CN112957316A - 一种引导t细胞趋化的水凝胶马达及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引导T细胞趋化的水凝胶马达及其应用，所述水凝胶马达包含趋化因子。本发明通过一种易于制造和通用的装置设计了一种螺旋水凝胶磁性微马达，水凝胶马达中内置的磁性Fe3O4纳米粒子允许远程磁场驱动和操纵。这种无线控制提供了良好的生物相容性和优异的控制精度，其中的多孔水凝胶结构也提供了高容量的趋化因子负载和保留释放。由旋转磁场驱动的螺旋马达可以准确地到达目标病变部位，并将趋化因子信号发送给免疫跟随细胞，产生了定向的T细胞趋化性或向趋化因子释放位点的募集。

Description

一种引导T细胞趋化的水凝胶马达及其应用
技术领域
本发明属于生物材料领域，具体为一种引导T细胞趋化的水凝胶马达及其应用。
背景技术
趋化性是指生物在外部环境中沿着化学梯度线索的定向迁移。大自然提供了一套趋化生物系统。例如，家蝇可能被腐烂食物的气味所吸引，细菌聚集到高葡萄糖浓度区域，细胞沿着细胞因子的浓度梯度迁移。对于细胞趋化性行为，先导细胞是一个重要的角色，它准确地感知梯度并引导集群的方向，而跟随细胞通过趋化因子(来自先导细胞)-受体(在跟随细胞上)的结合沿着集群的方向移动，具有有限的误差。
免疫细胞群向患病部位的集体迁移是一种重要的自然免疫反应。然而，在许多疾病环境中，免疫细胞对疾病部位的趋化性未能引起。因此，合成的前导细胞被期望用于将免疫细胞群的集体行为引导到患病部位。微纳米马达是一个很有前途的候选者。这些小型化自主系统可以通过高效的能量转换(如化学能、磁能、光能、超声波能和电能)实现运动，并已被提出用于各种生物医学应用，包括靶向给药、飞行中生物传感和单细胞运输。它们的小型化尺寸、独特的移动性和可控的导航特性赋予了合成趋化先导细胞操纵细胞群的巨大潜力。
其中，磁场驱动的微型和纳米马达在可控性和生物相容性方面表现出非凡的优势。已经设计了各种磁性马达，即人工鞭毛马达、Au/Agflex/Ni纳米线马达、Au/Ni/Si纳米矛马达和FePt纳米推进器。螺旋形马达在克服生物介质中的粘性阻力和推进方面表现出色。这种运动模式类似于螺旋形状的鞭毛微生物，可以在极低雷诺数的介质中推进。此外，远程无线磁场具有非侵入性和生物相容性，对生物医学应用至关重要。在自然界中，对于某些疾病状态，T细胞不能本能地趋化性。因此急需一种水凝胶马达来引导T细胞趋化性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以引导T细胞趋化性的水凝胶马达。
本发明所采取的技术方案是：
本发明提供一种水凝胶马达，所述水凝胶马达包含趋化因子。
在本发明的一些实施方式中，所述趋化因子为SDF-1或CXCL12。
在本发明的一些实施方式中，所述SDF-1为SDF-1α。
在本发明的一些优选实施方式中，所述趋化因子为CXCL12。
在本发明的一些实施方式中，所述水凝胶马达还包含：聚乙烯醇、交联剂、磁性纳米粒子。
在本发明的一些优选实施方式中，所述磁性粒子包括Fe3O4纳米粒子；所述交联剂包括三聚氰胺。
本发明还提供上述水凝胶马达的制备方法，包含以下步骤：
S1：将聚乙烯醇、磁性粒子、交联剂和水混合溶解后挤出到旋转体上形成螺旋结构；
S2：将步骤S1得到的螺旋结构冷冻/解冻后浸泡于趋化因子溶液中即得。
在本发明的一些实施方式中，所述趋化因子溶液的浓度为0.4～0.6mg/mL。
在本发明的一些优选实施方式中，所述趋化因子溶液的浓度为0.5mg/mL。
本发明还提供上述水凝胶马达在引导T细胞趋化中的应用。
在本发明的一些实施方式中，在引导T细胞趋化时，趋化因子的响应浓度为0.1～1mg/mL。
在本发明的一些优选实施方式中，在引导T细胞趋化时，趋化因子的响应浓度为0.1～0.25mg/mL。
在本发明的一些更优选实施方式中，在引导T细胞趋化时，趋化因子的响应浓度为0.25mg/mL。
本发明还提供上述水凝胶马达在靶向给药中的作用。
本发明还提供一种T细胞趋化模型，其特征在于，在细胞培养基中添加上述水凝胶马达。
在本发明的一些实施方式中，所述细胞为表达趋化因子受体的细胞。
