含有细胞和组织培养的纳米纤丝结构和应用制造技术

公开了用于细胞培养和组织工程的纳米纤丝结构。纳米纤丝结构可用于各种应用，包括用于增殖和／或分化细胞以及制备组织的方法。还公开了改良纳米纤维，包含脂质、亲脂性分子或化学修饰表面。纳米纤维可用于各种应用，包括形成用于细胞培养和组织工程的纳米纤丝结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于细胞培养和组织工程的纳米纤丝(nanofibrillar)结构，和用于增殖和/或分化细胞以及制备组织的方法。本专利技术另一方面涉及用于细胞培养的、包含纳米纤维(nanofiber)基质的培养基。本专利技术另一方面涉及改良的纳米纤维，其包含脂质、亲脂性分子或化学修饰的表面。改良的纳米纤维可用于各种应用。在一个应用中，使用改良的纳米纤维可制备用于细胞培养和组织工程的纳米纤丝结构。在另一应用中，使用改良的纳米纤维可制备用于细胞培养的培养基。
技术介绍
体内细胞增殖和分化受细胞间独特的空间相互作用调控。结合特定粘附分子拓扑区别位置的空间插入，和特定体液因子的释放(例如生长和分化因子)，作为细胞增殖，分化，迁移，保持静止状态，或引发细胞凋亡的信号。细胞对这些信号激发(signaling trigger)的应答能力依赖于特定分子表面和细胞内受体的有效性。由这些分子刺激的信号转导途径依赖细胞骨架的组织结构，其中该骨架的结构具有多点细胞表面与这些信号分子、周边细胞(surrounding cell)以及细胞外基质进行相互作用的功能。设计细胞和组织培养环境时，重要的是考虑生长环境应包括细胞的相互作用。细胞类型、空间插入物(spatial cue)，和化学激发物以及调节物在调控相关细胞内的基因表达中发挥重要作用(Li等，2002，FASEB J.，1797-99；Botarro等，2002，Ann.N.Y.Acad.Sci.，961143-153；Kunz-Schughart等，2003，Am.J.Physiol.Cell Physiol.，284C209-C219；Cukierman等，2001，Science，2941708-1712)。过去在细胞和组织培养实践中进展目的在于提供接近组织中体内微环境复杂度的生物化学和物理条件(Cukierman等，2001，Science，231708-1712；Li等，2002，FASEB J.，1797-99；Chiu等，2000，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，972408-2413)。这些努力一直受到包括细胞系用途的因素限制，其中细胞系被持续培养，并根据它们在缺乏空间插入物和化学激发物以及存在于体内组织中的调节物的平面培养表面上的增殖能力进行挑选。近来的研究证实由三维纳米纤丝的空间组织(例如胶原质和胞外基质的其它纤丝元件)产生的独特微环境和纳米环境，对细胞粘附、信号转导和分化功能的类组织模式是必不可少的。细胞在固体平面培养表面上粘附和生长，引起细胞组织模式不同于从体内组织中观察的细胞组织模式(Walpita和Hay，2002，Nature Rev.Mol.Cell.Biol.，3137-141；Cukierman等，2001，Science，231708-1712；Mueller-Klieser，1997，Am.J.Physiol.，C1109-C1123)。当在通常的平面细胞培养表面上生长时，纤维原细胞，例如，呈现高度伸展和粘附形态，其中位于细胞质中的肌动蛋白网络被组织成厚应力纤维阵列。相反，当纤维原细胞在胶原质凝胶中生长或在组织中被观察时，其呈纺锤体形状，带有被组织成皮质环的肌动蛋白(Tamariz和Grinnell，2002，Mol.Biol.Cell，133915-3929；Walpita和Hay，2002，Nature Rev.Mol.Cell.Biol.，3137-141；Grinnell等，2003，Mol.Biol.Cell，14384-395)。