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基于滚环复制技术的细胞组装及其在调控细胞功能中的应用

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基于滚环复制技术的细胞组装及其在调控细胞功能中的应用

作者：赵丹河北大学

学位级别：硕士

细胞组装通常是按照预先设计的方式改造细胞,并实现特定的细胞间连接,从而赋予组装的细胞群体特殊的功能。构建细胞组装模型不仅对研究细胞间通讯、组织和器官形成、免疫反应和癌症转移至关重要,还可以重构体外疾病模型并研究各种治疗... 详细信息

细胞组装通常是按照预先设计的方式改造细胞,并实现特定的细胞间连接,从而赋予组装的细胞群体特殊的功能。构建细胞组装模型不仅对研究细胞间通讯、组织和器官形成、免疫反应和癌症转移至关重要,还可以重构体外疾病模型并研究各种治疗方法的有效性。然而,传统单价修饰方式细胞组装效率较低,这大大制约了细胞组装技术的广泛应用。传统的单价修饰在每个修饰位点只提供一个结合位点,而多价修饰的优势在于每个修饰位点可扩展出多个结合位点。本论文立足于如何实现高效细胞组装这个科学问题,利用DNA分子精确的碱基互补配对原则和可编程性,通过滚环复制技术合成的具有重复序列结构的长链DNA,实现细胞表面的多价修饰,提高细胞组装效率。本论文引入了两种多价修饰的方式用于提高细胞组装效率。由以下两部分构成:第一部分:滚环复制技术用于细胞组装及其在再驯化巨噬细胞中的应用。通过滚环复制技术制备具有重复序列的长单链DNA,对细胞膜进行修饰,开发了一种通用高效的细胞组装方式。细胞膜通过温和还原得到游离的巯基,利用巯基与马来酰亚胺间的迈克尔加成反应,将端位马来酰亚胺修饰的由滚环复制放大技术得到的长链DNA修饰到细胞膜表面,并利用碱基互补作用实现了特定细胞之间的高效组装。细胞组装效率提高至42.62%。同时,我们将该细胞组装策略应用到巨噬细胞的再驯化中,研究发现通过细胞组装可以增强M1型巨噬细胞对M2型巨噬细胞的再驯化效果。第二部分:“Click”反应与滚环复制技术结合用于高效细胞组装。结合滚环复制技术、糖代谢标记技术,通过“Click”反应,实现高效细胞组装。利用叠氮(N)标记靶细胞,通过滚环复制将双苯并环辛炔(DBCO)引入到长链DNA,并将其修饰另一靶细胞。N基团和DBCO基团可以通过“Click”反应迅速形成共价键,实现细胞高效组装,细胞组装效率提升至66.97%。同时可以将该细胞组装技术用于抑制细胞转移。

关键词：细胞组装滚环复制细胞相互作用巨噬细胞

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基于细胞三维受控组装技术的细胞芯片构建

中国生物医学工程学报 2012年第3期31卷 374-381页

作者：胡金夫徐铭恩徐莹颜永年孙伟葛亚坤严明杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院杭州310018 清华大学机械系北京100084

如何将细胞准确装配于细胞芯片的设计位置,是制约细胞芯片向组织和生理系统细胞芯片方向发展的关键问题之一。本研究用细胞组装技术将细胞装配到细胞芯片的设计位置并检测的理论和方法。首先设计构建了含多组传感器阵列的细胞芯片;选取... 详细信息

如何将细胞准确装配于细胞芯片的设计位置,是制约细胞芯片向组织和生理系统细胞芯片方向发展的关键问题之一。本研究用细胞组装技术将细胞装配到细胞芯片的设计位置并检测的理论和方法。首先设计构建了含多组传感器阵列的细胞芯片;选取输送和固定细胞的明胶-海藻酸钠复合水凝胶材料,探讨用细胞组装技术在芯片上精确装配细胞的方法;测试复合材料和多种电解溶液对电阻抗的影响,并用芯片对细胞增殖进行检测。结果显示:复合材料能输送并将细胞固定在芯片上超过4周;细胞组装技术可精确将细胞装配到指定传感器,组装的细胞/材料微丝直径100～120μm。复合材料对芯片基础电阻抗影响小,在大于103Hz的高频段,基础阻抗为小于102.6Ω;PBS和DMEM溶液在103.5～105Hz高频段可替代氰铁化钾溶液作为电解液;芯片上的传感器在103.5Hz可准确测出Hela细胞增殖引起的电阻抗变化。研究证明了用细胞组装技术构建复杂细胞芯片的可行性。

关键词：细胞芯片细胞组装细胞传感器细胞电阻抗传感器 Hela细胞

细胞直接三维受控组装技术体外构建组织工程化软骨

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实用口腔医学杂志 2008年第5期24卷 621-623页

