一種取向聚合物納米纖維細(xì)胞培養(yǎng)板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于細(xì)胞和組織培養(yǎng)耗材領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于取向聚合物納米纖維支架的細(xì)胞培養(yǎng)板及其制備方法，該細(xì)胞培養(yǎng)板可用于具有取向形態(tài)特征的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)和再生。
【背景技術(shù)】
[0002]組織再生近年來(lái)一直處于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前沿，而細(xì)胞體外培養(yǎng)支架是組織再生的基礎(chǔ)，其作為人工細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，為細(xì)胞的停泊、生長(zhǎng)、繁殖、新陳代謝提供三維空間，支撐細(xì)胞成長(zhǎng)為完整的組織。因此，細(xì)胞體外培養(yǎng)支架材料已成為組織工程研宄的重點(diǎn)。細(xì)胞體外培養(yǎng)支架材料除了需具有良好的生物相容性和生物可降解性外，還需具有一定的親水性和良好的細(xì)胞吸附性/粘附性，常見(jiàn)的支架材料大致可分為以下兩大類(lèi):
(I)多孔材料(或海綿/泡沫狀材料)
主要是指由生物相容的聚合物、或者具有生物活性的無(wú)機(jī)物、或者二者雜化制成的多孔/海綿狀支架，如:L.Palamaix)等人通過(guò)相轉(zhuǎn)化和鹽浸出技術(shù)制備的聚己內(nèi)酯三維多孔支架(見(jiàn)文獻(xiàn):Human skin-derived keratinocytes and fibroblasts co-culturedon 3D polyε-caprolactone scaffold support in vitro HSC differentiat1n intoT-1ineage committed cells[J] Internat1nal Immunology, 2013, 12 (25): 703 -714) ；A.Finoli等人使用乳液鑄造法制得的高孔隙率的羥基磷灰石泡沫支架(見(jiàn)文獻(xiàn):Ceramic scaffolds for in vitro culturing of primary human cells[J] Advances inApplied Ceramics, 2012, 5&6 (111): 262-268);以及王大平等人通過(guò)冷凍干燥法制得的“納米羥基磷灰石-PLGA復(fù)合支架”(見(jiàn)文獻(xiàn):nHA-PLGA支架材料與兔軟骨細(xì)胞體外培養(yǎng)的生物相容性研宄[J]國(guó)際骨科雜志，2013，4 (34): 283-286)ο
[0003](2)聚合物纖維材料
主要是指生物相容的聚合物制成的纖維無(wú)紡布/氈、編織物、中空纖維及其他結(jié)構(gòu)的纖維狀支架，如:Abrahamsson等人將聚己內(nèi)醋無(wú)紡織物三維支架用于人間充質(zhì)干細(xì)胞的體夕卜培養(yǎng)(見(jiàn)文獻(xiàn):Chondrogenesis and Mineralizat1n During In Vitro Culture ofHuman Mesenchymal Stem Cells on Three-Dimens1nal Woven Scaffolds[J] TissueEngineering Part A, 2010, 12 (16): 3709-3718); Aghdam 等人將聚己內(nèi)醋和聚輕基乙酸的的混合物的靜電紡無(wú)紡租用于心臟祖細(xì)胞的體外培養(yǎng)(見(jiàn)文獻(xiàn):Fabricat1n of aNanofibrous Scaffold for the In Vitro Culture of Cardiac Progenitor Cells forMyocardial Regenerat1n[J] Internat1nal Journal of Polymeric Materials andPolymeric B1materials, 2013, 5 (63): 229 - 239);沈新元等人將干濕紡聚乳酸 / 殼聚糖纖維交織織物用于成骨細(xì)胞的體外培養(yǎng)(見(jiàn)文獻(xiàn):干濕紡聚乳酸/殼聚糖纖維交織織物作為細(xì)胞體外培養(yǎng)載體的實(shí)驗(yàn)觀察[J]上海生物醫(yī)學(xué)工程，2006，4 (27): 205-209)；葛麗芹等人以一些水溶性聚電解質(zhì)的靜電紡纖維為模板，結(jié)合層層自組裝技術(shù)制成多層中空納米纖維，并以此為細(xì)胞培養(yǎng)的載體(見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN100463713C:用于細(xì)胞培養(yǎng)的多層中空納米纖維及制備方法)，等等。
[0004]以上兩類(lèi)支架材料中，其中聚合物纖維材料，尤其像聚己內(nèi)酯、聚乳酸、殼聚糖等常見(jiàn)的生物高分子制成的靜電紡納米纖維支架，目前在動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)的研宄中應(yīng)用最為廣泛。這是因?yàn)檫@些聚合物生物相容性好，其靜電紡納米纖維在結(jié)構(gòu)上比較接近動(dòng)物細(xì)胞的ECM，仿生程度較高，較大的孔隙率和比表面積有利于細(xì)胞黏附生長(zhǎng)。而在這些靜電紡納米纖維細(xì)胞支架中，尤以纖維無(wú)序排列的納米纖維氈的研宄居多，這主要是由材料靜電紡絲成型時(shí)各向同性的特點(diǎn)(即纖維氈上的纖維沿任意方向排列的概率都相同)所決定的。另外，根據(jù)動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)的“接觸誘導(dǎo)”理論，在雜亂無(wú)序的納米纖維支架上，細(xì)胞的分化生長(zhǎng)也呈現(xiàn)出各向同性的特點(diǎn)，有利于獲得比較均勻的細(xì)胞組織，這就使得無(wú)序排列的納米纖維支架適用于大部分動(dòng)物細(xì)胞和組織的培養(yǎng)。
