神经突起延伸引导装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其是利用于基材上设计间断式的神经路径引导分子材料，达到引导并加速神经细胞轴突的延伸速度，缩短神经网络连结或再生的时程。本发明专利技术亦揭露一种利用微接触压印方法制备该神经细胞生长装置的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种可引导及加速神经细胞突起生长的装置及其制造方法，可用以做为神经细胞的培养与神经组织再生。
技术介绍
人体的各种感觉、行动、思考、情绪乃至于脏器的运作，皆由神经系统来负责统合与调控，因此只要神经系统的任何部位发生损伤或病变，皆会造成患者生活上极大的不便，甚至深深影响意识与精神状态，由此可见，任何可以维持神经组织系统正常运作的相关技术与产品的重要性与迫切性。 神经系统生理功能的运作由神经细胞执行，神经细胞在结构上分为细胞本体(soma)与细胞突起(processes)二部分，其中细胞突起的部分又分为轴突(axon)与树突(dendrite)。轴突负责传送信息至另一神经细胞，树突则负责接收其它神经细胞所传递而来的信息。神经细胞突起的末端有一隆起的构造，称为突触(synapse)。突触为神经细胞之间相互接触的部位，神经细胞利用此一部位分泌神经传递物质(neurotransmitter)刺激另一株神经细胞，同样的，另一株神经细胞亦利用此一结构接受神经化学物质的刺激，引发细胞体内一连串的信息传递作用而反应的。 成熟的神经系统内，有二项主要维持其基本功能的标准需求首先神经细胞必须位于其特定位置，此外神经突起(即轴突与树突)或是突触的连结必须正确。神经细胞所处的位置及其所联结的标的并非随机产生，而是经由一连串分化与发育过程而形成。发育过程中个别神经细胞有其不同的移动路径，以使细胞位于特定的位置。除了细胞位置外，神经细胞之间的连结亦需要正确，这仰赖发育过程中轴突末端的生长点(growthcone)沿着特定路径延伸，最后与其标的(target)接触，再分化成为突触。不同生长点有其延伸的路径，典型的生长点的外形上有一些小触须(microspike)是由肌纤维蛋白(actin)所支撑的构造，生长点即是通过由这些小触须的伸长或缩短来向前延伸或是改变延伸的方向。 神经轴突生长点的延伸不只于发育过程扮演重要角色，当神经组织受损之后，神经轴突生长点的再生路径搜寻与标的连结，亦是受损神经功能恢复与否的重要关键。因此，神经轴突延伸(或再生)与生长点的路径搜寻(path-finding)机转如能被充分了解，将可于神经组织工程
中协助开发神经组织工程相关产品，例如神经再生引导基材型式设计与神经再生引导活性分子的专利技术；同时，亦可以将轴突与生长点的生长特性分析运用于神经系统相关药物的开发。 研究神经轴突生长点的延伸机制一直是神经科学领域一大重要课题，从文献资料中得知，已经有相当多的科学家尝试运用目前最新的材料与微机电技术于神经细胞体外培养上，通过此达到引导神经轴突依一定方向生长，形成特定型式神经网络的目的，同时也方便纪录神经轴突生长的各项参数，并利于神经细胞膜电位与神经传导物质分泌的分析。目前在这一方面研究投入与产出最多的单位为德国的Max Planck Institute，其主要的技术开发方向包含1.特定结构的硅芯片基材加工(fabrication of patterned silicon chip)、2.将神经路径引导分子以一定型式固定在基材上(surface modification with neuronalpath-finding molecule)、3.将体外培养的神经组织或细胞培养在材料上，形成神经细胞网络。惟其发展的技术只提供神经细胞网络的基本架构，科学家在体外神经细胞网络建构上仍有许多瓶颈尚待突破，例如1.如何突破神经细胞与材料界面的联系，以充分接收并刺激神经细胞信息传导2.如何延长神经细胞在相关基材上培养的存活时间，以提高运用的效率3.如何建构一实时的神经轴突生长检测系统，以充分掌握神经轴突延伸的机制4.如何设计神经细胞网络芯片，以符合神经药物筛选、神经组织再生引导、与神经信息传导刺激/接收的运用，以及5.如更有效引导神经轴突生长延一定路径延伸。 在神经细胞培养与再生
中，已知美国专利公开号20030032946技术中是利用50～100纳米宽的凹槽，用以引导神经轴突的速结，以应用于组织内与神经网络连接。此外在L.Lauer et al.2002，“Electrophysiological recordings of patterned ratbrain stem slice neurons”所发表的技术论文中，揭露不同宽度与连接点(线宽2～6微米、结点直径大小10～20微米)的设计，其是将蛋白质以特定型式涂布于培养基材上，然而前述技术的引导分子材料是为一连续式的神经引导路径或于特定节点加强引导分子涂布区域，这与本专利技术的神经细胞生长装置之间断式引导分子型态显然不同。 传统的神经细胞培养装置或方法大多以连续式神经细胞引导路径的设计或是改变基材上的涂布材料，而培养时间需花费较长，因此开发一种可快速促使神经细胞再生与延伸的装置是为重要的课题。
技术实现思路
