通过程序化细胞收缩折叠生物组织制造技术

本公开提供了用于生成生物组织的方法和系统，所述生物组织被配置用于折叠成预定的三维形式。本公开利用收缩性细胞将生物组织折叠成三维形状。该方法包括在表面上设置收缩性细胞的图案，该表面包括由收缩性细胞致动的纤维，和通过收缩性细胞作用在纤维上折叠所述表面。还提供了使用本公开的方法和系统产生的组织。

Biological tissue folding by programmed cell contraction

The present disclosure provides methods and systems for generating biological tissues configured to fold into a predetermined three-dimensional form. The present disclosure utilizes contractile cells to fold biological tissues into three-dimensional shapes. The method includes a pattern of a contractile cell arranged on a surface comprising a fiber actuated by a contractive cell and folding the surface on the fiber by the action of a contractive cell. Organizations generated using the methods and systems of the present disclosure are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过程序化细胞收缩折叠生物组织
技术介绍
活组织的特征在于细胞层和细胞外基质(ECM)。层之间的界面通常折叠成更复杂的形貌，例如乳房的腺泡、大脑皮层的折叠、真皮表皮交界处以及肠的隐窝和绒毛。对于在体外产生可以折叠成三维形式的组织存在相当大的兴趣，并且可以用作组织体外折叠的模型。
技术实现思路
本公开提供了用于产生组织的方法和系统，所述组织被配置用于基于收缩性细胞在组织中的放置而折叠成三维形式。收缩性细胞在组织中的定位决定了组织折叠成的三维形状。因此，在一些实施方案中，通过本文教导的方法和系统产生的组织折叠成预定的3D形式，其由组织中存在的收缩性细胞的图案决定。本公开的方法包括结合收缩性细胞作用于其上的纤维设置收缩性细胞的图案，从而允许将所得组织折叠成3D形式。在某些方面，本文公开的方法包括在包括纤维基质(例如细胞外基质(ECM))的层上设置收缩性细胞的图案，并通过收缩性细胞作用在ECM中存在的纤维上折叠该层。本专利技术公开的方法还包括产生三维组织，其包括设置在纤维基质内的收缩性细胞的图案。在一些实施方案中，三维组织基于收缩性细胞在纤维基质中的放置而折叠成各种形状。还提供了使用本文公开的方法和系统产生的3D组织。在某些方面，制造配置用于折叠成三维形状的平面生物组织的方法包括在基底表面上图案化收缩性细胞，包括在基底表面上设置核酸图案；和在杂交条件下使图案化的核酸与收缩性细胞的悬浮液接触，其中收缩性细胞包含与图案化的核酸互补的细胞表面附着的核酸，并且其中细胞表面附着的核酸与图案化的核酸杂交，在基底表面上产生图案化的收缩性细胞；使基底表面上的图案化的收缩性细胞与包含纤维的聚合物基质接触，从而将图案化的收缩性细胞嵌入聚合物基质中；从基底表面除去聚合物基质，其中图案化的收缩性细胞在移除时保留在聚合物基质中，从而产生配置用于折叠成三维形状的平面生物组织；使平面生物组织与培养基接触；并且将平面生物组织在培养基中悬浮孵育一段时间，该时间足以使收缩性细胞作用于纤维上，以将组织折叠成三维形状。在某些方面，在基底表面上图案化收缩性细胞包括在第一基底的第一表面和第二基底的第一表面上设置核酸图案，其中第一基底的第一表面与第二基底的第一表面通过第一和第二基底之间的间隙间隔开，并且其中表面彼此面对面配置；和在杂交条件下使图案化的核酸与收缩性细胞的悬浮液接触，其中收缩性细胞包含与图案化的核酸互补的细胞表面附着的核酸，并且其中细胞表面附着的核酸与图案化的核酸杂交，以在第一基底的第一表面和第二基底的第一表面上产生图案化的收缩性细胞；其中去除聚合物基质包括从第一和第二基底之间移除聚合物基质，从而产生平面生物组织，其包括在平面生物组织的顶表面和底表面上的图案化的收缩性细胞。在某些实施方案中，平面生物学可包括含有聚合物基质和细胞图案的区域和含有没有细胞的聚合物基质的区域，并且其中将平面生物组织在悬浮液中孵育以将组织折叠成三维形状包括将含有聚合物基质和细胞图案的区域与没有细胞的聚合物基质的区域分离并且孵育含有聚合物基质和细胞图案的区域。