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利用拉曼共聚焦光谱非侵入性检测细菌诱导的组织工程化人皮肤pH变化
摘要: 皮肤具有高度调控的pH环境,整体约为pH 7.2,但存在约pH 5.5的酸性屏障层。创伤、炎症和感染都被认为会破坏这一pH环境,但由于缺乏测量皮肤局部区域pH的非侵入性技术,阻碍了对pH在伤口愈合中作用的研究。本研究采用共聚焦拉曼显微光谱法测量三维人体皮肤组织工程模型(TE-skin)的pH值,并评估其检测创伤、炎症和细菌感染引起pH变化的能力。通过TE-skin内磷酸基团的质子化状态以非破坏性方式指示pH,探测深度从角质层至真皮层600微米处。人为制造创伤或炎症(由IL-17诱导)会导致酸性屏障层丧失。对金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌感染的TE-skin进行详细扫描,发现存在大小为10×10至50×100微米、pH值介于5至9之间的异质性pH微环境。若使用TE-skin模型的平均pH值则无法检测到这些微环境。
关键词: 细菌、组织工程、皮肤、pH值
更新于2025-11-21 11:24:58
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一种基于激光切割的制造工艺,用于利用聚己内酯/羟基磷灰石复合聚合物生成组织工程用三维支架
摘要: 开发了一种基于激光切割(LC)的片层堆叠支架(SSCs)制造工艺。该支架由聚己内酯/羟基磷灰石(PCL/HA)复合材料薄片构成。通过从PCL/HA箔材上切割单层薄片并堆叠,形成具有特定尺寸连通孔隙的支架结构。该工艺能以高重复性处理羟基磷灰石含量达50%的材料,其加工精度取决于所采用的激光功率。可实现的最小孔隙尺寸约为40微米,而最小稳定固体结构尺寸约为125微米。将人骨髓间充质干细胞系SCP-1培养于制备的PCL/HA支架上,细胞呈现自然形态并能分化为功能性成骨细胞。通过激光切割制备PCL/HA SSCs为组织工程(TE)提供了新途径,该工艺可靠、快速且具有高分辨率。这种片层堆叠支架方法便于三维细胞培养中的细胞接种及细胞命运分析,从而能够构建功能性组织结构。
关键词: 激光切割、组织工程、支架
更新于2025-11-21 11:24:58
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利用冷冻扫描电子显微镜和共聚焦显微镜可视化含细胞纤维蛋白基水凝胶
摘要: 本研究采用半合成高含水量(>98%水分)构建体中的三维细胞培养技术,通过超高分辨率显微手段探究负载细胞的亲水凝胶微观特性。研究旨在为这类构建体提供成像策略,同时最大限度减少伪影干扰。首先通过共聚焦显微镜对含有人体真皮间充质细胞(成纤维细胞)的PEG-纤维蛋白原(PEG-Fb)和纤维蛋白水凝胶构建体进行成像,随后运用亚微米级分辨率的高分辨扫描电镜(HR-SEM)观察水凝胶内细胞形态。由于室温HR-SEM无法获得无伪影的水凝胶图像,研究采用冷冻HR-SEM(cryo-HR-SEM)成像方法,在保持水凝胶天然水合状态下进行样品观测。通过亚细胞级超微结构观察,揭示了丰富的细胞组分、生物材料天然构型以及水合状态下细胞膜与生物材料的连续界面。采用相同方法对含白蛋白微气泡的构建体成像,进一步呈现了细胞、微气泡与水凝胶相互作用的精细细节。结合共聚焦显微镜技术,该成像策略完整呈现了含细胞水凝胶网络的水合状态。该方法有效解决了获取含超高含水量(>98%)水凝胶体系(内嵌细胞)相关信息的挑战,相关发现可为组织工程与再生医学中的水凝胶策略优化提供重要依据。
关键词: 纤维蛋白,电子显微镜,水凝胶,组织工程,支架,共聚焦显微镜
更新于2025-11-21 11:08:12
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半导体聚合物的光电导微/纳尺度界面用于类神经元细胞的无线刺激
