项目名称: 脂肪干细胞微液滴封装及其玻璃化保存过程的机理研究

项目编号: No.51476160

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 赵刚

作者单位: 中国科学技术大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 脂肪干细胞在组织工程和再生医学领域具有广阔的应用前景,依托先进的低温保存方法和技术实现其长期深低温保存,则是保障其临床应用的有效手段。 本项目拟研究使用海藻糖作为低温保护剂实现脂肪干细胞微液滴玻璃化保存过程的机理。其主要学术思想是通过最小化样品体积,进而最大化样品降温速率,从而有效降低玻璃化转变所需的低温保护剂浓度;同时,借助于纳米微胶囊技术将海藻糖输送至细胞内,海藻糖同时存在细胞膜两侧时,可望在最低化低温保护剂浓度的同时,最大化其保存效果。本项目将探索热敏感型纳米微胶囊封装和运输海藻糖的基础机理;依据流体动力学理论,研究单细胞微液滴生成机制及其关键影响因素;依据强化传热理论,研究微液滴在芯片上的超快速降温玻璃化保存过程的传热传质和热力学行为。本项目的顺利开展,对于微液滴玻璃化保存过程的机理研究具有积极的学术和应用价值,同时也可以从微尺度下进一步丰富生物传热传质和生物热力学相关理论。

中文关键词: 低温保存;微液滴玻璃化;微流控芯片;纳米微胶囊;海藻糖

英文摘要: Adipose-derived stem cells (ADSCs) have broad application prospects in tissue engineering and regenerative medicine, long term cryopreservation of ADSCs with advanced methods and techniques is the effective insurance for their clinical applications. This project is planning to study the mechanism for droplet vitrification of ADSCs using trehalose as the cryoprotective agents (CPAs). The main academic thought is that to maximize the cooling rates via minimizing sample volume, and meanwhile, to minimize the CPA concentration. This project also proposes to improve the cryopreservation outcomes by using the biocompatible thermally responsive nanocapsules to effectively deliver trehalose into ADSCs, since the cryoprotective effect could be maximized only when trehalose is added into both extra and intracellular solution. The major tasks of this project are to (1) explore the mechanism for encapsulating of trehalose using thermally responsive nanocapsules and the mechanism for delivery of trehalose into ADSCs, (2) investigate how the flowing conditions would affect the formation of the droplets based on the basic theory of fluid dynamics and (3) study the thermodynamic and kinetic behaviors for the ultra-freezing processes of the droplets on the chip according to the fundamentals of enhanced heat transfer. Successful accomplishment of this project will provide deep understanding of the mechanism for droplet vitrification, and will further enrich the theory of bioheat and mass transfer, and biothermodynamics.

英文关键词: Cryopreservation;Droplet Vitrification;Microfludics;Nanocapsule;Trehalose

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