在本发明的一些优选实施方式中，所述细胞为Jurkat T细胞。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种水凝胶马达，其特征在于，所述水凝胶马达包含趋化因子，可以准确地到达目标病变部位，并将趋化因子信号发送给免疫跟随细胞。优选地，本发明通过一种易于制造和通用的装置设计了一种螺旋水凝胶磁性微马达，即PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs；水凝胶马达中内置的磁性Fe3O4纳米粒子允许远程磁场驱动和操纵。这种无线控制提供了良好的生物相容性和优异的控制精度，其中的多孔水凝胶结构也提供了高容量的趋化因子负载和保留释放。由旋转磁场驱动的螺旋马达可以准确地到达目标病变部位，并将趋化因子信号发送给免疫跟随细胞。因此，产生了定向的T细胞趋化性或向趋化因子释放位点(PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的位置)的募集。
附图说明
图1为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs无线操纵T细胞趋化性的示意图。
图2为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的制备流程示意图。
图3为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs不同角度的扫描电镜图像。
图4为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的俯视SEM图像和相应的能量色散X光(EDX)映射结果。
图5为PVA@Fe3O4 HM的俯视SEM图像和相应的能量色散X光(EDX)映射结果。
图6为对PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs上的水凝胶孔分析。
图7为通过倒置荧光显微镜观察到水凝胶马达的螺旋结构。
图8为PVA@Fe3O4 HMs的磁性能表征-磁滞回线图。
图9为PVA@Fe3O4 HMs的应力-应变曲线和相关值。
图10为去离子水中PVA@Fe3O4水凝胶马达的运动评估。
图11为细胞介质中PVA@Fe3O4水凝胶马达的运动评估。
图12为PVA@Fe3O4水凝胶马达在去离子水和细胞介质中的典型轨迹。
图13为PVA@Fe3O4@CXCL12和PVA@Fe3O4 HM在不同时间点的Jurkat T细胞趋化行为。
图14为PVA@Fe3O4@CXCL12孵育0h的细胞图像。
图15为水凝胶马达吸引的细胞计数。
图16为通过BCA蛋白试剂盒测定释放的趋化因子水平。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实验材料和仪器：聚乙烯醇(PVA-117，分子量约145000g/mol)购自阿拉丁公司。三聚氰胺是从阿拉丁公司购买。氧化铁(Fe3O4)是从麦金林公司获得的。Hoechst c1022购自碧云天公司。罗丹明B A81889(RhB)购自Innochem。人基质细胞衍生因子(SDF-1α)趋化因子(CXCL12)购自广州赛国生物科技有限公司。Jurkat T细胞是南方医科大学捐赠的。BCA蛋白检测试剂盒从碧云天公司购买。
扫描电子显微镜(SEM)：图像记录在S-4800仪器上(日本日立high77技术公司)和Phenom ProX(与能谱联用)。倒置荧光显微镜：采用Nikon-Ti2-A拍摄细胞趋化。酶标仪：Synergy2 multimode reader(BioTeck,US)。高斯计：测量磁场强度。转动电机：与磁铁配合，提供旋转磁场。纳米粒度仪：Malvern Nano-ZS90 Zetasizer仪器。万能拉力实验机：CMT1104，郑州科泰电气设备有限公司。
实验方法：
1、PVA@Fe3O4水凝胶马达的合成
将1.6685g PVA(35wt％)和0.0763g三聚氰胺(1.5v/wt％)溶解在5mL去离子水中。然后，向水中加入Fe3O4。完全溶解后，将混合物为快速转移到加热的挤出机中，并通过挤出到固定在旋转体上的注射针头上而成形为螺旋结构。当水凝胶交联并固化时，螺旋水凝胶被成功制备并从模具中取出。水凝胶通过冷冻/解冻进行处理。水凝胶能够被冷却到-20℃持续1h，然后在室温下解冻至少12h。该过程可以重复至少3个周期。最后，PVA@Fe3O4水凝胶马达(命名为：PVA@Fe3O4 HMs)能够保持螺旋结构。