摘要: 我们报道了基于半导体聚合物聚(3-己基噻吩)(P3HT)的多尺度结构纤维和图案化薄膜,这些材料作为光导生物界面可在光照下促进神经元刺激。用于神经元接口与刺激的P3HT微/纳尺度结构包括:平均直径100纳米的纳米纤维、平均直径约1微米的微纤维,以及光刻图案化宽度分别为3、25和50微米的条纹。P3HT在光照下的光电导效应能为神经元分化和定向生长提供电刺激。结果表明:生长在P3HT纳米纤维上的神经元分支总数显著更多,而培养在P3HT微纤维上的神经元则具有更长更细的神经突起。这种地形结构与光电导刺激相结合的策略可进一步促进神经元分化和定向生长。这些光导聚合物微/纳结构展现出在神经工程及新型神经再生器件开发中的巨大潜力。
关键词: 半导体、神经元、聚合物、纳米结构、组织工程
更新于2025-09-23 15:23:52
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利用光声成像监测脱细胞人源支架的新生血管形成与整合
摘要: 组织工程是再生医学的一个分支,旨在通过操控细胞和支架来为患者构建生物人工组织和器官。其主要挑战在于移植后监测新生组织的血液供应:支架在体内的整合与新血管形成对其功能至关重要。光声成像(PAI)是一种基于激光激发超声的技术,由于血红蛋白具有高光学吸收特性,特别适合可视化微血管系统。本研究描述了一项早期概念验证实验,采用宽场断层扫描模式的光声成像技术对生物脱细胞人气管支架进行成像。研究发现,光声成像能在较长时间内以高空间分辨率纵向追踪支架在皮下小鼠组织中的整合过程。研究结果与成像后的组织学分析一致,证明光声成像可用于无创监测生物组织工程支架的血管化程度。我们预计该技术可应用于旨在加速和增强支架新血管形成的组织工程研究。随着技术发展,它还能为异位移植后建立血管系统的手术时机提供临床决策依据。
关键词: 血管化、血管生成、光声成像、移植、组织工程、气管
更新于2025-09-23 15:22:29
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聚苄基谷氨酸生物相容性支架可提升人诱导多能干细胞向视网膜神经节细胞谱系分化的效率
摘要: 视神经病变是视网膜神经节细胞(RGC)退化导致不可逆失明的主要原因之一。诱导多能干细胞(iPSC)疗法的发展为RGC退化开辟了治疗窗口,而组织工程学可进一步提升iPSC分化过程的效率。本研究旨在评估新型仿生聚谷氨酸苄酯(PBG)支架对培养iPSC来源的RGC祖细胞的效果。在PBG支架上培养的iPSC衍生神经球增加了视网膜神经元的分化数量,并促进了RGC祖细胞层的神经突生长。此外,与同期在盖玻片上培养的iPSC相比,PBG支架上的iPSC形成了类器官结构。通过RNA测序发现,PBG组细胞向视网膜谱系分化,可能与谷氨酸信号通路相关。进一步的本体分析和基因网络分析显示,PBG组与对照组之间的差异表达基因主要与神经元分化、神经元成熟相关,更具体地说,与视网膜分化和成熟相关。这种新型电纺PBG支架有利于培养iPSC来源的RGC祖细胞及视网膜类器官。与盖玻片培养的细胞相比,PBG支架上的细胞分化更有效,并缩短了RGC分化的过程。这一新培养系统可能有助于未来的疾病建模、药物筛选、自体移植,并缩小与临床应用的差距。
关键词: 诱导多能干细胞、视网膜神经节细胞、组织工程、青光眼、视神经病变、聚谷氨酸苄酯、电纺支架
更新于2025-09-23 15:22:29
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[IEEE 2017年第21届全国生物医学工程会议(BIYOMUT) - 伊斯坦布尔(2017.11.24-2017.12.26)] 2017年第21届全国生物医学工程会议(BIYOMUT) - 基于立体光刻技术的组织工程人工心脏瓣膜三维生物打印
