本发明专利技术提供一种用于制备细胞团簇的装置及其构建方法及应用。该装置包括细胞培养板和固定于细胞培养板的微孔内且具有阵列排列的微图形空腔的基底。每个微图形空腔形成细胞团簇生长的空间，其形状和体积可调控获得的细胞团簇性质。其制备方法包括：制备尺寸可调的微图形模板，再通过两次翻模得到阵列排列的微图形基底。本发明专利技术提供的装置可以便捷、大规模制备细胞团簇，可重复使用；可调节基底的弹性模量，以达到各种细胞、多种细胞共培养的要求。采用本装置制备的细胞团簇活性高、大小均一、形状完整、性能可控、生物学性能良好，可用于细胞治疗、高通量模型构建、多细胞共培养、干细胞分化、类器官构建、药物筛选、组织再生和体外人工系统等方面。系统等方面。
【技术实现步骤摘要】
用于制备细胞团簇的装置及其构建方法及应用
[0001]本专利技术涉及生物技术和组织工程
，具体地说，涉及一种用于制备细胞团簇的装置及其构建方法及应用。
技术介绍
[0002]传统的细胞培养方式是平面培养，采用平面培养得到的单层细胞培养与体内细胞的生理结构并不相同，会影响细胞的存活与功能。利用细胞间的自组装形成细胞团簇，可以构建一个准3D环境。与平面培养相比，三维细胞培养可以重建细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用，减少体外培养与天然组织之间的差异。例如，胚胎干细胞、间充质干细胞、多种肿瘤细胞等细胞具有成团的特性。此外，胰岛β细胞需要形成细胞团簇以维持其功能，构建细胞团簇有利于细胞的培养和分化。同时，有关类器官的研究近来也快速增加，而类器官往往需要多种细胞成团共培养，以保证其结构发育成形和功能表达。细胞团簇的下游应用有药物检测、体内移植等，这些下游应用一般都需要108～109个细胞才能得到可靠的结果，因此前期制备大量的细胞团簇。鉴于细胞团簇的广泛应用，大规模制备细胞团簇是非常有必要的。
[0003]构建细胞团簇的一个重要因素是团簇尺寸，过小不利于细胞成团，过大不利于细胞团内部的营养供给，进而造成细胞团簇内部的异质性，因此制备尺寸可控的细胞团簇至关重要。另一个重要因素是基底的刚度，不同细胞种类对于材料刚度的要求不同，因此在制备细胞团簇时需要有一个合适的培养基底。
[0004]目前有关细胞团簇的研究，一般是在常规多孔培养皿中铺上基底，种植一定数量的细胞后依靠细胞自组装形成团簇；也有部分的商业化产品，多孔培养皿底部具备微孔阵列，可以制备大量的细胞团簇。但目前这些方法仍然存在不足。通过在常规多孔培养皿上构造基底的方法，可以提供有利于细胞成团和培养的软底，但数量、尺寸受限，难以获得大量、均一的细胞团簇；商业化微孔产品可以满足数量和均一尺寸的要求，但一般产品仍是塑料基底，刚度太大，且微孔尺寸和形状不能满足自定义的要求，且无法重复使用，成本和费用过高。
[0005]综上，大规模制备细胞团簇仍然存在着挑战，开发同时满足自定义微图形(形状、尺寸)、适合刚度的基底、可产生大规模活性高的细胞团簇三个要求的培养装置和技术成为当务之急。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种用于制备细胞团簇的装置及其构建方法及应用。
[0007]为了实现本专利技术目的，第一方面，本专利技术提供一种用于制备细胞团簇的装置，所述装置包括细胞培养板以及固定于细胞培养板的微孔内且具有阵列排列的微图形空腔的基底。
[0008]每个微图形空腔构成细胞团簇生长的空间(大致决定细胞团簇生长的尺寸和空
间)；空腔的形状可选自圆形、正方形、长方形、三角形、菱形、倒锥形、倒金字塔形等任意规则或不规则形状；空腔的上表面面积为0.04～1mm2，空腔深度为100～500μm，基底上排列的微图形空腔的数量为1000～5000个左右(视微图形尺寸与模板整体尺寸而定)，阵列图案和尺寸可相同，也可不同，排列可整齐均一，也可自定义排列，同一基底阵列可包含不同形状、尺寸和排列方式的微图形。
[0009]本专利技术提供的装置示意图见图1。微图形空腔示意图见图2。
[0010]用于制作基底的材料可选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、丝素蛋白、丝素蛋白衍生物、壳聚糖、明胶、明胶衍生物、藻酸盐、琼脂、基质胶、胶原、胶原衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、纤维素、纤维素衍生材料、蛋白多糖、蛋白多糖衍生物、糖蛋白、糖蛋白衍生材料、层连接蛋白、纤连接蛋白和纤维蛋白等中的至少一种，优选聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的混合物。更优选地，聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的质量比为10:1～1:10。
[0011]所述细胞培养板为商用多孔培养板，优选6孔板、12孔板或24孔板。
[0012]优选地，所述基底的弹性模量为0.1KPa-10MPa，可根据微图形基底材料的成分、浓度和固化特性调节弹性模量。
[0013]优选地，所述基底的pH值为3～12。
[0014]优选地，所述基底的厚度为100μm～2cm。
[0015]进一步地，为保证细胞团簇的稳定粘附，可根据需要添加有利于细胞团簇粘附和生长的细胞外基质成分，如胶原、基质胶、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、层连接蛋白或纤维连接蛋白等。
[0016]优选地，所述细胞外基质材料的质量百分比浓度为0.1％～80％，优选1％～25％。
[0017]本装置可重复使用，一次使用、收集细胞团簇后可进行清洗、灭菌并再次使用，且能保持微图形精度和无菌程度。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种用于制备细胞团簇的装置的构建方法，包括：先制备尺寸可调的微图形模板，再通过两次翻模得到阵列排列的微图形基底。具体如下：
