[發明專利]用于三維細胞培養的基底、其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201611128638.9
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN107304409A
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 申亞京;戴高樂;萬文鋒
• 申請（專利權）人: 香港城市大學
• 主分類號: C12N5/00
• 分類號: C12N5/00;B32B9/00;B32B9/04;B32B17/06;B32B27/06
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 嚴政,劉依云

技術領域

本發明提供了一種適合作為三維細胞培養的基底的層狀材料。所述層狀材料包括含有酞菁氧鈦的光導層。本發明還涉及一種用于生產所述層狀材料的方法以及包括該層狀材料的制品。本發明還提供了一種用于形成三維水凝膠以及用于形成三維細胞培養的方法。本發明還關于由本發明的方法分別可獲得的層狀材料和三維水凝膠以及三維細胞培養的應用。

背景技術

在二維細胞培養中，細胞是在表面上生長的，但是在三維細胞培養中，細胞是被相應的基底完全地包圍著的，這種在維數上的改變顯著影響了細胞環境的許多方面，即三維細胞培養能夠提供更自然的環境來為培養細胞，由此三維細胞培養對于實驗研究和臨床應用而言是是很重要的技術。與傳統的細胞培養相比，三維細胞培養尤其提供了更準確的方法以闡明在自然環境中的細胞活性。用于這種三維細胞培養的各基底材料和包埋細胞的方法(即用于形成含有細胞的基底材料)不準損害包埋在其中的細胞并且不準不利于包埋在其中的細胞。因此，用于準備這種三維細胞培養的材料和方法是有所限制的。

隨著生物醫學和組織工程的快速發展，對細胞友好的三維細胞外基底材料的結構變得迫切需要。近幾十年來，已經提出了用于在體外三維細胞培養的幾種類型的基底材料，包括微孔和納米纖維材料等基于天然來源的或合成的聚合物(包括作為水溶性聚合物的三維交聯材料的水凝膠)。

由于低且有限的效率和靈活性，應用于制備目前的三維細胞培養的多數方法仍處于初級階段并且離商業化或大規模可用性有相當的距離。在這方面提出的技術包括立體光刻法、3D印刷、磁珠操作和3D-模塑。立體光刻方法采用激光逐層固化相應的基底材料以最終形成用于細胞培養的三維結構。在工業規模上而言，該方法在提供三維細胞培養方面是低效率的，并且應用的紫外光可能對細胞造成潛在的損害，并導致細胞中蛋白質的變性。此外，這種技術需要昂貴的設備。三維印刷以及迄今為止所報道的精細控制技術也遇到了若干缺點，例如，現有的精細操作技術具有低的效率。由于3D-鑄造或模塑的再現性和穩健性，它被認為是最為可行的方法之一。負載有細胞的水凝膠在三維模具(也被稱為掩膜，由諸如聚二甲基硅氧烷的材料制成)中形成。與其他常見的3D-制備技術例如光刻、3D-繪圖及3-D印刷相比，3D-鑄造能夠產生一系列不同模式。然而，由于模具在制備之后不能或幾乎不能改變，這種方法缺乏根據實際需要同時在形狀和高度上適應三維水凝膠的靈活性。

最近，用于基于電沉積制備三維水凝膠的方法已經被報道(Betz,J.F.et al.,Lab Chip 2013,13:1854,Shi,X.-W.et al.,Adv.Funct.Mater,2009,19:2074,Cheng Y.et al.,Lab Chip,2011,11:2316)。然而，電極圖案必須通過昂貴且耗時的精密加工預先制備，并且一旦制備就很難改變三維水凝膠的形狀。另一種已報道的方法通過在氧化銦錫玻璃板上沉積重摻雜的氫化非晶硅(n⁺α-Si:H)和未摻雜的α-Si:H材料上形成光導板(Huang,S.-H.et al.,Biomicrofluidics,2011,5:034109)。這種多層板能夠通過調整可見光投射暫時觸發在基底上的電極圖案。然而，這種多層板的制備仍需要在清潔室中，以高度專業且昂貴的精密加工來進行。此外，α-Si:H板對所施加的電場具有低物理耐受性的顯著缺點，這導致了高的失敗率。因此，由于關于光導材料和復雜加工過程這兩者的顯著缺點，所述方法還遠未成熟。

因此，3-D模塑和電沉積方法對于形成三維細胞培養已顯示出了一些效用。然而，所需模具或圖案化電極的制備不能避免在清潔室中復雜的精密加工。因此，這些技術的應用還僅限于小實驗室規模。

因此，仍然強烈需要能夠分別用于形成三維基底材料和三維細胞培養的手段和方法，這些手段和方法特別能夠以具備成本效益、快捷和易于操作的方式提供具有多種尺寸和高度的不同三維模式，并且其適用于數種細胞類型以及三維基底材料和細胞培養的高規模化生產。特別地，迫切需要能夠小規模選擇和培養特定的靶細胞的方法和手段。

發明內容

本發明第一方面提供了一種用于制備特別適合作為三維細胞培養基底的層狀材料的方法。本發明的所述方法包括步驟(i)：提供第一電導體。所述第一電導體包括第一透明載體層和設置在第一透明載體層上的第一透明導電層。本發明的方法包括另一步驟(ii)：施加光導層至第一導體的第一透明導電層的與對著第一透明載體層的表面相反的表面上。所述光導層含有光導化合物，其中，光電導化合物包括酞菁氧鈦(TiOPc)。