2、PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达的合成
在PVA@Fe3O4 HMs的制备之后，PVA@Fe3O4 HMs被剪切，每段确保两个或三个螺旋。然后，在室温下用10μl，浓度为0.5mg/mL的趋化因子CXCL12溶液浸泡一个PVA@Fe3O4HM。浸泡过程中，CXCL12负载在PVA@Fe3O4 HMs凝胶孔中，最终，PVA@Fe3O4@CXCL12HMs被制备并从溶液中移除。
3、PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达的结构表征
用于确认微马达的螺旋结构以及包含的多空水凝胶结构，明场图，荧光图和叠加图像的RhB/PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs采用Nikon倒置荧光显微镜，曝光时间分别为70ms(明场通道)和30ms(红色荧光通道)。体式显微镜拍摄水凝胶马达的运动。扫描电镜图像是用S-4800仪器在10Kv加速电压下获得的。
4、PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达的磁性能表征
在磁场强度范围为±1.5T，室温，默认扫描速率，不需要初始磁化曲线的条件下，使用振动样品磁测法(VSM)评估马达的磁性。
5、PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达的力学性能表征
在室温下，用电子万能材料试验机测试了电机的机械性能。样品的原始规格长度、厚度和宽度分别为26mm、0.01mm和0.2mm。
6、PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达的运动特性
PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs在去离子水和细胞培养基(RPMI 1640)中评估马达的运动轨迹。一台电子目镜与电脑配合，与体式显微镜相连，拍摄水凝胶马达的运动。然后利用S-EYE软件，对PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs运动进行了观察和记录。利用Image J插件手动跟踪和趋化工具，根据前面研究，计算出微马达的运动速度和方向性。
7、CXCL12浓度的测定
BCA蛋白检测试剂盒测定CXCL12浓度，步骤如下：
a.加入0.8mL蛋白质标准溶液(20mg BSA)，制备25mg/mL蛋白质标准溶液。配制后可立即使用，也可在-20℃下长期保存。
b.取适量25mg/mL蛋白质标准品，稀释至最终浓度0.5mg/mL。
c.根据样品数量，将1体积的BCA试剂b(50:1)加入50体积的BCA试剂a中，制备BCA工作液，工作液在室温下24h内稳定。
d.向96孔板中加入0、2、4、8、12、16、20μl标准品，并将标准品稀释至20μl。
e.在96孔板中加入适量样品，再加入标准稀释液至20μl。
f.每孔加入200μl BCA工作液，置37℃下放置30min。
g.在562nm处测定吸光度，根据标准曲线计算样品蛋白质浓度。
8、Jurkat T细胞的培养
Jurkat T细胞在含0.5％胎牛血清(FBS)的RPMI 1640细胞培养基中孵育。然后用细胞核燃料(Hoechst 1022)对Jurkat T细胞染色8min。之后，用混合有0.5％FBS的RPMI1640细胞培养基洗涤预染色的Jurkat T细胞三次，以去除残留的Hoechst 1022。
9、趋化模型的建立
首先，用一侧封闭的通道(实际使用为医用塑料管)阻止通道内无细胞的细胞介质与通道外有细胞的细胞介质之间的对流。然后，将通道(底侧)固定在细胞培养皿的底部。随后，用注射器从通道底部注射含有0.5％FBS的RPMI 1640细胞培养基。最后，用含有0.5％FBS的1640细胞培养基，将含有预先染色的Jurkat T细胞在通道外的细胞培养皿培养。
10、Jurkat T细胞的趋化性
