[發明專利]細胞表面微結構3D仿真基質材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811213846.8
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109439644B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 向安;盧茲凡;郭晏海;李永強;楊媛;汪莉;汪欽;葉子晨;翟東升
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: C12N11/089
• 分類號: C12N11/089;C12N11/02;C23C14/34;C23C14/20
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

本發明涉及一種細胞表面微結構3D仿真基質材料及其制備方法，該方法以真實細胞為模版，作為模版的真實細胞經固定、硅化、金屬鍍膜處理，處理后的模版細胞作為結構基質材料，保持了真實細胞的排列序列、外表面整體形態輪廓和細胞外表面上的微結構。本發明建立了一種細胞表面微結構3D仿真基質材料基質材料具有與真實細胞一致的細胞排列方式，以及一致或互補的表面微結構，具有生物兼容性、機械力可控性、透氣性、透光性和表面分子可修飾性，具有適用于后續細胞生物學研究和應用的特征。

技術領域

本發明屬于細胞生物學與生物物理學應用領域，具體涉及一種細胞表面微結構3D仿真基質材料及其制備方法。

背景技術

細胞與基質作用研究涉及物質、信號與能量交換等多個方向 [Chem Soc Rev 43(8):2385-401(2014).]。目前報道較多的是細胞或組織受到二維（Two- dimensional，2D）或三維（Three-dimensional，3D）材料表面拓撲結構、材料類型、修飾分子以及在外加力學刺激下的細胞相關的功能生物學研究與生物醫學應用。由于真實生物體當中的細胞處于一個3D的環境之上，其與周邊基質環境和外界力學作用后的生物機能與物質變化與2D基質有明顯差別。研究表明，基質材料表面3D結構對諸如細胞粘附、遷移、增殖、信號傳導、細胞分化和重編程等細胞功能具有顯著調節作用[Cell 126, 677–689 (2006)；NatureMaterial. 9,82–88 (2010)；Nano Letter. 7, 2122–2128 (2007)；Cell Stem Cell 5,17–26 (2009)；Nat Material 2013, 12: 1154-62.；Nature Communication.3,866(2012)；Nature Review.10,75–82 (2009)]。更重要的是，這些功能在諸如組織傷口愈合、組織或細胞重塑、腫瘤生長、細胞分化與再生等廣泛的復雜生物學過程中具有緊密相關的影響。例如，一些研究表明細胞所處的3D結構基質材料的生物機械力學特征能幫助調節胚胎干細胞（ESC）維持、成體干細胞的自我更新、成體細胞的表觀遺傳修飾和細胞重編程[Chem. Soc. Rev.,2010, 39, 354–378.；Angew. Chem., Int. Ed., 2009, 48, 6465–6468.；Adv. Mater., 2007,19, 3119–3123.；ACS Nano, 2013, 7, 4785–4798.；Nat.Nanotechnol., 2008, 3, 434–439.；Nano Lett., 2012, 12, 3881–3886.；Curr. Opin.Cell Biol., 1998, 10, 566–571.]。另外，3D結構基質材料有助于實施諸如循環腫瘤細胞等稀有細胞的無抗體依賴的粘附性俘獲與分離[ACS Nano, 7(1): 566-575(2013)；BMCCancer, 16: 614(2016).；Angew. Chem., Int. Ed., 2009, 48, 8970–8973；NPG AsiaMater., 2013, 5, e63.；Biomaterials, 2006, 27,6043–6051]，促進血小板依賴性粘附收集[Angew.Chem., Int. Ed., 2009, 48, 6465–6468.；J. Am. Chem. Soc., 2009,131, 10467–10472.；Small, 2005, 1, 959–963.]，協助藥學進入細胞[Nano Lett.,2009, 9, 716–720.；ACS Nano, 2012, 6, 7832–7841.]。因此，構建3D的生物介面材料表面可為細胞生物學研究提供一個有利于研究生命新現象，促進細胞相關的功能生物學研究與生物醫學應用的研究平臺。目前，常用的3D結構包括由一系列材料包括諸如多聚二甲基硅氧烷PDMS、PS、聚乳酸聚乙醇酸共聚物（PLGA）二氧化硅（SiO2）、硅晶、石墨、金屬鈦、金等基質通過人工設計圖案進行物理或化學的刻蝕、灌模或由直接沉積、拉伸、擠壓等反應構成的包括諸如纖維絲、微球、微管、微簇、微孔、微柱等規則陣列或無規則粗糙表面微結構[Chen, Adv. Mater., 2007,19, 3119–3123.；ACS Nano, 2013, 7, 4785–4798.；Angew.Chem., Int. Ed., 2009, 48, 6465–6468.；Soft Matter, 2011, 7,8642–8649.；ChemSoc Rev, 2014，43(8): 2385-2401.]。上述各類材料構建的多種3D表面結構實現了與真實生物體內表面結構在微納尺度上的一致性，但仍然無法實現對細胞或組織所處的真實3D表面的仿真。