中文摘要：

针对体外培养过程中如何维持干细胞生理功能这一问题，本课题以造血干细胞为研究对象，从细胞、分子以及工程学层面研究了体外培养环境对造血干细胞生理功能的影响。首先以NOD/SCID小鼠为模型结合基因表达差异分析，探讨了培养模式对扩增后造血干细胞生理功能的影响，发现动态培养更有利于维持造血干细胞的生理功能。基因表达分析表明，与抗氧化和细胞应激响应相关的基因在静态培养的造血干细胞中高表达，提示静态培养模式可能诱导造血干细胞发生了氧化应激作用。据此，使用抗氧化剂调节培养过程中细胞内活性氧水平，研究了活性氧与细胞扩增与功能的关系以及造血干细胞体外培养过程中氧分压对胞内活性 氧水平的调控机制，探讨和分析了胞内抗氧化体系对环境氧分压的响应，得出活性氧在造血干细胞扩增和分化的平衡中可能扮演着重要角色的结论。最后，研究了流体剪切力对造血干细胞体外扩增过程的影响，发现层流流体剪切力有可能影响造血干细胞向不同谱系分化。根据以上的研究结果，开发了一种新型的适用于造血干细胞体外培养的小型反应器。以上结果可为优化造血干细胞体外培养过程以及优化生物反应器设计操作参数提供科学依据。