为有效促进神经细胞的生长与再生，通过以控制神经细胞轴突的延伸，本专利技术是通过由基材表面微结构的设计形式，使基材得以运用于神经细胞培养或神经再生引导，加速神经轴突的延伸速度，缩短神经网络连结或再生的时程。 本专利技术的目的是提供一种神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其是包含一基材，其是具有一表面，可允许神经细胞粘着成长于其上；及一引导分子材料，其是位于前述基材表面，用以引导神经细胞轴突成长；其中前述引导分子材料的分布是至少一部分为间断式的型式。较佳地，前述引导分子材料的分布是为间断式的线条或不连续的区块的线条，其宽度是为2～10微米，且每20～100微米的长度间具有一2～15微米之间隔。前述装置的基材上亦可进一步包含神经细胞培植区。 本专利技术的另一目的是提供一种神经细胞生长或神经突起延伸引导装置的方法，其步骤是包含(a)提供一微压印图章，该微压印图章上具有间断式的图案；(b)将引导分子材料形成于微压印图章上；(c)将步骤(b)的微压印图章覆盖于一基材上，以将引导分子材料转移至基材上；及(d)将微压印图章与基材分离，即可获得具有引导分子材料的神经细胞生长装置，且该装置的引导分子材料的分布至少一部分为间断式的型式。 本专利技术的再一目的是提供一种利用前述神经细胞生长或神经突起延伸引导装置培养神经细胞的方法，其步骤包含提供一欲培养的神经细胞；将神经细胞置于本专利技术的神经细胞生长或神经突起延伸引导装置的引导分子材料上；及将前述装置置于适合神经细胞生长的环境进行神经细胞生长或神经突起延伸的培养。 利用本专利技术的神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其引导分子材料是为间断或不连续的型态，以其进行神经细胞培养或神经再生引导时，不仅可控制神经轴突生长方向，同时可加速神经轴突的延伸速度，故可应用于神经细胞培养、植入式神经细胞芯片、体外神经网络建构、神经再生引导基材及神经组织修复鹰架。 附图说明 图1A是为具备直线与圆形细胞培植区结构的微压印图章；图1B是为具备直线与间断式直线结构的微压印图章；图1C是为具备间断式直线结构的微压印图章的表面电子显微镜影像图；图2A是为本专利技术的具有间断式引导分子材料型态的神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其中间断式的引导分子材料型态是为每10微米接续5微米之间断裂口；图2B是为本专利技术的具有间断式引导分子材料型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其特征在于包含：一基材，其是具有一表面，允许神经细胞粘着成长于其上；及一引导分子材料，其是位于前述基材表面，用以引导神经细胞轴突成长；其中前述引导分子材料的分布是至少一部分为间 断式的型式。

【技术特征摘要】
1.一种神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，其特征在于包含一基材，其是具有一表面，允许神经细胞粘着成长于其上；及一引导分子材料，其是位于前述基材表面，用以引导神经细胞轴突成长；其中前述引导分子材料的分布是至少一部分为间断式的型式。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导分子材料的分布是为间断式的线条。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导分子材料的分布是为不连续的区块。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述间断式的线条其宽度是为2～10微米。5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述间断式的线条其每20～100微米的长度间具有一2～15微米之间隔。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导分子材料包含蛋白质、胜肽、神经传导物质、生物兼容性复合材料或其混合物。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基材的表面可进一步先利用蚀刻法或沈积法制作具有间断式型式的神经轴突引导路径，用于使引导分子材料涂布于其上。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导分子材料是可通过由化学固定、涂布方式、喷墨方式或微接触压印方式附着于基材表面上。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基材上可进一步包含一神经细胞培植区。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基材的表面是可进一步包含化学引诱剂因子、粘着分子、相斥分子及表面轮廓线材。11.一种制备神经细胞生长或神经突起延伸引导装置的方法，其特征在于，包含(a)提供一微压印图章，该微压印图章上具有间断式的图案；(b)将引导分子材料形成于前述微压印图章上；(c)将前述步骤(b)的微压印图章覆盖于一基材上，通过以将引导分子材料转移至基材上；及(d)将前述微压印图章与基材分离，即可获得具有引导分子材料的神经细胞生长或神经突起延伸引导装置，且该装置的引导分子材料的分布至少一部分为间断式的型式。12.如权利要求11所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈欣欣，骆婉珣，林奇宏，刘宏文，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]