将预染色Jurkat T细胞与PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs在含有0.5％FBS的RPMI 1640细胞培养基中孵育12h。每4h观察细胞的趋化性。PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs在磁场操作下移入空通道。然后Jurkat T细胞在CXCL12趋化因子释放后被募集到靠近PVA@Fe3O4@CXCL12HMs的通道中。对照组是一个含有PVA@Fe3O4 HMs和Jurkat T细胞的空通道。
11、Jurkat T细胞的趋化性表征
荧光显微镜观察马达：用倒置荧光显微镜，分别用4×物镜和荧光滤光片，分别采集蓝光和绿光激发的明场、荧光和叠加图像。曝光时间分别为40ms(明场通道)、30ms(蓝色通道)。
实验结果：
其中PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs无线操纵T细胞趋化性的示意图见图1。
1、PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的合成
一种容易制造和通用的装置来制造螺旋水凝胶马达，如图2所示。在该体系中，PVA(分子量145000g/mol，35wt％)、三聚氰胺(作为交联剂，1.5wt％)和Fe3O4纳米粒子在92℃混合并挤出到旋转模板(不同直径的注射器针头)上。PVA的最佳浓度为35％。高浓度的PVA可以增加螺旋水凝胶的强度，因为结晶PVA的含量较高，但也会增加挤出困难，因为粘度增加。高混合温度允许溶解更高含量的PVA，因此凝胶更强。三聚氰胺作为物理交联剂，通过三聚氰胺和PVA链的羟基侧基之间形成的氢键使聚乙烯醇水凝胶相互连接。螺旋微纤维可以高速、大规模地连续生产。作为美国食品和药物管理局(FDA)批准的聚合物，PVA在三聚氰胺存在下形成氢键水凝胶，具有良好的生物相容性和生物降解性。
通过调整转速和针直径(范围从200μm到8mm外径)，可以很好地控制螺旋节距和直径。考虑到血管的大小，后来针的直径被确定为200μm。引入了冷冻/解冻步骤来进一步强化PVA水凝胶，这对保持螺旋形状至关重要。螺旋的总长度可以通过手工切割来控制。所获得的螺旋水凝胶马达(直径300μm，间距800μm，长度2.5mm)的尺度与直径0.2～0.3mm的小动脉的尺寸非常匹配，具有生物医学应用的前景。同时，PVA水凝胶孔保证了磁性纳米粒子的高容量，从而保证了磁场的驱动和方向控制。这种目标导航对于水凝胶马达迁移到预定的模型病变部位和引导T细胞趋化至关重要。然后，将水凝胶浸泡在趋化因子CXCL12溶液中2h后，水凝胶孔中的趋化因子CXCL12仍能保持水凝胶马达的螺旋结构。从溶液中取出CXCL12负载的水凝胶马达(即PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs)并风干。
2、PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的结构表征
然后确认水凝胶马达的螺旋结构。通过扫描电子显微镜(SEM)扫描结构，图3为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs不同角度的扫描电镜图像，其中图3中A图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的扫描电镜图，比例尺＝300μm，图3中B图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs前端的扫描电镜图，比例尺＝200μm，图3中C图为体式显微镜拍摄的PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的整体螺旋结构图，比例尺＝2mm。