在某些实施方案中，核酸的图案是二维的。在某些实施方案中，该方法包括将聚合物基质溶解在三维形状中以产生包含纤维和收缩性细胞的三维形状。在某些实施方案中，核酸图案可包括具有相同核苷酸序列的单个核酸群。在某些实施方案中，核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列。在某些实施方案中，核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列，其中每个群的核酸在基底表面上是唯一可寻址的。在某些实施方案中，核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列，其中每个群的核酸在第一和/或第二基底的第一表面上是唯一可寻址的。在某些实施方案中，收缩性细胞的悬浮液包含两种或更多种独特的收缩性细胞群，其中每个收缩性细胞群包含与图案中的核酸群之一互补的表面附着的核酸。在某些情况下，设置包括在基底上印刷包括核酸的液体。在某些情况下，细胞表面附着的核酸包含附着于核酸的脂质部分，该表面附着的核酸通过将脂质部分插入收缩性细胞的质膜而附着于收缩性细胞。在某些情况下，细胞表面附着的核酸包含脂质部分和核酸之间的间隔区。在一些情况下，从基底表面除去聚合物基质包括将聚合物基质暴露于核酸酶。在一些方面，纤维提供在细胞外基质(ECM)中。在一些实施方案中，ECM是合成的或从生物来源获得。在一些方面，ECM由细胞系分泌。在一些方面，纤维包含胶原蛋白。在某些情况下，胶原蛋白是合成的。在一些实施方案中，制备被配置用于折叠成三维形状的平面生物组织的方法包括在基底上设置包含纤维的聚合物层；在聚合物层上图案化收缩性细胞，使得收缩性细胞在聚合物层上以彼此间隔开的方式设置；和在足以允许收缩性细胞粘附到聚合物层的条件下在聚合物层上孵育收缩性细胞，从而产生生物组织，该生物组织被配置用于通过在聚合物层中收缩性细胞作用纤维上而折叠成三维形状。在一些实施方案中，收缩性细胞在聚合物层的第一表面上图案化，并且该方法还包括在聚合物层的第二表面上图案化收缩性细胞，其中第二表面与第一表面相对，其中收缩性细胞在聚合物层上以彼此间隔开的方式设置。在某些实施方案中，第一表面上的收缩性细胞的图案相对于第二表面上的收缩性细胞的图案偏移。在某些实施方案中，第一表面上的收缩性细胞被图案化成圆形形状，并且第二表面上的收缩性细胞被图案化成直径大于所述圆形形状的环。在某些实施方案中，在第一表面上图案化的收缩性细胞的数量和在与第一表面相对的第二表面上图案化的收缩性细胞的数量可以是相似的，例如，细胞的数量可以具有0.75∶1至1∶0.75的比率。例如，在第一表面上图案化的收缩性细胞的数量和在第二表面上图案化的收缩性细胞的数量可以具有0.75∶1、0.80∶1、0.9∶1、1∶1、1∶0.9、1∶0.8或1∶0.75的比率。在一些情况下，图案化包括以间隔开的方式在聚合物层上印刷收缩性细胞。在一些情况下，图案化包括在聚合物层上以间隔开的方式微动吸移收缩性细胞。在一些情况下，该方法包括将生物组织在培养基中悬浮孵育并将平面生物组织折叠成三维形状。在某些实施方案中，图案化包括设置包含单一类型的收缩性细胞的收缩性细胞群。在一些情况下，图案化包括设置包含两种或更多种类型的收缩性细胞的收缩性细胞群。在其他情况下，图案化包括设置第一图案的第一类型的收缩性细胞群和第二图案的第二类型的收缩性细胞群。在另一方面，公开了一种用于生成被配置用于折叠成预定形状的三维(3D)组织的方法。在某些情况下，该方法包括将收缩性细胞和纤维的混合物设置在基底上以形成包含收缩性细胞和纤维的3D结构；和在细胞培养条件下将所述结构在培养基中孵育，以将结构折叠成预定形状。在一些情况下，该方法包括在孵育之前将纤维溶液设置在所述结构上。在一些方面，该方法包括在孵育之前重复将收缩性细胞和纤维的混合物和/或纤维溶液设置在所述结构上。在一些方面，该方法包括在孵育之前从基底移除所述结构。在某些情况下，设置包括印刷，例如3D打印。在某些情况下，设置包括挤出。本文还提供了用于产生平面生物组织的系统，所述平面生物组织被配置用于折叠成三维形状。