TW201307555A - 細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片及共同培養之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片及共同培養之方法，所述微流道人工腎臟晶片包括一基板及一蓋體蓋於該基板上，其中該基板包含有至少一第一微流道及至少一第二微流道，在前述第一微流道及第二微流道之間並以一微通道溝通，在該第一微流道內注入膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠，在該第二微流道內注入腎臟上皮細胞；藉此將間葉幹細胞與腎臟上皮細胞進行共同培養，使腎臟上皮細胞更具功能性，而能作為微型人工腎臟晶片或進一步發展出新一代洗腎機。
Description
本發明係有關於一種細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片及共同培養之方法，特別是指使用膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠與腎臟上皮細胞進行共培養之微流道人工腎臟晶片及其共培養方法。
傳統的血液透析(hemodialysis)係利用半透膜將血液與透析液隔開，半透模一邊的血液內含有尿毒素，尿毒素可藉由擴散作用通過半透膜到另一邊的透析液中，而使血液中的尿毒素濃度降低，達到淨化之作用。然傳統血液透析因只有透析功用，無任何腎臟上皮細胞生長於血液透析機內，故無法達到彌補所有腎臟功能的目的。
在美國專利第12441106號「Bioartificial Renal Tubule」中，由Saito等人發明人工腎小管系統 (Bioartifical renal tubule device, BTD)，可將不同腎臟上皮細胞培養於中空管中，使其可用於治療急性腎衰竭病人，然而單純只培養腎臟上皮細胞並無法使上皮細胞發揮其完全功能，又因為無法即時觀察上皮細胞之反應，因此造成此類研究發展受限。
要再說明的是：
目前則有發展細胞共培養技術如美國專利第12135629號「MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR COUPLING DISCRETE MICROCHANNELS AND FOR CO-CULTURE」，其係利用堆疊兩片基板的模式，並使兩片基板之微流道分別以位在基板上、下端之入口端及出口端產生交會，而進行細胞之共同培養。
本發明預期利用微流道細胞共培養技術開發新型態微流道人工腎臟晶片，並可使用於腎臟上皮細胞與間葉幹細胞之共同培養，藉以觀察腎臟上皮細胞在共培養過程的功能性變化。
故，本發明提出一種細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片及共同培養之方法。
本發明所述之微流道人工腎臟晶片係包括：
一基板，在該基板上包含有至少一第一微流道及至少一第二微流道，在前述第一微流道及第二微流道之間並以一微通道溝通；一蓋體，蓋於該基板上。
進一步，係在該第一微流道內注入有膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠（CG-ADSC gel），在該第二微流道內注入有腎臟上皮細胞（KEC），並且較佳的是，該蓋體為透明之玻璃蓋，而腎臟上皮細胞附著在該玻璃蓋而形成單層細胞層。
進一步，前述基板之材質為聚二甲基矽氧烷（PDMS）。
本發明所述細胞共同培養之方法係操作於前述微流道人工腎臟晶片上，係將膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠注入前述第一微流道中，並將腎臟上皮細胞注入前述第二微流道中，該第一微流道及第二微流道之間再利用該微通道溝通，藉以將間葉幹細胞與腎臟上皮細胞進行共同培養，而較佳的是，該蓋體係使用透明之玻璃蓋，並使腎臟上皮細胞附著於該玻璃蓋上，而形成單層細胞層，方便觀察腎臟上皮細胞之變化。
進一步，係將10x磷酸鹽緩衝溶液（10x PBS）加入第一型膠原蛋白中，並利用氫氧化鈉將混合溶液之PH值調節至7.4，使磷酸鹽緩衝溶液與第一型膠原蛋白進行聚合，之後加入間葉幹細胞至前述混合溶液中，而形成膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠。
進一步，先將膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠注入前述第一微流道後，將前述微流道生醫晶片置入培養箱中2小時，並在溫度37℃下進行聚合，之後再注入腎臟上皮細胞至第二微流道中。
本發明具有下列功效：
1.將間葉幹細胞培養於三度空間膠原蛋白凝膠中，並將腎臟上皮細胞與間葉幹細胞共同培養，使腎臟上皮細胞更具功能性。
2.腎臟上皮細胞係培養於玻璃蓋上，可直接觀察其細胞型態的改變，並且可施與流體剪力於微流道人工腎臟晶片上，即時觀察與模擬腎小管功能。
綜合上述技術特徵，本發明細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片及共同培養之方法的主要功效可在下述較佳實施例清楚呈現。
請參閱第一圖至第三圖所示，本發明所述之細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片（A）係包括一基板（1）及一蓋體蓋於該基板（1）上，其中該基板（1）之材質為聚二甲基矽氧烷（PDMS），該蓋體則為透明之玻璃蓋（2），並且該基板（1）上包含有至少一第一微流道（11）及至少一第二微流道（12），在前述第一微流道（11）及第二微流道（12）之間並以一微通道（13）溝通；在第一圖中係顯示前述各該微流道之其中一種圖案化配置，但本發明之各該微流道不限於第一圖所示之圖案化配置。
