刘纯
3D培养、3D生物打印及类器官构建体外模型
报告人:刘纯
所在单位:中山大学附属第一医院
个人简介：
刘纯教授本科毕业于华南理工大学，博士毕业于美国密歇根州立大学化学工程系。博士毕业后在美国密歇根大学医学院从事博士后研究两年，于2019年回国，入选中山大学“百人计划“，进入中山大学附属第一医院任副研究员。在利用生物材料构建肿瘤微环境、组织工程支架、及类器官等研究领域拥有丰富的经验和深厚的基础。系统研究了生物水凝胶的成胶机理，提出了以纳米粒子主导水凝胶成胶的新概念，为新一代3D生物打印墨水的发展奠定坚实基础；实现了对微环境内ECM微观结构的精确控制。另外，还创新发展了3D生物打印活细胞与组织构建技术，解决了传统3D生物打印墨水机械性能与成胶过程难以调控的技术难题，在纳米生物材料领域已发表多篇SCI一区论文（Advanced Healthcare Materials, 2017; Acta Biomaterialia,2019，2021）。
在肿瘤微环境与体外肿瘤模型领域，刘教授在美做博后期间长期从事生物材料与乳腺癌相关的研究，开展了多项卓有成效的工作。包括构建了一系列体外3D乳腺癌迁移扩散模型；并在模型中证明了乳腺癌间质细胞对乳腺癌细胞的牵引作用（Acta Biomaterialia,2018）；另外还首次在体外3D水凝胶中证实了肿瘤微环境基质硬度对乳腺癌细胞增殖、迁移、代谢等行为的影响（Acta Biomaterialia,2021）。
摘要：
目前在3D细胞培养及体外仿生建模领域，常用的生物材料分为两大类，天然生物材料与合成生物材料。其中以胶原蛋白、层粘连蛋白等为主的天然材料具有较高的细胞亲和性，能够促进细胞增殖、迁移等功能，然而在材料学性质上可控性低，在力学性能、成胶机制、及微观网络结构上难以做到精确调控。而合成材料尽管在材料性质上可控性高，在生物学功能上却仍难以达到天然材料的效果。针对这一问题，我们多年来展开一系列研究，为达到材料性质与生物功能的兼容性，对天然及合成材料进行多种方式的改性。首先发现在合成材料表面通过化学接枝方法，将多聚赖氨酸固定在聚二甲基硅氧烷表面，可以大大提高细胞粘附，并且因为接枝层的厚度为纳米级别，不会影响底层聚合高分子材料的力学特性。进一步针对聚合高分子材料进行改性，发现通过在高分子聚合物熔融状态下混入天然硅酸盐纳米管，可以为高分子聚合物提供凝结核，形成纳米复合高分子，进而大大改善高分子聚合材料的微观结构及力学性能，实现更为流畅的挤出式3D打印。基于以上发现，我们将纳米复合材料原理应用于天然生物材料改性，制备了一系列仿生细胞外基质（Extra cellular Matrix ECM）水凝胶。以ECM主要成分天然一型胶原蛋白为基底，通过与钙离子交联的海藻酸钠形成互穿的多级网络结构，实现对材料硬度、微观结构、孔隙率等可控调节，并加入硅氧烷纳米离子，对胶原蛋白的固有自组装成胶机制进行干预，形成更为稳定，且胶原纤维形貌精细可调的新型纳米复合水凝胶。在以上材料创新基础上，我们更深入研究了3D仿生ECM水凝胶的微环境对肿瘤细胞、肿瘤间质细胞、骨髓间充质干细胞等的作用规律及调控机制，发现胶原纤维的形貌及排列方式可以改变癌细胞的运动轨迹，进而影响肿瘤入侵及迁移。另外还发现，ECM的硬度对肿瘤细胞的增殖、迁移、及代谢表型皆有显著影响，可以调控肿瘤的发生发展。
