[发明专利]三维空间细胞培养系统制备方法

说明书

本发明为下述申请的分案申请。

发明名称：可透见的三维空间细胞培养系统及其在组织细胞和新生器官培养中的应用

申请日：2006.1.23

申请号：200610023537.5。

技术领域

本发明属于细胞生物学和组织工程领域，具体涉及一种三维空间细胞培养系统制备方法及其在组织细胞和新生器官培养中的应用。

背景技术

组织细胞培养是研究正常、病变和恶性细胞的一个重要方法。利用组织和细胞培养技术可在体外的特定条件下观察、设定或改变不同类型的细胞的激活、增生、分化、移行、成熟、衰老、脱落乃至细胞死亡的整个过程和其调控机制。在过去的50多年中组织细胞培养对基础医学科学研究的发展和临床治疗的改进起了重要的推动作用。

临床所见到的多种疾病或外伤均可引起细胞的变性坏死或损伤，进而导致组织器官的功能受损或丧失。这是人类疾病和死亡的主要原因。同时也是目前人类对许多疾病，由其是对一些严重危害人类健康和生命的常见病和多发病缺乏有效治疗方法的根本性原因。例如临床所用的各种治疗方法对糖尿病，慢性肝炎，肝硬化，多种中枢神经系统病变，如巴金森氏病，老年痴呆症，中风和脊髓受伤，以及各种癌症仅能取得对症治疗，缓解症状的效果。因为这些治疗方法通常并不能取代变性坏死的细胞，也不能恢复组织器官的正常结构和其功能。所以难以达到从根本上治愈这些疾病的目的。而组织细胞培养技术本身也生产大量的各种不同类型的细胞，这些组织细胞可作为细胞治疗的来源，用以治疗许多传统性药物治疗所不能治愈的急性和慢性疾病，包括多种退行性和变性性疾病。这些细胞可直接用于细胞移植，或种植在生物可降解材料上再回植入机体，以达到用来取代变性坏死的组织细胞，修复组织器官的结构和恢复其正常的功能。

传统的组织细胞培养方法是在平面，也就是二维空间状态下培养细胞，这是一种简便易行的方法，便于观察所要研究的被培养的细胞，并可获得一定程度的细胞的增生。但细胞在这种状态下生长很容易发生拥挤现象，导致细胞之间的接触抑制、同时暴露于培养液的细胞表面积减少，细胞黏附面积有限。由于缺乏细胞和细胞之间，以及细胞和细胞基质的交互作用这一体内的细胞和组织生长所特有的必要的条件，细胞的增生受到一定的限制，细胞的功能低下，不能达到类似于活体状态下的组织构架的形成和细胞功能的充分表达。

尽管人们作了一些改进，例如将细胞培养在与基底膜成分有关的自然物质上，比如让细胞生长在胶原和其它细胞基质上，但仍不能获得细胞的长期生长和终末期分化，以及细胞功能的充分表达。因此二维空间的单层细胞培养并不能产生三维的组织和器官，而只是细胞的伸展，细胞常常变为欠分化的细胞并缺乏正常细胞所应有的功能。

三维组织细胞的培养是将细胞培养在事先准备好的三维细胞培养材料或支架上，或是生物可降解的三维空间结构中，然后再进行培养。三维空间的结构和环境可为细胞黏附提供更大的表面积，可以减少或者避免单层二维空间培养时的细胞接触抑制。同时三维空间为细胞的生长提供了类似于体内的生长环境，充分保障了细胞之间和细胞与细胞外基质之间的交互作用，有利于细胞的移行和运动，维持了分化细胞的表型。总之，组织细胞培养的三维空间结构和环境促进了细胞的黏附和增生，形态上的成熟，以及细胞功能的完善。

目前所采用的各种不同三维空间的培养系统虽然比二维空间培养方法有了明显的改善，但仍有一些不足之处。以胶原为支架的技术有一大限制，即由于位于支架深部的细胞缺乏营养，细胞倾向于生长在胶原支架的表面。如以Matrigel作为细胞外基质时，所培养的细胞与这一基质分离时要用酶来降解或溶解胶，这可造成细胞损伤。有些基质缺乏良好的生物相容性，有可能导致细胞毒性，或致畸或致瘤作用。有些基质的生物降解性较差，不利于细胞种植治疗和组织移植或植入。另外，大多支架材料不具有可透见性，难以对所培养的组织细胞直接进行随时和动态观察，尤其是在不破坏“标本”的条件下。此外，目前所采用的三维空间培养系统尚未能获得所培养的细胞能够维持长久细胞增殖。现有方法所产生的细胞数量尚不足，组织的大小或厚薄不够，缺乏应有的强度，尚不能成熟分化生长成类似于正常体内组织和器官所特有的形态。

因此，迫切需要建立一个较为完善的三维组织细胞空间培养系统，所述系统应有利于细胞的增生和成熟，并且有利于对细胞的观察以及有利于将细胞从培养系统中分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种理想的三维细胞培养系统，所述三维细胞培养系统可为细胞提供一个近似于体内生长的三维空间。

本发明的目的还在于提供所述三维细胞培养系统的各种用途。