先將10x磷酸鹽緩衝溶液（10x PBS）加入第一型膠原蛋白中，並利用氫氧化鈉將混合溶液之PH值調節至7.4，使磷酸鹽緩衝溶液與第一型膠原蛋白進行聚合，之後並加入間葉幹細胞至前述混合溶液中，而形成膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠（B），再將膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠（B）注入前述第一微流道（11）中，而將間葉幹細胞培養於三度空間膠原蛋白凝膠內，隨後將前述微流道人工腎臟晶片（A）置入培養箱中2小時，並在溫度37℃下進行聚合，之後再注入腎臟上皮細胞（C）至第二微流道（12）中，該第一微流道（11）及第二微流道（12）之間再利用該微通道（13）溝通，藉以將間葉幹細胞與腎臟上皮細胞（C）進行共同培養，另外，在本實施例中，使腎臟上皮細胞（C）附著於該玻璃蓋（2）上，而形成單層細胞層[如第三圖所示]，藉此可在共培養過程中直接觀察其細胞型態的改變；同時並可對該微流道人工腎臟晶片（A）施與流體剪力，用以即時觀察與模擬腎小管功能。
再請參閱第四圖及第五A圖與第五B圖所示，係以電子顯微鏡觀察單獨培養腎臟上皮細胞（i），與腎臟上皮細胞培養於膠原蛋白凝膠中（ii），以及使用腎臟上皮細胞與膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠之共培養（iii）方法等三者所培養之腎臟上皮細胞狀況，其中顯微圖示中可看出使用腎臟上皮細胞與膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠之共培養方法所培養之腎臟上皮細胞體積較大，且厚度較厚，使腎臟上皮細胞可具有較佳之功能性，而能將本發明作為微型人工腎臟晶片，或者進一步發展出新一代的洗腎機。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(A)．．．微流道人工腎臟晶片
(1)．．．基板
(11)．．．第一微流道
(12)．．．第二微流道
(13)．．．微通道
(2)．．．玻璃蓋
(B)．．．膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠
(C)．．．腎臟上皮細胞
第一圖係為本發明之微流道人工腎臟晶片中，其基板上各微流道構造，以及間葉幹細胞與腎臟上皮細胞共培養之示意圖。
第二圖係為第一圖之局部放大圖。
第三圖係為本發明之方法中，使腎臟上皮細胞附著於玻璃蓋上，而形成單層細胞層之示意圖。
第四圖係為本發明之方法中，實驗組與各對照組在不同時間的細胞共培養狀況之顯微圖。
第五A圖係為本發明之方法中，實驗組與對照組在不同深度的顯微圖之一。
第五B圖係為本發明之方法中，實驗組與對照組在不同深度的顯微圖之二。
(A)．．．微流道人工腎臟晶片
(11)．．．第一微流道
(12)．．．第二微流道
(13)．．．微通道
(B)．．．膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠
(C)．．．腎臟上皮細胞
Claims (8)
- 一種細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片，包括：
一基板，在該基板上包含有至少一第一微流道及至少一第二微流道，在前述第一微流道及第二微流道之間並以一微通道溝通；
一蓋體，蓋於該基板上。 - 如申請專利範圍第1項所述之細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片，係在該第一微流道內注入有膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠（CG-ADSC gel），在該第二微流道內注入有腎臟上皮細胞（KEC）。
- 如申請專利範圍第2項所述之細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片，其中該蓋體為透明之玻璃蓋，且腎臟上皮細胞附著在該玻璃蓋而形成單層細胞層。
- 如申請專利範圍第1項所述之細胞共同培養之微流道人工腎臟晶片，其中前述基板之材質為聚二甲基矽氧烷（PDMS）。
- 一種使用申請專利範圍第1項所述之微流道人工腎臟晶片進行細胞共同培養之方法，係將膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠注入前述第一微流道中，並將腎臟上皮細胞注入前述第二微流道中，該第一微流道及第二微流道之間再利用該微通道溝通，藉以將間葉幹細胞與腎臟上皮細胞進行共同培養。
- 如申請專利範圍第5項所述之細胞共同培養之方法，其中該蓋體係使用透明之玻璃蓋，並使腎臟上皮細胞附著於該玻璃蓋上，而形成單層細胞層。
- 如申請專利範圍第5項所述之細胞共同培養之方法，係將10x磷酸鹽緩衝溶液（10x PBS）加入第一型膠原蛋白中，並利用氫氧化鈉將混合溶液之PH值調節至7.4，使磷酸鹽緩衝溶液與第一型膠原蛋白進行聚合，之後加入間葉幹細胞至前述混合溶液中，而形成膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠。
- 如申請專利範圍第5項所述之細胞共同培養之方法，先將膠原蛋白-間葉幹細胞凝膠注入前述第一微流道後，將前述微流道生醫晶片置入培養箱中2小時，並在溫度37℃下進行聚合，之後再注入腎臟上皮細胞至第二微流道中。
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