此外，相对于在三维细胞培养中生长的癌细胞，在二维细胞培养中生长的癌细胞的药物敏感度表现出显著的差异；对包含化学疗法的癌治疗的设计具有显著影响的结果(Mueller-Klieser，1997，Am.J.Physiol.，273C1109-C1123；Padron等，2000，Crit.Rev.Oncol./Hematol.，36141-157；Jacks和Weinberg，2002，Cell，111923-925；Weaver等，2002，Cancer Cell，2205-216)。细胞培养和组织培养的重大进展，是引入了由非毒性和生物相容的材料组成的基质，被设计成作为支架(scaffold)和用于划分体外和体内细胞的三维空间组织体(美国专利申请号20020133229；美国专利申请号20020042128；美国专利申请号20020094514；美国专利申请号20020090725)。这些方案的目的在于提供生长面，具有类体内组织几何学和微米和纳米环境，以用于细胞增殖和分化为功能性组织或再生受损结构。这些支撑功能细胞的结构可用于各种用途，包括修复或替换体内的受损组织，以及促进新组织和器官的生长。然而，三维细胞和组织培养技术的成功制备，主要是依靠单独实验室和尖端仪器起的专门作用。明显需要从单或复合材料制备培养基，提供与标准组织培养平板相关的使用方便、均一、质量控制以及适应性。另外，培养基材料和配方应考虑到所确定组合物的分层装配结构，更准确地反映组织中细胞层的组织。包含通过粗纤维载体分离的多层细纤维的介质，例如美国专利5,672,399中公开的过滤介质，不能提供用于活细胞生长的环境。专利技术概述纳米纤丝结构可从纳米纤维材料制备，提供可重复的纤维和基质尺寸，使用方便，均一，细胞反应，质量控制和适应性。纳米形貌，纳米纤丝结构的纳米纤维网络形貌以及纳米纤维空间网络的纳米纤维排列，被设计成提供体外仿生底层，该底层对于在单层或多层细胞培养中促进同型或异型细胞生长和/或细胞分化更加组织相容。本专利技术的一个方面提供包含脂质的改良纳米纤维。纳米纤维直径小于约1000nm。改良纳米纤维可用于各种用途，包括细胞培养和组织工程。本专利技术的优选方式包括结合了附加组合物的聚合物材料，影响聚合物的填充，使得聚合物电纺丝(electrospinning)导致生成大量多分散的纳米纤维，该纳米纤维与来自不含添加剂组分的聚合物溶液中大量多分散的纳米纤维电纺(electrospun)相比，具有更多数量或百分率的细纤维。在一个实施方案中，聚合物溶液包含约0.25％到约15％w/w的添加剂组分。在另一个实施方案中，聚合物溶液包含约1％到约10％w/w的添加剂组分。在优选的实施方案中，添加剂组分是脂质。在另一个优选实施方案中，脂质是溶血卵磷脂、卵磷脂、神经鞘磷脂、胆固醇，或其组合。添加剂组分也可作为信号分子诱导细胞对纤维补充和粘附。细纤维优选具有约5nm到约600nm的直径。在一个实施方案中，细纤维直径约50nm到约400nm。在另一个实施方案中，细纤维直径约300nm。在另一个实施方案中，细纤维直径约5nm到约200nm。在另一个实施方案中，细纤维直径约5nm到100nm。在另一个实施方案中，细纤维直径约5nm到约50nm。具有更小直径的纳米纤维提供促进纳米纤维和细胞之间多点粘附的表面，细胞粘附至体内细胞外基质的特征。优选至少约25％的大量多分散的纳米纤维是细纤维。在一个实施方案中，至少约30％的大量多分散的含有纳米纤维的脂质是细纤维。在另一个实施方案中，至少约40％的大量多分散的含有纳米纤维的脂质是细纤维。在另一个实施方案中，至少约5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含在细胞培养中用于细胞增殖和／或分化的环境的纳米纤丝结构，包括一种或多种纳米纤维和基层，其中所述纳米纤丝结构由一种或多种纳米纤维网络限定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅尔文S辛德勒，侯Y钟，
申请(专利权)人：密执安州大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]