在一些情况下，所述系统包括以图案设置在基底的表面上的核酸群；包含与核酸群互补的细胞表面附着核酸的收缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备平面生物组织的方法，所述平面生物组织被配置用于折叠成三维形状，所述方法包括：在基底表面上图案化收缩性细胞，包括：在基底表面上设置核酸图案；和在杂交条件下使图案化的核酸与收缩性细胞的悬浮液接触，其中所述收缩性细胞包含与图案化的核酸互补的细胞表面附着的核酸，并且其中所述细胞表面附着的核酸与图案化的核酸杂交，以在基底表面上产生图案化的收缩性细胞；使基底表面上的图案化的收缩性细胞与包含纤维的聚合物基质接触，从而将图案化的收缩性细胞嵌入所述聚合物基质中；从基底表面除去所述聚合物基质，其中图案化的收缩性细胞在移除时保留在所述聚合物基质中，从而产生配置用于折叠成三维形状的平面生物组织；使所述平面生物组织与培养基接触；和将所述平面生物组织在培养基中悬浮培养一段时间，该时间足以使所述收缩性细胞作用于纤维上，以将组织折叠成三维形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.04 US 62/331,908;2016.09.21 US 62/397,761;1.一种制备平面生物组织的方法，所述平面生物组织被配置用于折叠成三维形状，所述方法包括：在基底表面上图案化收缩性细胞，包括：在基底表面上设置核酸图案；和在杂交条件下使图案化的核酸与收缩性细胞的悬浮液接触，其中所述收缩性细胞包含与图案化的核酸互补的细胞表面附着的核酸，并且其中所述细胞表面附着的核酸与图案化的核酸杂交，以在基底表面上产生图案化的收缩性细胞；使基底表面上的图案化的收缩性细胞与包含纤维的聚合物基质接触，从而将图案化的收缩性细胞嵌入所述聚合物基质中；从基底表面除去所述聚合物基质，其中图案化的收缩性细胞在移除时保留在所述聚合物基质中，从而产生配置用于折叠成三维形状的平面生物组织；使所述平面生物组织与培养基接触；和将所述平面生物组织在培养基中悬浮培养一段时间，该时间足以使所述收缩性细胞作用于纤维上，以将组织折叠成三维形状。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述在基底表面上图案化收缩性细胞包括：在第一基底的第一表面和第二基底的第一表面上设置核酸图案，其中第一基底的第一表面通过第一基底和第二基底之间的间隙与第二基底的第一表面间隔开，并且其中表面是彼此面对的配置；和在杂交条件下使图案化的核酸与收缩性细胞的悬浮液接触，其中所述收缩性细胞包含与图案化的核酸互补的细胞表面附着的核酸，并且其中所述细胞表面附着的核酸与图案化的核酸杂交，以在在第一基底的第一表面和第二基底的第一表面上产生图案化的收缩性细胞；其中去除聚合物基质包括从第一和第二基底之间移除聚合物基质，从而产生平面生物组织，所述平面生物组织包括在平面生物组织的顶表面和底表面上的图案化的收缩性细胞。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述平面生物学包括含有聚合物基质和细胞图案的区域和含有没有细胞的聚合物基质的区域，并且其中将平面生物组织在悬浮液中孵育以将组织折叠成三维形状包括将含有聚合物基质和细胞图案的区域与没有细胞的聚合物基质的区域分离并且孵育含有聚合物基质和细胞图案的区域。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中核酸图案是二维的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将聚合物基质溶解在三维形状中以产生包含纤维和收缩性细胞的三维形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述核酸图案包括具有相同的核苷酸序列的核酸的单一群体。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列，其中每个群的核酸在基底表面上是唯一可寻址的。9.根据权利要求2所述的方法，其中所述核酸图案包含两个或更多个核酸群，其中每个核酸群包含独特的核苷酸序列，其中每个群的核酸在第一和/或第二基底的第一表面上是唯一可寻址的。10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述收缩性细胞的悬浮液包含两种或更多种独特的收缩性细胞群，其中每个收缩性细胞群包含与图案中的核酸群之一互补的表面附着的核酸。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述收缩性细胞选自：成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、骨骼肌细胞、平滑细胞、心肌细胞、其祖细胞及其组合。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述设置包括在基底上印刷包括核酸的液体。13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述细胞表面附着的核酸包含附着于核酸的脂质部分，该表面附着的核酸通过将脂质部分插入收缩性细胞的质膜而附着于收缩性细胞。