[发明专利]排列细胞的方法及其使用的电极图案

说明书

技术领域

本发明涉及一种排列细胞的方法及其使用的电极图案，且特别涉及一种利用介电电泳技术来排列细胞的方法及其电极图案。

背景技术

人类肝脏的表面有一层薄而致密、由结缔组织构成的被膜，被膜深入肝内形成网状支架，将肝脏实质分隔为许多具有相似型态和相同功能的基本单位，称为肝小叶。

参考图1，该图示出了人类肝脏中的肝小叶组织。人类肝脏约有150万个肝小叶，肝小叶一般呈不规则的六角棱柱体，横切面呈六边形，大小约为1×2毫米，肝小叶的中轴贯穿一条静脉55，为中央静脉，在其周围是由肝细胞60(hepatocytes)单行排列的凹凸不平的板样结构，称为肝板和肝血窦。中央静脉55的管壁只有一层内皮细胞围成，管壁上有许多肝血窦的开口。肝细胞60以中央静脉55为中心成放射状排列，形成肝板。肝细胞60相互吻合成网，网内空隙含有血液，称为肝血窦。肝血窦是扩大了的毛细血管，由肝血窦内皮细胞(liver sinusoid endothelial cells)65组成，也连接成网。在肝小叶的外围是呈正旋分布的肝门静脉、肝门动脉以及胆小管的分支70。

正常的肝脏是由肝细胞60与肝血窦内皮细胞65交互排列成放射状形成的，这种特殊的排列使每个肝细胞都可以同时与其它肝细胞及肝血窦内皮细胞形成接触。这样的异种细胞交互作用(heterogeneous cell-cellinteraction)对于维持肝细胞的存活率、代谢能力与正常功能都是相当重要的因素，此外，交错排列的肝血窦内皮细胞亦形成密布的微血管系统，使养分与氧气能充分供给肝脏细胞，也能有效地将需代谢的药物或储存的葡萄糖送入肝脏。

现有的生物性人工肝脏组织技术主要分为以下三种：

1.LIVER X 2000系统：将猪肝细胞养殖于现有的空心纤维模块，在空心纤维内的空隙中灌注培养基，血液则从空心纤维外流过。肝细胞在此系统中只能短暂存活数十天，细胞在此过程中会逐渐失去活性并死亡。即使利用微胶囊包裹肝细胞仿真肝脏组织，将肝细胞包覆在具有生物兼容性的藻胶中，可比一般的培养环境维持较久的活性，但此系统只包含单种肝细胞，由于缺乏正常的异种细胞交互作用，因此仍然缺乏正常肝脏的功能。

2.细胞共培养系统(cell co-culture system)：传统的细胞共培养系统是直接将两种细胞放入同一个培养皿中培养，细胞可以随机相遇，无法控制精确的配对或接触型态，也无法构建成特殊的图案，如：管状、皱折或球状体等。近年来虽然逐渐开发出被动式的细胞排列(cell patterning)技术，如：细胞层堆栈法或选择性基质涂布法等，但都只适用于大面积的简易图形，无法提供单细胞尺度的精确排列。

3.主动式的细胞操纵技术：举例来说，以激光镊子抓取单一细胞进行排列，但此方法一次只能抓取少数几个细胞，且由于抓力不强而无法快速移动，因此不适用于大面积同时排列。此外，也有利用磁性来吸引细胞排列的方式，但由于细胞本身不带有磁性，因此必须先以外加的方法使细胞黏附上或吞入带有磁性的微小颗粒，而这可能会造成细胞中毒且耗费时间。

总结来说，传统的生物性人工肝脏组织技术都无法精确模拟出肝脏的真实形态，从而导致这些系统无法提供正常的肝脏功能。

另一方面，介电电泳的定义为可极化(polarizable)的微粒在不均匀(non-uniform)的外加电场中所发生的运动，称为介电泳(Dielectrophoresis，DEP)。图2图示说明了介电电泳的原理。原本不带电的二种粒子在外加电场下会受到不同程度的电偶极化。如果外加电场的空间分布是不均匀的，那么这些被电偶极化了的微粒就会受到一份净力(也就是介电电泳力(dielectrophoretic force))作用，从而造成不同程度的漂移运动。电偶极化程度较高的粒子会受到正介电电泳力(+DEP)吸引至电场强度较高的区域，而电偶极化程度低的粒子则会被排斥至电场强度较低的区域，由此将二种性质不同的粒子分离。目前介电电泳主要的应用领域即为分离二种可极化但介电常数不同的微粒体，例如分离金属性碳纳米管以及半导性碳纳米管。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种排列细胞的方法及其使用的电极图案，该方法利用介电电泳技术配合特定的电极图案，使得细胞可以按照预设图案排列，并且将细胞依此图案固定在基板上培养，由此构建比较接近真实的人工组织。