用于細胞或組織培養的三維結構的制作方法
【專利說明】用于細胞或組織培養的Ξ維結構 巧關申請
[0001] 本申請要求申請號為61/832, 074,申請日為2013年6月6日的美國專利申請的優 先權，該美國專利申請的內容全部引入本申請。
【背景技術】
[0002] 現有用于細胞或組織培養的標準裝置是已經用了幾十年的二維塑料盤。但是，運 種二維塑料盤不能模仿自然的細胞外基質環境。與二維細胞培養系統相比，在=維細胞培 養系統里的細胞的活性和細胞形狀更接近于體內的細胞活性和形狀。因此，特別是由于近 來生命科學的發展，例如再生性藥物或治療的研究的發展，增加了對具有Ξ維結構的細胞 培養裝置的要求。
[0003] 現有的聲稱包括Ξ維結構的細胞或組織培養裝置多數由靜電紡絲法制備而成。靜 電紡絲法能夠生產纖維，纖維聚集到一起形成無紡布。但是，運些傳統的電紡纖維裝置在用 于細胞或組織培養時具有許多缺點。例如，電紡無紡布通常具有較小的孔一一孔徑幾微米， 運些孔太小W至細胞不能充分穿過、進入到細胞培養裝置的內部。另外，電紡無紡布太薄， 運些細胞培養裝置不能提供實質上的Ξ維環境。而且，薄的電紡無紡布由于在體內或體外 實驗過程中很容易折疊，很難控制。近來，有研究者將多層無紡布層疊在一起W使電紡無紡 布更厚。但是，分層產生了問題，該問題至今未解決。本發明能夠克服運些缺點。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種含有Ξ維結構的細胞或組織培養裝置，所述Ξ維結構進一步包括 微珠。所述微珠全部或部分地混在纖維內，所述微珠通過化學或物理方式吸附在或吸附到 纖維的表面，或者，所述微珠分散在纖維之間的空隙里。本發明提供的裝置是吸收性裝置或 非吸收性裝置。
[0005] 本申請中，術語"微珠"能夠和"顆粒"互換。
[0006] 在一些實施方式中，本發明的裝置中的Ξ維結構提供了可控制的、開放的（未封 閉的）細胞培養系統。例如，該Ξ維結構是松軟的、含有開口的大孔。
[0007] 在一些實施方式中，本發明的裝置中的纖維在化學成份或物理性質方面可W彼此 相同或不同。同樣的，本發明的裝置中的微珠在化學成份或物理性質方面（例如親水性，機 械強度，生物降解隆，重均分子量，或尺寸大小）可W相同或不同。
[0008] 在一些實施方式中，本發明的裝置中的纖維包括生物相容性或生物降解性材料。 在另一些實施方式中，所述纖維是生物高分子。在一些實施方式中，所述纖維是合成或天然 高分子材料，例如膠原蛋白，凝膠，殼聚糖，和玉米蛋白。
[0009] 在一些實施方式中，所述纖維是低聚物，預聚物，或單體。在一些實施方式中，所述 纖維是高分子材料，例如聚苯乙締，聚締控，多糖，膠原蛋白，凝膠，玉米蛋白，聚乙締化咯 燒酬，徑丙基甲基纖維素，聚環氧乙燒，聚乙締亞胺，聚乙締醇，聚酷胺，或聚氨醋。在一些實 施方式中，所述纖維是脂肪族聚醋。合適的脂肪族聚醋包括聚已酸內醋（例如，聚ε-已酸 內醋），聚乳酸，聚乙二醇，聚二氧六環酬，聚徑基脂肪酸醋，或前述聚醋的共聚物。運些脂肪 族聚醋為經美國食品和藥品監督管理局核準的用于人類臨床使用，例如外科縫線和一些可 植入的裝置的少數合成高分子材料中的一部分。在一些實施方式中，本發明的裝置中的纖 維由適于人體內使用的脂肪族聚醋編織或制備而成。
[0010] 在一些實施方式中，所述纖維是納米纖維。在一些實施方式中，所述纖維經過物 理、化學或生物的表面處理，例如等離子體處理，或，用生物相容性材料處理。
[0011] 在一些實施方式中，本發明的裝置中的微珠是（1)細胞載體；(2)生物活性成份例 如生長因子，分化因子，藥物小分子，生物大分子，或細胞粘著分子的存儲區域或空間；（3) 當裝置浸透飽合，支撐和維持裝置的Ξ維結構；和/或（4)膨脹后打開孔。例如，微珠具有 活性，用W增強細胞的擴散、細胞的粘附、細胞的生長或細胞的分化。