摘要: 过去几十年间,器官移植需求持续增长。然而器官捐献量未见显著提升,而移植需求却不断攀升。器官捐献成为最可行的解决方案,尤其在心脏瓣膜疾病领域。目前心脏瓣膜置换手术采用两种人工心脏瓣膜:机械瓣膜与生物瓣膜。但这两类人工瓣膜都存在难以解决的固有缺陷。为此,研究者正尝试利用具有高生物相容性的患者自体细胞,在生物材料支架上培育组织工程化心脏瓣膜。本研究旨在通过立体光刻技术制造可用于瓣膜置换的3D人工心脏瓣膜。立体光刻技术已被证实能构建结构完整、力学性能优良的三维模型,但尚未作为生物打印机进行评估。本研究致力于实现这一目标。
关键词: 3D生物打印、人工心脏瓣膜、立体光刻技术、组织工程
更新于2025-09-23 15:21:21
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采用低温原子层沉积法制备ZnO涂层生物聚合物陶瓷支架的飞秒激光表面工程处理
摘要: 对生物聚合物及生物聚合物/陶瓷复合材料进行表面飞秒激光纹理化处理,并通过低温原子层沉积(ALD)法在样品表面后续沉积ZnO薄膜。本研究在50°C温度、2 mbar压力条件下实施ZnO薄膜沉积。为探究不同ZnO薄膜厚度的影响,分别采用100次和500次ALD循环。样品经啁啾脉冲放大(CPA)钛宝石激光系统产生的130飞秒超短脉冲激光辐照,通过调节激光能量密度(0.2 J/cm2、0.41 J/cm2和2.07 J/cm2)及激光脉冲数(N=1、2、5和10)进行处理。采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱和X射线光电子能谱评估处理后样品的形貌与化学特性。飞秒激光改性与低温ALD方法的结合,可显著提升有机-无机杂化骨组织支架的生物活性,这对样品未来在组织工程中的应用具有重要意义。
关键词: 原子层沉积、生物聚合物/陶瓷复合材料、飞秒激光改性、组织工程
更新于2025-09-23 15:21:01
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为人工角膜新方法带来曙光
摘要: 纽卡斯尔大学的科学家们研发出人造人类角膜,可解决供体短缺或伦理争议问题。这是全球首批通过3D打印技术制造的人类角膜。角膜是眼睛最外层的透明组织,覆盖虹膜和瞳孔并参与光线聚焦至视网膜的过程。研究团队进行了原理验证实验:从健康捐赠者角膜提取角膜基质细胞,与海藻酸盐和胶原蛋白混合制成3D生物打印墨水。利用常规商用3D生物打印机,他们能将混合物挤出形成同心圆环,在十分钟内用真实细胞制造出人造人类角膜。
关键词: 人工角膜、水凝胶、组织工程、生物墨水、3D打印
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过拉曼显微镜评估成骨细胞培养物的骨质量
摘要: 自体干细胞/祖细胞的应用为修复颅面骨缺损提供了一种有前景的方法。颅盖骨被认为是干细胞/祖细胞的可行来源,这些细胞可在体外移植形成骨组织。然而,目前尚不清楚细胞培养中形成的骨与天然骨的质量是否相似。本研究比较了成骨细胞培养物中形成的骨矿物质质量与出生后小鼠颅盖骨的差异。鉴于细胞光谱与胶原光谱存在相似性,研究还探讨了提取细胞活性和骨基质质量信息的可行性。从胎鼠颅盖骨分离的干细胞/祖细胞在成骨分化条件下于熔融石英载玻片上培养28天。在特定时间点取出载玻片,通过拉曼显微镜和矿物染色技术进行分析。结果显示,培养第28天形成的骨与1日龄出生后小鼠颅盖骨相似,具有相当的矿化程度、矿物结晶度和胶原交联比率。但与1日龄出生后骨相比,第28天形成的骨中有序胶原纤维的程度较低。总体而言,成骨细胞培养中形成的骨表现出渐进的基质成熟和矿化过程,但未能完全复现天然骨中高度有序的胶原纤维结构。
关键词: 拉曼显微镜、成骨分化、组织工程、干细胞、骨质量
更新于2025-09-23 15:21:01