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述细胞表面附着的核酸包含脂质部分和核酸之间的间隔区。15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中从基底表面除去聚合物基质包括将聚合物基质暴露于核酸酶。16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述聚合物基质包含水凝胶、藻酸盐、聚己内酯(PCL)、明胶、琼脂糖、纤维素或聚合物。17.权利要求1-16中任一项所述的方法，其中所述纤维提供在细胞外基质(ECM)中。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述ECM是合成的或从生物来源获得。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述ECM由细胞系分泌。20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其中所述纤维包括胶原蛋白。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述胶原蛋白是合成的。22.一种制备平面生物组织的方法，所述平面生物组织被配置用于折叠成三维形状，所述方法包括：在基板上设置包含纤维的聚合物层；在所述聚合物层上图案化收缩性细胞，使得收缩性细胞在聚合物层上以彼此间隔开的方式设置；和在足以允许收缩性细胞粘附到聚合物层的条件下在聚合物层上孵育收缩性细胞，从而产生生物组织，所述生物组织被配置用于通过在聚合物层中收缩性细胞作用在纤维上而折叠成三维形状。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述收缩性细胞在聚合物层的第一表面上图案化，并且所述方法还包括在聚合物层的第二表面上图案化收缩性细胞，其中第二表面与第一表面相对，其中收缩性细胞在聚合物层上以彼此间隔开的方式设置。24.根据权利要求23所述的方法，其中第一表面上的收缩性细胞的图案相对于第二表面上的收缩性细胞的图案偏移。25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述第一表面上的收缩性细胞被图案化成圆形形状，并且第二表面上的收缩性细胞被图案化成直径大于所述圆形形状的环。26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述图案化包括以间隔开的方式在聚合物层上印刷收缩性细胞。27.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述图案化包括在所述聚合物层上以间隔开的方式微动吸移所述收缩性细胞。28.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，还包括将所述生物组织在培养基中悬浮孵育并将所述平面生物组织折叠成三维形状。29.根据权利要求22至28中任一项所述的方法，其中所述图案化包括设置包含单一类型的收缩性细胞的收缩性细胞群。30.根据权利要求22至28中任一项所述的方法，其中所述图案化包括设置包含两种或多种类型的收缩性细胞的收缩性细胞群。31.根据权利要求22至28中任一项所述的方法，其中所述图案化包括设置第一图案的第一类型的收缩性细胞群和第二图案的第二类型的收缩性细胞群。32.根据权利要求22-31中任一项所述的方法，其中所述收缩性细胞选自：成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、骨骼肌细胞、平滑细胞、心肌细胞、其祖细胞及其组合。33.根据权利要求22-32中任一项所述的方法，其中所述聚合物层包含水凝胶、藻酸盐、聚己内酯(PCL)、明胶、琼脂糖、纤维素或聚合物。34.根据权利要求22至33中任一项所述的方法，其中所述纤维包括胶原蛋白或纤连蛋白。35.根据权利要求34所述的方法，其中所述胶原蛋白是合成的。36.一种用于生成被配置用于折叠成预定形状的三维(3D)组织的方法，所述方法包括：将收缩性细胞和纤维的混合物设置在基底上以形成包含收缩性细胞和纤维的3D结构；和在细胞培养条件下在培养基中孵育3D结构，以将所述3D结构折叠成预定形状。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述方法包括在所述孵育之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·J·加特纳，A·J·胡格赫斯，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US