[0012] 本發明的裝置中的微珠是無細胞毒性的。在一些實施方式中，所述微珠包括有機 材料、無機材料、合成材料、或天然材料。例如，全部或部分的微珠由下述材料制得，例如玻 璃，生物活性分子，生長因子，分化因子，細胞粘附分子，藥物小分子，生物大分子，或吸收性 顆粒。或者，微珠包括或混合有生物活性分子，生長因子，分化因子，細胞粘附分子或蛋白， 藥物小分子，或吸收性顆粒。例如，微珠形狀的生物活性分子，生長因子，分化因子，細胞粘 附分子或蛋白，藥物小分子，或吸收性顆粒，能夠在紡絲過程中加入。
[0013] 在一些實施方式中，微珠包括天然材料粉或球，例如膠原蛋白粉，凝膠粉，殼聚糖 粉，或玉米蛋白粉。運些天然材料的來源可W是人類、動物、或植物。
[0014] 所述微珠里包含的合適的生物活性分子包括，但并不限于，生長因子，分化因子， 纖維狀蛋白，粘附蛋白。生長因子包括血管內皮生長因子（VEGF)，膠原蛋白，成骨因子-0， 表皮細胞生長因子巧GF)，血小板衍生生長因子（PDGF)，神經生長因子（NGF)，成纖維細胞 生長因子（FGF)，膜島素樣生長因子（IGF)，轉化生長因子（TGF)。分化因子的例子包括神經 營養因子，集落刺激因子（CSF)，和轉化生長因子（TGF)。細胞粘附分子的例子包括免疫球 蛋白（Ig)超家族的成員，如免疫球蛋白超家族類細胞粘附分子（I拆FCAMS)-整聯蛋白，巧 黏著蛋白，或選擇蛋白。
[0015] 吸收性顆粒（APorAPs)能夠吸收或保存液體（例如，水）。吸收性顆粒吸水后 膨脹，尺寸增大。當吸收性顆粒吸收液體飽和，膨脹的吸收性顆粒使本發明的裝置中的孔變 寬，裝置的總的孔隙度升高。孔的尺寸和裝置的總孔隙度也可W通過裝置中含有的吸收性 顆粒的數量或顆粒的尺寸控制。
[0016] 全部或部分吸收性顆粒包括下述材料或由下述材料制得，運些材料例如聚丙締酷 胺共聚物，乙締馬來酸酢共聚物，交聯的徑甲基纖維素，聚乙締醇共聚物，交聯的聚乙締化 咯燒酬，交聯的聚環氧乙燒，淀粉接枝聚丙締臘共聚物，聚氨醋，聚丙二醇與環氧乙燒的加 聚物，凝膠，硅膠，交聯的葡聚糖（降脂3號樹脂），藻酸鹽，瓊脂，微生物纖維素，改性粘±， 或它們的混合物。
[0017] 在一些實施方式中，本發明的裝置是松軟的厚的無紡布，所述無紡布包括可控制 的微珠結構。運種裝置含有大的開口的孔。在其它一些實施方式中，運種裝置的厚度是大 約0. 5mmto大約20mm;所述微珠的尺寸大于或等于10μm。
[0018] 在一些實施方式中，本發明的裝置中的Ξ維結構進一步包括基層，所述基層具有 至少一個表面，并且，帶有微珠的一種或多種纖維能夠設置于基層的表面上。所述表面可W 是放置纖維和/或微珠的支撐結構。例如，所述基層是薄膜或培養容器。在一些實施方式 中，所述基層包括玻璃、金屬、或塑料（例如，無毒塑料）。
[0019] 本發明的裝置能夠用于離體細胞或組織的培養，特別用于需要更多的細胞擴散的 細胞培養。當細胞懸液加到該裝置上，細胞聚集物可W容易地附著到微珠上。細胞能夠充 分地滲入并增殖進入該裝置中。根據裝置的類型，細胞能夠自由或有序地進入裝置內。在 一些實施方式中，本發明的裝置包括排列成一條線的纖維，細胞沿成排列成一條線的纖維 滲入到裝置內。
[0020] 作為一個特別的例子，本發明的裝置能夠用作或用于神經再生裝置。
[0021] 在一些實施方式中，本發明的裝置或裝置中的纖維由現有的多種方法制得，現有 的方法例如紡絲工藝，包括合適的高分子材料的烙融紡絲、靜電紡絲、氣流紡絲（NGJ)、烙噴 紡絲、壓出紡絲。優選的，本發明的裝置通過靜電紡絲工藝制得。
[0022] 靜電紡絲和