[0019]1)采用蚀刻或光刻工艺制作具有阵列排列的微图形空腔的模板；
[0020]2)利用模具成型法，将液态或半固态的翻模材料注入模板内，固化成型后从模板上剥离，得到翻模印章；
[0021]3)将基底材料与交联剂混合(要求进行抽真空操作去除气泡)，将翻模印章置于上述混合物中，固化成型；
[0022]4)将翻模印章从上述成型材料中剥离下来，或者通过化学或物理方法从上述成型材料中去除翻模印章，得到具有阵列排列的微图形空腔的基底；
[0023]5)将基底固定于细胞培养板的微孔内，灭菌处理(高温灭菌或紫外灭菌)。
[0024]步骤3)中所述的基底材料可选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、丝素蛋白、丝素蛋白衍生物、壳聚糖、明胶、明胶衍生物、藻酸盐、琼脂、基质胶、胶
原、胶原衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、纤维素、纤维素衍生材料、蛋白多糖、蛋白多糖衍生物、糖蛋白、糖蛋白衍生材料、层连接蛋白、纤连接蛋白和纤维蛋白等中的至少一种，优选聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的混合物。更优选地，聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的质量比为10:1～1:10。
[0025]步骤1)中所述模板上的空腔的形状可选自圆形、正方形、长方形、三角形、菱形、倒锥形、倒金字塔形等任意规则或不规则形状；空腔的上表面面积为0.04～1mm2，空腔深度为100～500μm，模板上排列的微图形空腔的数量为1000～5000个。
[0026]步骤1)中用于制作模板的材料可选自硅、铝、铁、锡、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚对二氧环己酮、聚醚醚酮等中的至少一种。
[0027]步骤2)中所述的翻模材料为可降解材料或不可降解本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于制备细胞团簇的装置，其特征在于，所述装置包括细胞培养板以及固定于细胞培养板的微孔内且具有阵列排列的微图形空腔的基底；每个微图形空腔构成细胞团簇生长的空间；空腔的形状选自圆形、正方形、长方形、三角形、菱形、倒锥形、倒金字塔形或不规则形状；空腔的上表面面积为0.04～1mm2，空腔深度为100～500μm，基底上排列的微图形空腔的数量为1000～5000个。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于制作基底的材料选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、丝素蛋白、丝素蛋白衍生物、壳聚糖、明胶、明胶衍生物、藻酸盐、琼脂、基质胶、胶原、胶原衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、纤维素、纤维素衍生材料、蛋白多糖、蛋白多糖衍生物、糖蛋白、糖蛋白衍生材料、层连接蛋白、纤连接蛋白和纤维蛋白中的至少一种，优选聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的混合物；和/或所述细胞培养板为商用多孔培养板，优选6孔板、12孔板或24孔板。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基底的弹性模量为0.1KPa-10MPa；和/或所述基底的pH值为3～12；和/或所述基底的厚度为100μm～2cm。4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述基底还包被有细胞外基质成分；优选地，所述细胞外基质成分选自胶原、基质胶、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、层连接蛋白、纤维连接蛋白中的至少一种。5.用于制备细胞团簇的装置的构建方法，其特征在于，包括：1)采用蚀刻或光刻工艺制作具有阵列排列的微图形空腔的模板；2)将液态或半固态的翻模材料注入模板内，固化成型后从模板上剥离，得到翻模印章；3)将基底材料与交联剂混合，将翻模印章置于上述混合物中，固化成型；4)将翻模印章从上述成型材料中剥离下来，或者通过化学或物理方法从上述成型材料中去除翻模印章，得到具有阵列排列的微图形空腔的基底；5)将基底固定于细胞培养板的微孔内，灭菌处理；步骤3)中所述的基底材料选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、丝素蛋白、丝素蛋白衍生物、壳聚糖、明胶、明胶衍生物、藻酸盐、琼脂、基质胶、胶原、胶原衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、纤维素、纤维素衍生材料、蛋白多糖、蛋白多糖衍生物、糖蛋白、糖蛋白衍生材料、层连接蛋白、纤连接蛋白和纤维蛋白中的至少一种，优选聚二甲基硅氧烷和丝素蛋白的混合物；步骤1)中所述模板上的空腔的形状选自圆形、正方形、长方形、三角形、菱形、倒锥形、倒金字塔形或不规则形状；空腔的上表面面积为0.04～1mm2，空腔深度为100～500μm，模板上排列的微图形空腔的数量为10...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚睿，苏奕君，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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