软硬基底材料表面细胞粘附特性及分化性能的研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

细胞作为生命体的结构与生命活动的基本单位，它的生理活动往往决定整个机体的状态。生物作为一个复杂的结构体系，科学家对其组分及细胞组织的生理病理的研究也逐渐深入，而细胞的体外培养成为研究细胞和组织生理的主要方法。

二维细胞培养一直是细胞体外培养的典型范例，二维细胞培养实验为我们对复杂的生物学现象进行初期的解释提供了基础，包括分子生物学、干细胞分化以及组织形态变化。对细胞微环境中功能和相互作用等细胞之间的动态关系有了开创性的研究。有实验证明了人类间充质干细胞的分化依赖于二维细胞培养基质的机械刚度。此外，研究发现细胞的生长和凋亡率与二维细胞培养支架的机械膨胀率有关。研究过程中，三维细胞培养也逐渐发展。并且证实在三维细胞培养中，细胞行为更加自然。

合成类基底例如聚乙烯醇、聚乙二醇等，以及天然类基底例如胶原、透明质酸等都能运用于细胞培养，但是二者都有一定的局限性。合成类基底易于调节机械性能，便于制备。而天然类基底有良好的生物相容性。

聚丙烯酰胺凝胶广泛应用于生物、医学等领域。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，而聚丙烯酰胺凝胶的制备多采用丙烯酰胺作为单体，甲叉双丙烯酰胺作为交联剂，利用化学或者物理交联方法聚合形成交叉网状结构。通过调节丙烯酰胺单体和甲叉双丙烯酰胺的浓度配比可以制备出硬度不同的聚丙烯酰胺基底。

原子力显微镜（AFM）可以检测多种生物材料的杨氏模量。其原理是利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品之间的作用力，从而达到检测的目的。将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，在扫描时通过控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品的信息。

细胞和其锚着基底相互作用产生两种不同但共存的信号机制, 即依赖于基底生物学刺激的连接诱导信号和依赖于基底力学刺激的牵引诱导信号。细胞迁移和形态在很大程度上受到基底物理特性如硬度的影响。实验证实细胞有从软基底自动向硬基底迁移的倾向；同时，不同的细胞在基底上的分支状态也会有所差异，纤维细胞或者上皮细胞在硬基底上分支较多，而神经细胞则倾向于在软基底上有较多的分支。因此不同种类的细胞对基底硬度产生的响应与自身的特殊性质有关。

细胞表型是建立在单个细胞通过高度组织化形成的细胞社会集合体之上的, 在这一组织化群体中细胞具有特定的形态和连结方式, 并由此支持细胞的特定功能。因此对细胞形态和细胞间连结关系的维持,就是对细胞表型的维持。细胞形态受下列因素的影响: (1)细胞与基底粘附点的数量(与受-配体密度相关); (2)细胞与基底粘附点的分布(基底表面形貌影响粘附点的空间关系); (3)基底硬度(影响细胞骨架装配和构象); (4)细胞间连结方式。因此接种于不同硬度基底膜上的细胞集群表现出完全不同的行为。

因此在实验中从不同角度观察不同种类的细胞，分析细胞的特异性表现，可以更直接的对比细胞的行为，对细胞对于基底硬度的响应有较为全面的认识。

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