[发明专利]一种用于三维多细胞球培养的细胞培养板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三维多细胞球培养的细胞培养板及其制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

众所周知，人体中的绝大多数细胞生活在三维的环境中，细胞必须通过细胞-细胞以及细胞-细胞外基质之间的相互作用，获得各种生化和机械信号，才能维持其正常的生理活动。大量研究表明，细胞与细胞外基质以及细胞与细胞之间的相互作用对于调控细胞的迁移、增殖和分化有重要的作用。一般使用的二维单层培养的细胞缺乏这样的信号传递，不能很好地模拟体内细胞的微环境。相反，在三维的多细胞球(multicellular spheroids)中细胞与外部环境之间的相互作用可大部分得到重建。因此，和细胞单层相比，多细胞球能更好地模拟体内细胞的微环境，其在基因及功能表达等诸多方面更接近于正常人体细胞。三维多细胞球在药物筛选、肿瘤研究以及组织工程等领域的应用正受到越来越多的关注，迫切需要方便的、可大批量制备、并能控制多细胞球的大小和分布的多细胞球制备技术。

培养多细胞球的方法很多。传统的悬滴法(hanging drop)可很好地控制多细胞球的大小和分布，但是操作非常繁琐，且不能大量制备。不黏附涂层法和悬浮培养法可大量制备多细胞球，但是得到的多细胞球分布很宽，应用受到很大限制。近年来发展的图案化微孔法(microwells)可得到大小一致的多细胞球，而且可规模化生产，是制备多细胞球的理想方法。但是文献中一般应用光刻等技术制备图案化微孔，这一方法需要特殊装备，只能在少数有条件的实验室中进行。此外利用光刻等技术制备的图案化微孔还存在与商品化细胞培养板不匹配的问题。这些问题大大限制了微孔法的推广和使用。

本发明公开的细胞培养板底部修饰有聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)水凝胶膜，这一水凝胶膜具有细胞不黏附性，并且具有规则的图案化微孔结构，因此可用于单分散多细胞球的制备。本发明中图案化微孔结构不是采用光刻、模具模压等方法制备，而是利用水凝胶溶涨起皱自发形成。本发明公开的细胞培养板可用于单分散多细胞球的大规模制备。

发明内容

本发明公开的细胞培养板示意图如附图1所示。其底部修饰有聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)水凝胶膜，这一水凝胶膜具有细胞不黏附性，并且具有规则的图案化微孔结构。其用于多细胞球培养的操作类似普通的二维单层细胞培养，不同的是由于规则的图案化微孔结构的存在，细胞均匀地聚集在每个微孔底部，并且由于水凝胶膜的细胞不黏附性，细胞逐步融合形成尺寸均一的多细胞球。

本发明公开的细胞培养板的制备过程如下：

(1)细胞培养板表面处理。将浓硫酸加入多孔细胞培养板的每个孔中，处理1-12小时，水洗晾干。

(2)配制预聚液。预聚液由已部分聚合的甲基丙烯酸羟乙酯，光引发剂和交联剂组成。各组分含量分别为甲基丙烯酸羟乙酯80wt％-98wt％，光引发剂1wt％-10wt％和交联剂1wt％-10wt％。

(3)将预聚液加入到多孔板的每个孔中，紫外光照引发聚合，得到PHEMA水凝胶膜。

(4)向多孔板的每个孔中加入水，PHEMA水凝胶膜发生溶胀。由于基底的束缚，水凝胶膜只能在垂直基底的方向溶胀，因此发生起皱现象，最终形成规则的图案。

(5)移去各孔中的水，晾干，灭菌消毒，无菌包装。

附图说明

图1、细胞培养板结构及多细胞球培养步骤示意图。

图2、细胞培养板制备步骤示意图。

图3、细胞培养板中PHEMA水凝胶膜显微照片显示其规则的图案化微孔结构。

图4、利用本发明公开的细胞培养板制备的尺寸均一的NIH3T3细胞多细胞球。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但本发明并不限于下列实施例。

实施例1：

将浓硫酸加入12孔细胞培养板的每个孔中，处理1-12小时，水洗晾干。配制水凝胶预聚液，其中光引发剂含量为2wt％，交联剂含量为7wt％，余为已部分聚合的甲基丙烯酸羟乙酯。将预聚液加入到12孔板的每个孔中，500W紫外固化灯下照射4min，得到PHEMA水凝胶膜。

实施例2：

向实施例1中得到的12孔板的每个孔中加入水，PHEMA水凝胶膜发生溶胀。由于基底的束缚，水凝胶膜只能在垂直基底的方向溶胀，因此发生起皱现象，最终形成规则的图案。如附图3所示。

实施例3：

向实施例2中得到的12孔板的每个孔中加入3mL NIH3T3细胞的细胞悬液，在细胞培养箱中在37℃，5％CO₂条件下培养48小时，得尺寸均一的NIH3T3多细胞球。如附图4所示。