1.温敏材料PNIPAM简介
温敏材料，顾名思义是一种能根据温度变化，自身物理性质或化学性质发生一定改变的一类智能高分子材料。在众多温敏材料中，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的研究最为广泛，下图为其化学结构式。

图1 PNIPAM化学式

PNIPAM的最低临界温度（LCST）在32-36℃均被报道过，并且在此范围内PNIPAM产生亲水/疏水间的可逆构象变化，进而发生相分离。PNIPAM分子内含有酰胺基和异丙基两种基团，若温度在LCST以下，可以通过酰胺基与水形成氢键使PNIPAM在水中稳定存在，水分子包围在疏水基团周围，此时PNIPAM具有亲水性，其在水溶液中为伸展态；逐渐升温，PNIPAM与水的水合氢键被削弱，分子内异丙基之间的相互吸引力增强。若温度在LCST以上，氢键则会彻底断裂，自身内部形成氢键使内部结构坍塌，由伸展态转为球形结构，体积缩小约90%，此时PNIPAM具有疏水性。而当温度再度恢复到LCST以下时，PNIPAM又恢复为亲水性结构，故这种温敏的特性具有可逆性。
PNIPAM由于其独特的性质而被广泛应用于药物传递、智能化纳米金、智能化表面材料、共聚物、传感分析及表面浸润性等领域。

图2 PNIPAM的应用领域

2.组织工程简介
组织工程（Tissue engineering），也有人称其为“再生医学”，是以细胞、人工材料、多肽生长因子为主，以组织再生和组织重建治疗手段，研究并开发能够修复、维持或改善损伤组织功能的生物替代物的一门学科。
传统的组织工程方法主要有：1.细胞悬液注射（也是目前干细胞药物临床试验申请中最多的类型）2.运用生物可降解支架材料支撑组织的形成。但这两种方法都存在着影响其使用的缺陷，如：前者中存在的干细胞利用率低等问题，后者中存在生物材料引发的炎症反应等。
细胞微环境作为近几年关注的重点，影响细胞在生物材料表面/内部的黏附、迁移、分化、增殖和通信。无论是对于具有材料和细胞的组织工程，还是在没有外部细胞的情况下植入支架进行原位修复的组织再生，核心科学问题之一就是细胞微环境。例如，骨髓基质细胞或者称间充质干细胞（MSC）在复合多孔聚丙交酯-乙交酯（PLGA）支架植入正常关节腔后分化为软骨细胞，而皮下植入仅导致偏离软骨形成的疤痕样组织，细胞微环境在再生医学的实际效果中发挥了不可忽视的作用。因此，对细胞微环境的研究可以指导新一代组织工程材料的设计，这将是组织工程与再生医学发展共同追求的方向。

3.PNIPAM温敏材料在组织工程领域的应用
PNIPAM作为广泛研究的温敏材料之一，其中一个显著的应用方向在于细胞温度敏感培养皿。在培养皿表面接枝PNIPAM之后，当环境温度稍稍高于PNIPAM的LCST时其体积会突然剧烈收缩，此时其表面是疏水的，由于细胞膜的亲脂性，细胞可以贴附生长，此时接种细胞可以进行细胞培养及其增殖。当细胞生长汇合成片后降低温度到LCST以下，其表面亲水，从而可以使整个细胞片及细胞外基质自动脱落，无需传统的酶的消化，很好的保护了细胞的表面结构以及功能。

图3 温敏培养皿脱附原理示意图

目前这种培养方法已经运用于多种细胞：如表皮纤维母细胞、口腔黏膜上皮细胞、肝细胞、角膜内皮细胞、角膜缘干细胞、骨髓间充质干细胞、软骨细胞、血管内皮细胞和肾小球上皮细胞等等，并广泛应用于心肌、角膜、食管、尿道、骨组织、牙髓修复等多个领域中。其中京东方再生医学自主研发的“人脐带间充质干细胞膜片”已成功获得新药临床试验默示许可，用于治疗低射血分数冠心病。

图4 京东方药物临床试验批准通知书

大川合颐凭借着团队多年来对材料底层技术的掌控，在原有接枝涂覆方法上做出改进，是目前国内唯一一家能够量产温敏培养耗材的厂商，并与多家企业、医院建立了长期的合作关系。

图5 大川合颐supercellTM培养耗材收获细胞膜片

借助这一细胞培养耗材，无需胰酶消化或刮刀刮取，仅通过温度的调节细胞便可自动脱落，这一方式使得细胞外基质被最大程度保留，使其最终能在治疗过程中发挥更大的作用，为组织工程、再生医学提供一个新的得力工具。

参考文献：
[1]王伟. PNIPAAm温敏培养皿的制备及其细胞片的研究[D].暨南大学,2010.
[2]组织工程与再生医学中与生物材料相关的细胞微环境丨Engineering
[3]吕菊波, 纪秀翠, 张亚会, 徐慧. 聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备及应用进展[J]. 化学通报, 2018, 81(3): 195-202.

责任编辑：白芨

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