图4为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的俯视SEM图像和相应的能量色散X光(EDX)映射结果。图4中A图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的俯视图，图4中B图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs中碳的分布，图4中C图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs中氮的分布，图4中D图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs中氧的分布，图4中E图为PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs中铁的分布，图4中F图为PVA@Fe3O4@CXCL12HMs中硫(蛋白质的特征元素，CXCL12)的分布，相应的能谱如图4中G图所示，指示了PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的特征元素。
而对于PVA@Fe3O4 HMs对照组(无趋化因子)，结果如图5所示，图5中A图为PVA@Fe3O4HMs的俯视SEM图像，图5中B图为PVA@Fe3O4 HMs中碳的分布，图5中C图为PVA@Fe3O4HMs中氮的分布，图5中D图为PVA@Fe3O4 HMs中氧的分布，图5中E图为PVA@Fe3O4HMs中铁的分布，图5中F图为相应的能量色散X光(EDX)映射结果。可以看出，PVA@Fe3O4HMs中没有硫元素。
这些结果表明PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs在水凝胶孔中成功负载了Fe3O4纳米粒子和蛋白质趋化因子。如图6中A图所示，通过扫描电镜清晰地观察到水凝胶上的水凝胶孔，提供了趋化因子的高负载能力。通过Image J软件，分析水凝胶孔径，给出孔径分布。在图6中B图中，平均孔径被确定为1.5±1μm。如图6中C图所示，这种孔径为平均直径为53±11nm的Fe3O4提供了容量。作为一种蛋白质，较小尺寸(仅8-10kDa)的趋化因子也可以装载在水凝胶孔中。通过在水凝胶形成过程中共同负载罗丹明B，也可以通过倒置荧光显微镜观察到水凝胶马达的螺旋结构，如图7所示。在荧光图像中，来自水凝胶马达的红色荧光是不均匀的。这是由于水凝胶马达的螺旋结构导致水凝胶马达不能在显微镜下聚焦在同一层上。这种不均匀性也是三维螺旋结构的证明。螺旋水凝胶马达的立体显微镜图像如图3中C图所示。
3、PVA@Fe3O4 HMs的磁性能表征
在磁场强度为1.5T的情况下，使用振动样品磁测法(VSM)评估马达的磁性。CXCL12不影响磁性能测试，因此采用PVA@Fe3O4 HMs进行测试，结果见图8，从图8可以看出，在-15kOe≤H≤15kOe的范围内，含有Fe3O4的水凝胶马达的矫顽力(Hc)、磁饱和(Ms)、剩余磁化强度(Mr)为86.145Oe、1.231emu/g、0.049emu/g，纯的Fe3O4的Hc、Ms、Mr为68.723Oe、99.038emu/g、7.625emu/g。说明在该系统中使用的材料是顺磁性的，保证了PVA@Fe3O4 HMs在磁场下的导向。
4、PVA@Fe3O4 HMs的力学性能表征
PVA@Fe3O4 HMs的应力-应变曲线见图9，其中曲线1代表PVA@Fe3O4 HM1的应力-应变曲线，曲线2代表PVA@Fe3O4 HM2的应力-应变曲线，曲线3代表PVA@Fe3O4 HM3的应力-应变曲线，曲线4代表PVA@Fe3O4 HM4的应力-应变曲线，数据统计见表1。
表1PVA@Fe3O4 HMs的力学性能表征
Figure BDA0002996889530000071
Figure BDA0002996889530000081
从表1中可以看出，PVA@Fe3O4 HMs的最大强度、断裂伸长率和拉伸强度的平均值分别为1.787N、164.4％、0.894MPa。大鼠、小鼠、牛和人的软骨、骨骼肌、甲状腺癌和脊髓显示出从最小17Pa到最大310MPa的强度。PVA@Fe3O4 HMs的平均拉伸强度在此范围内。
基于这些结果，除了生物相容性，PVA@Fe3O4 HMs的机械性能可以允许生物应用。上述结果证实了PVA@Fe3O4 HMs和PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的成功制备，并表明了进一步磁处理和生物应用的潜力。