作者：李曼赵铱民王小红颜永年秦海燕马佳西安第四军医大学口腔医院 710032 北京清华大学机械工程系激光快速成形中心生命科学与医学研究院生物制造研究所

目的:结合组织工程和生物制造(bio-manufacturing,BM)工程原理,研究应用快速成形(rapid prototy-ping,RP)技术中的细胞-材料直接三维受控组装技术体外构建组织工程化软骨的可行性。方法:提取兔耳软骨细胞与海藻酸钠和明胶均匀混合,调整... 详细信息

目的:结合组织工程和生物制造(bio-manufacturing,BM)工程原理,研究应用快速成形(rapid prototy-ping,RP)技术中的细胞-材料直接三维受控组装技术体外构建组织工程化软骨的可行性。方法:提取兔耳软骨细胞与海藻酸钠和明胶均匀混合,调整细胞密度为3.0×107/ml。细胞基质材料混合物用细胞三维受控组装机Ⅰ代(清华大学机械系激光快速成形中心研制)按照预先设定的参数构建10 mm×10 mm×5 mm大小的软骨组织前体,分别在体外培养1、2、3、4周后对标本进行大体观察以及做冷冻切片进行组织学检测。结果:软骨细胞在结构体内增殖显著,保持正常的细胞形态和活力,组织学检测表明有大量软骨基质形成。结论:细胞直接三维受控组装技术为构建组织工程化软骨提供了一种可行的新途径。

关键词：组织工程细胞组装软骨细胞海藻酸钠

基于细胞三维受控组装技术的细胞芯片构建研究

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基于细胞三维受控组装技术的细胞芯片构建研究

作者：胡金夫杭州电子科技大学

学位级别：硕士

生命科学、信息科学与制造科学相结合,是二十一世纪科技发展的重要趋势。基于先进制造和组织工程理论的细胞三维受控组装技术,以及基于微加工技术和传感器技术的细胞芯片技术,为组织工程、药物筛选、环境监测等研究领域拓展了新的理论... 详细信息

生命科学、信息科学与制造科学相结合,是二十一世纪科技发展的重要趋势。基于先进制造和组织工程理论的细胞三维受控组装技术,以及基于微加工技术和传感器技术的细胞芯片技术,为组织工程、药物筛选、环境监测等研究领域拓展了新的理论和技术空间。本文将细胞三维受控组装技术引入细胞芯片的制作中,探讨细胞三维受控组装与细胞芯片技术结合的技术方案。首先,论文对细胞可控装配技术和细胞芯片的国内外研究现状进行了综述,系统分析了细胞组装技术和细胞芯片技术结合的理论和技术可能。基于细胞组装的技术特征和细胞传感器的工作原理,选取了MEA传感器和细胞电阻抗分析器,并对其参数、选材和制作过程进行了研究,设计并制作了适合组装细胞的集成型细胞芯片。对芯片性能的测试显示,芯片能在低频段显示出良好的阻抗性,保证较好的导电性能,在高频段显示良好的容性,对测试细胞电生理活性具有良好的灵敏度。然后,论文详细分析了细胞三维受控组装机的构架,并对喷头模块进行扩展和改进。面向芯片表面细胞装配,选取了适合芯片电生理检测的生物混合材料,并对材料的配比进行了系统研究。在此基础上,研究了基质材料与细胞芯片的结合特性：成形和固化特性、与芯片基底结合的稳定性、材料对细胞电化学检测的影响。其次,根据集成型细胞芯片的结构特点研究了细胞在芯片表面的组装路径,确定了最佳方案。在此基础上,研究了成形参数、喷头大小和交联方式对组装结构的整体性、基质材料连续性及其粘结性和微丝直径大小的影响。结果显示,细胞可以按照设计的模式准确组装到指定传感器区域,路径连贯稳定,与芯片的粘结性良好,微丝直径符合组装精度要求。最后,比较了DMEM、PBS溶液相比氰铁化钾溶液作为芯片测试液的差异,结果显示DMEM可在高频段作为芯片测试的电解液。随后我们在芯片上组装了多种细胞,结果显示用细胞三维受控组装技术能精确地将不同细胞组装到细胞芯片表面的传感器区域,细胞芯片测得的细胞增殖情况与标准的生化检测方法测得的情况一致,细胞芯片能准确的测得并分辨不同细胞增殖情况,芯片在药物筛选、病理研究等领域显示出巨大的应用价值。

