;Gu, Zhongwei
  • 通讯作者:
    Gu, Zhongwei
Cadherin-based biomaterials: Inducing stem cell fate towards tissue construction and therapeutics
基于钙粘蛋白的生物材料:诱导干细胞命运用于组织构建和治疗
  • DOI:
    10.1016/j.pnsc.2020.09.001
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Progress in Natural Science-Materials International
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhang Yan;Qin Zheng;Qu Zhanyuan;Ge Min;Yang Jun
  • 通讯作者:
    Yang Jun

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其他文献

大气次声源定位算法及误差分析
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘辉
Toll样受体4基因启动子区域多态性与冠状动脉狭窄评分的关系
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳粉;孙丹丹;刘文;杨军
  • 通讯作者:
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我国农户贫困持续性及决定因素分析——基于相对和绝对贫困线的再审视
  • DOI:
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  • 期刊:
    农业现代化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡亚庆;王晓兵;杨军;罗仁福
  • 通讯作者:
    罗仁福
通过调整冷却制度预防连铸坯角部横向裂纹
  • DOI:
    10.13251/j.issn.0254-6051.2017.01.037
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    付振坡;杨军;操瑞宏;李广生;邹德宁;华江峰;丁畅越
  • 通讯作者:
    丁畅越

其他文献

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杨军的其他基金

Cad/JAG1功能化生物材料仿生驱动胆管-神经支配耦合促进胆管类器官功能成熟的研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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