5、PVA@Fe3O4 HMs的运动特性
在确定了螺旋水凝胶结构后，进一步探索了聚乙烯醇水凝胶马达的运动性能。螺旋水凝胶马达的运动由磁场驱动，提供高精度操作、安全穿透和快速响应。水凝胶马达由1.3至9.8mT的旋转磁场驱动(由58mmх18mmх8mm的NdFeB磁体产生)。转速接近175rpm/min。吸附CXCL12的水凝胶马达和不吸附CXCL12的水凝胶马达的运动形式和速度是没有差异的，因此PVA@Fe3O4 HMs进行检测，其中去离子水中PVA@Fe3O4水凝胶马达的运动评估如图10所示。其中图10中A图为螺旋马达以“U”型运动模式的轨迹，图10中B图和图10中C图为显示线性运动模式的螺旋马达。可以看出，在旋转磁场的驱动下，观察到水凝胶马达的强烈旋转/平移。磁性水凝胶马达的磁矩与旋转磁场方向耦合。根据螺旋的手性和磁场的旋转方向，螺旋沿着它的体轴旋转，向前或向后移动。旋转磁场产生的扭矩足以帮助电机克服介质的粘性阻力，并演示操纵轨迹。如图10中A图所示，展示了PVA@Fe3O4 HMs的图案“U”的轨迹，在旋转磁场作用下，PVA@Fe3O4 HMs的最高运动速度达到6.3mm/s，如图10中B图和图10中C图所示。
此外，可以操纵PVA@Fe3O4 HMs在RPMI 1640细胞培养基中进出受限通道，其中细胞介质中PVA@Fe3O4水凝胶马达的运动评估如图11所示，其中图11中A图为细胞介质中PVA@Fe3O4水凝胶马达的运动评估，图11中B图为螺旋水凝胶马达在通道2中呈线性运动模式的轨迹。可以看出，在旋转磁场(175rpm/min)下，PVA@Fe3O4 HMs可以被操纵以在细胞培养基中以预定路径移入和移出细胞培养基中的通道。
这些马达在去离子水和细胞介质中的典型轨迹分别如图12中A图和图12中B图所示。统计结果见表2。
表2PVA@Fe3O4水凝胶马达在去离子水和细胞介质中的速度和方向性汇总
Figure BDA0002996889530000091
可以看出，与PVA@Fe3O4 HMs在去离子水中的运动相比，运动模式没有明显差异，在相同的旋转磁场强度下，速度从3.7±2.3mm/s略微下降到2.5±1.5mm/s。使用了两个参数：平均速度和方向性来定量评估定向运动。PVA@Fe3O4 HMs的平均速度约为3.7±2.3mm/s。方向性是运动直线度的量度，由欧几里德距离除以累积距离的平均值计算得出。PVA@Fe3O4HMs在去离子水和细胞介质中的方向性分别为0.61和0.91，确保了优异的运动可控性。PVA@Fe3O4HMs在细胞介质中的速度为2.5±1.5mm/s，由于细胞介质的粘度较高，略低于去离子水中的速度3.7±2.3mm/s。然而，这些马达在细胞介质的收缩通道中的方向性比不在自由水中的马达稍大，表明有限的空间可以改善运动的方向性。这些结果表明，磁场驱动的PVA@Fe3O4 HMs可以在狭窄的血管状通道中保持稳定的运动和目标导航，这对于完成耗时且精确的任务非常重要。以上结果表明，PVA@Fe3O4 HMs可以远程精确控制。
6、水凝胶马达对T细胞趋化性的评价
接下来评估了运动平台引导T细胞趋化性的可能性。趋化因子(趋化细胞因子)因其在免疫反应和指导免疫细胞迁移中的重要作用而受到广泛关注。内皮细胞，甚至募集的免疫细胞都可以分泌趋化因子，并增强特定T细胞亚群对病变部位的募集。为了评估T细胞群是否可以被引导和募集到预定的靶位点，用含有Jurkat T细胞的培养皿和放置在中间的模拟血管的收缩通道建立了趋化性模型。通道的一侧是密封的，以防止通道内外的对流。然后，在马达系统的温和添加后，在旋转磁场下，负载趋化因子的PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs将其围绕体轴的旋转转化为移螺旋运动，并移动到通道内的预定位置。作为对照组，PVA@Fe3O4HMs在旋转磁场的控制下进入通道。然后用倒置荧光显微镜记录细胞行为，结果如图13所示。