关键词：细胞芯片细胞组装细胞传感器细胞电阻抗传感器细胞

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基于DNA纳米结构的细胞间相互作用的调控

高等学校化学学报 2021年第11期42卷 3284-3294页

作者：胡灵殷垚柯国梁张晓兵湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室长沙410082

细胞通过化学信号、电子交换和直接接触等方式交换彼此之间的物质和信息,以调节生命体的生长发育.因此,细胞间的相互作用研究与调控在细胞功能的机制研究和疾病的诊断及治疗等领域具有非常重要的意义. DNA纳米结构具有易合成、易修饰、... 详细信息

细胞通过化学信号、电子交换和直接接触等方式交换彼此之间的物质和信息,以调节生命体的生长发育.因此,细胞间的相互作用研究与调控在细胞功能的机制研究和疾病的诊断及治疗等领域具有非常重要的意义. DNA纳米结构具有易合成、易修饰、可编程性设计及生物安全性高等优点,有望实现操作简单、精确可调、智能响应的细胞间相互作用调控,受到了广泛关注.本文综述了寡核苷酸链杂交、受体-配体结合和核酸适体靶向识别等基于DNA纳米结构的细胞组装策略,总结了pH调控、金属离子调控和DNA链激活等细胞间相互作用的调控手段,并重点介绍了其在细胞间作用力的测量和成像、体外组织模型的构建、细胞间的通讯交流和细胞免疫治疗等领域的应用.最后对该领域进行了总结和展望,希望为相关研究提供有益参考.

关键词：脱氧核糖核酸纳米结构细胞间相互作用细胞组装调控手段

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血管化脂肪组织研究进展

机械工程学报 2010年第5期46卷 99-104页

作者：崔同魁颜永年张人佶徐铭恩王小红清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

由于先天发育不良、肿瘤切除、外伤等原因引起的女性小乳症、乳房缺失等会给患者造成极大的心理障碍。血管化脂肪组织的研究针对大尺度范围内脂肪组织工程产品血液供应这一问题,研究脂肪组织中血管的排布规律,研究用于脂肪组织构建的基... 详细信息

由于先天发育不良、肿瘤切除、外伤等原因引起的女性小乳症、乳房缺失等会给患者造成极大的心理障碍。血管化脂肪组织的研究针对大尺度范围内脂肪组织工程产品血液供应这一问题,研究脂肪组织中血管的排布规律,研究用于脂肪组织构建的基质材料、细胞种类、生长因子的用量及配比,利用计算机辅助设计等先进成形手段对血管化脂肪组织植入物进行三维结构模型设计,快速制造并进行生物学评价。为大尺度范围内脂肪组织损伤患者提供更加完善的修复手段,为复杂器官乳房的制造奠定基础。

关键词：血管化脂肪组织干细胞细胞组装快速成形

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DNA:结构、链替换反应和反应网络

中国科学：化学 2023年第4期53卷 721-733页

作者：肖石燕李成勖梁好均中国科学技术大学化学与材料科学学院精准智能化学重点实验室合肥230026

DNA不仅是生物遗传信息的载体,更是一种可精确操控和设计、高度生物相容的高分子材料.由于DNA的特异性碱基互补配对和碱基序列的可编程性,人们设计了DNA链替换反应.基于链替换反应,可以构建链替换反应网络,实现特定的功能.本文综述了近... 详细信息

DNA不仅是生物遗传信息的载体,更是一种可精确操控和设计、高度生物相容的高分子材料.由于DNA的特异性碱基互补配对和碱基序列的可编程性,人们设计了DNA链替换反应.基于链替换反应,可以构建链替换反应网络,实现特定的功能.本文综述了近年来在DNA结构和力学性质、链替换反应的微观机制和速率调控机制、反应网络构建和调控,及其在球形核酸自组装和细胞组装等方面的研究进展.最后,我们展望了DNA链替换反应网络未来研究和发展方向.

关键词： DNA DNA力学性质链替换反应反应网络自组装细胞组装

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生物制造工程的发展和趋势

中国科学基金 2007年第2期21卷 65-68,80页

作者：颜永年刘海霞李生杰熊卓王小红清华大学机械系生命科学与医学研究院生物制造研究所北京100084

文中全面、系统地阐述制造工程前沿之一生物制造的内涵、定义和组成,基于生物制造工程本身发展的不同阶段和过程对其主要研究方向和相应国内外研究现状进行了综述。此外,从学科交叉、融合与发展的角度,进一步指出了今后几年我国生物制... 详细信息

文中全面、系统地阐述制造工程前沿之一生物制造的内涵、定义和组成,基于生物制造工程本身发展的不同阶段和过程对其主要研究方向和相应国内外研究现状进行了综述。此外,从学科交叉、融合与发展的角度,进一步指出了今后几年我国生物制造工程的主要技术发展方向。

关键词：生物制造研究现状细胞组装

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生物制造内涵初探

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