[0005]然而，像肌肉、韌帶、神經(jīng)、骨等組織中的細(xì)胞，其生長(zhǎng)分化呈現(xiàn)出較高的取向性，最終長(zhǎng)成有序排列的組織，普通的多孔材料或無(wú)序排列的納米纖維支架都不能滿(mǎn)足這些細(xì)胞和組織培養(yǎng)再生的需要。圖1a和Ib所示的是取向排布的人類(lèi)心肌細(xì)胞組織顯微圖像。因此，具有取向結(jié)構(gòu)的聚合物納米纖維支架逐漸得到這一領(lǐng)域研宄者們的青睞。如:Gao等人制備取向排列的靜電紡PLLA納米纖維支架的研宄表明，該支架對(duì)角膜間質(zhì)細(xì)胞在體外培養(yǎng)中的取向生長(zhǎng)起到了主導(dǎo)作用(見(jiàn)文獻(xiàn):Aligned Fibrous Scaffold InducedAligned Growth of Corneal Stroma Cells in vitro Culture[J] Chemical Researchin Chinese Universities, 2012, 6 (28): 1022-1025) ;Xie 等人通過(guò)比較無(wú)規(guī)排列和取向排列的靜電紡PLGA納米纖維支架對(duì)肌腱成纖維細(xì)胞的體外培養(yǎng)的研宄中發(fā)現(xiàn)，取向排列的支架上細(xì)胞生長(zhǎng)高度有序，而無(wú)規(guī)排列的支架上細(xì)胞生長(zhǎng)雜亂無(wú)章(見(jiàn)文獻(xiàn):〃Aligned-to_random〃 nanofiber scaffolds for mimicking the structure of thetendon-to-bone insert1n site [J] Nanoscale, 2010, 6 (2): 923-926 ) ;Meng 等人比較了取向排列和無(wú)規(guī)排列的靜電紡PLGA/明膠納米纖維支架對(duì)成骨細(xì)胞體外培養(yǎng)的影響，結(jié)果表明取向排列的支架上細(xì)胞組織沿著與纖維取向的方向生長(zhǎng)和伸長(zhǎng)，且該支架上的細(xì)胞成活數(shù)與無(wú)規(guī)排列的支架上的細(xì)胞成活數(shù)相近(見(jiàn)文獻(xiàn):Electrospinning ofPLGA/gelatin randomly-oriented and aligned nanofibers as potential scaffoldin tissue engineering[J] Materials Science & Engineering C-Materials forB1logical Applicat1ns, 2010, 8 (30): 1204-1210) ； Subramanian 等人則將單向?qū)R排列和無(wú)規(guī)排列的靜電紡PLGA納米纖維支架用于神經(jīng)再生研宄，與無(wú)規(guī)排列的支架相比，單向?qū)R排列的支架上生長(zhǎng)的雪旺細(xì)胞能定向生長(zhǎng)且有更快的細(xì)胞增殖速率(見(jiàn)文獻(xiàn) -Fabricat1n of uniaxially aligned 3D electrospun scaffolds for neuralregenerat1n [J] B1medical Materials, 2011, 2 (6): 1-10)。目前尚無(wú)同類(lèi)的針對(duì)上述具有取向形態(tài)特征的細(xì)胞或組織的集成支架式細(xì)胞培養(yǎng)耗材產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)。
[0006]上述各類(lèi)取向排列靜電紡納米纖維支架的制備都涉及到對(duì)傳統(tǒng)靜電紡絲設(shè)備的改進(jìn)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所熟知的做法是使用新型的纖維收集裝置來(lái)替換傳統(tǒng)的平板式纖維收集裝置，像滾筒(或稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸)、轉(zhuǎn)盤(pán)、平行電極、圖案電極、導(dǎo)電模板、磁場(chǎng)電極等，上述Xie和Subramanian的研宄中就是分別使用了平行電極和轉(zhuǎn)軸收集裝置(各類(lèi)新型的取向排列靜電紡納米纖維收集裝置綜合介紹可參考文獻(xiàn):章青.管狀仿生血管支架的制備及誘導(dǎo)VSMCs取向生長(zhǎng)研宄[D]浙江工業(yè)大學(xué)，2010.)。這些新型的纖維收集裝置中，其中要數(shù)滾筒(轉(zhuǎn)軸)收集裝置纖維產(chǎn)率最高，可以大面積制備取向納米纖維。其次，平行電極收集裝置最為簡(jiǎn)單而行之有效，得到的納米纖維排列高度有序且纖維取向排列的面積較大。而其他幾種收集裝置都存在裝置復(fù)雜、納米纖維產(chǎn)率較低或者纖維取向排列面積較小等方面的問(wèn)題，限制了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述高有序度納米纖維支架的產(chǎn)業(yè)化制備問(wèn)題，提供一種取向納米纖維支架及其制備方法，以及將其集成到培養(yǎng)板載體上制成細(xì)胞和組織培養(yǎng)