其中图13中A图为PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达在4h后引导和导向的Jurkat T细胞行为，图13中B图为PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达在8h后引导和导向的Jurkat T细胞行为，图13中C图为PVA@Fe3O4@CXCL12水凝胶马达在12h后引导和导向的Jurkat T细胞行为。图13中D图为用PVA@Fe3O4水凝胶马达(对照组)处理4h后的Jurkat T细胞行为，图13中E图为用PVA@Fe3O4水凝胶马达(对照组)处理8h后的Jurkat T细胞行为，图13中F图为用PVA@Fe3O4水凝胶马达(对照组)处理12h后的Jurkat T细胞行为。并且针对图13中A图～C图和D图～F图，从右到左的显示细胞核被Hoechst 33342染色的细胞、亮区和两幅图像的重叠。图13中G图中G1～G3图分别为图13中图A～图C的放大的蓝色荧光图像。图13中H图中H1～H3图分别为图13中图D～图F的方法蓝色荧光图像。在图14中可以看到水凝胶马达的整个螺旋结构的图像，并且可以观察到水凝胶马达与细胞孵育的初始状态，载有水凝胶马达的通道内在初始状态(0h)下，没有吸引细胞。
通过Image J软件进行细胞计数分析，统计结果见图15，可以看出，接近PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的细胞数量随着时间的延长而增加。图15中显示了增加趋势，4h、8h和12h的细胞数分别为117、150和207。在4h和8h之间，T细胞趋化性变得明显。
此外，从图13中G图还可以看出，细胞集体迁移的前沿越来越靠近PVA@Fe3O4@CXCL12HMs，细胞与水凝胶马达之间的距离越来越短，表明T细胞群趋化性对来自PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的趋化因子信号做出响应。多孔水凝胶提供了装载趋化因子-CXCL12的高容量，并且还允许趋化因子线索的保留释放。
通过BCA蛋白试剂盒测定释放的趋化因子水平，结果如图16所述，其中图16中A图为由BCA蛋白检测试剂盒和CXCL12趋化因子随时间释放的数据拟合的曲线，图16中B图为数据统计。从图16可以看出，标准曲线和样品在562nm处的吸光度。根据该标准曲线，分别在4、8和12h测定PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs的趋化因子浓度为145、237和251ng/mL。诱导细胞趋化的有效趋化因子浓度范围为0.1～0.25mg/mL。水凝胶马达释放的趋化因子浓度在此范围内，浓度随时间增加，证明趋化因子从水凝胶孔中洗脱缓慢。保留的趋化因子信号指导了T细胞群的集体迁移。对于对照组来说，在整个实验期间，在通道内几乎没有观察到细胞。结果表明，无线控制的PVA@Fe3O4@CXCL12 HMs可用于指导T细胞趋化性。通过人工设计的趋化因子，显示了T细胞被募集到预定的靶位点。
上述具体实施方式对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种水凝胶马达，其特征在于，所述水凝胶马达包含趋化因子。
2.根据权利要求1所述的水凝胶马达，其特征在于，所述趋化因子为SDF-1或CXCL12，优选为CXCL12。
3.根据权利要求1所述的水凝胶马达，其特征在于，所述水凝胶马达还包含：聚乙烯醇、交联剂、磁性纳米粒子。
4.根据权利要求3所述的水凝胶马达，其特征在于，所述磁性粒子包括Fe3O4纳米粒子；所述交联剂包括三聚氰胺。
5.权利要求1～4任一项所述水凝胶马达的制备方法，包含以下步骤：
S1：将聚乙烯醇、磁性粒子、交联剂和水混合溶解后挤出到旋转体上形成螺旋结构；
S2：将步骤S1得到的螺旋结构冷冻/解冻后浸泡于趋化因子溶液中即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述趋化因子溶液的浓度为0.4～0.6mg/mL。
7.权利要求1～4任一项所述水凝胶马达在引导T细胞趋化中的应用。
8.权利要求1～4任一项所述水凝胶马达在靶向给药中的作用。
9.一种T细胞趋化模型，其特征在于，在细胞培养基中添加权利要求1～4任一项所述水凝胶马达。
10.根据权利要求9所述的趋化模型，其特征在于，所述细胞为表达趋化因子受体的细胞。
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