TWI512101B - 三維細胞培養結構及其製造方法 - Google Patents

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Description

三維細胞培養結構及其製造方法
本發明係有關於一種三維細胞培養結構及其製造方法，尤指一種可供由光學、聲學、光聲與聲光所形成之影像系統觀測待測細胞之三維細胞培養結構及其製造方法。
隨著科技的進步，人們在如新藥開發以及疾病生物學研究之生醫研究上有相當大的進展，而在生醫研究上，在實驗中進行細胞培養是現今不可或缺之步驟之一，而細胞培養方面，現今以二維細胞培養與三維細胞培養為大宗。
二維細胞培養已被廣泛應用在許多不同種類的細胞，然而從其觀測到的細胞行為或相關研究結果，卻有可能無法代表其於人體生理環境之表現，一廣為人知之事實是細胞培養於三維環境時，其行為有可能迥異於二維培養所呈現之結果。舉例來說，多數細胞培養於二維環境時，無法展現出類似培養於三維環境或原本人體組織中，具有組織性的具體形態。因此細胞於三維培養所提供的研究資料，對於後續之生醫應用極為重要。
其中，胞外環境基質(Extracellular Matrix,ECM)空間上的動態研究，可對貼覆於內之細胞的群體活動或細胞之間的訊號傳遞，進行深入的觀測與分析，這對於生命科學研究或臨床研究，能提供重要且豐富的資訊。胞外環境基質空間上的動態表現顯露於其局部、短期之彈性型變，亦或長期胞外環境基質重塑而導致的整體培養基材機械性質改變。
然而，目前此一動態變化之研究多由光學為基礎的影像技術來觀測，但卻因光的折射或螢光衰退(bleaching)造成在三維細胞培養研究上的諸多限制，而一個可在較短的時程內，對大範圍胞外環境基質空間變化進行觀測的技術更是極為需要。
有鑒於現有三維細胞培養研究中，由於傳統光學影像技術有光的折射或螢光衰退之問題而受到諸多限制。緣此，本發明主要係提供一種三維細胞培養結構及其製造方法，其主要是在三維培養結構中加入可供光聲或聲光之聚合物溶液配方，藉以可供由光學、聲學、光聲與聲光所形成之影像系統觀測待測細胞。
基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種三維細胞培養結構，係利用一影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像，三維細胞培養結構包含至少二細胞培養層以及至少一細胞定位層。細胞培養層係由一聚合物溶液所組成，聚合物溶液包含至少一可行光聚合 反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biomolecules)所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液，且上述至少二細胞培養層係彼此堆疊而形成一三維培養空間，三維培養空間用以培養待測細胞。
細胞定位層係由一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及細胞培養液所組成，細胞定位層係以一預設形狀與一預設位置設置於三維培養空間中，用以供影像系統定位。其中，影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
此外，本發明所採用之主要技術手段更提供一種三維細胞培養結構製造方法，用以製造出一供影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像之三維細胞培養結構，其包含以下步驟：(a)製備一包含有至少一可行光聚合反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biomolecules)所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液之聚合物溶液；(b)利用聚合物溶液製備出至少二細胞培養層；(c)將一待 測細胞設置於上述至少二細胞培養層；(d)堆疊上述至少二細胞培養層，藉以形成一三維培養空間，並使待測細胞位於三維培養空間中；(e)製備至少一包含有一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及細胞培養液之細胞定位層；以及(f)以一預設形狀與一預設位置，將細胞定位層設置於三維培養空間中，以形成三維細胞培養結構。其中，影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
另外，本發明所採用之主要技術手段更提供一種三維細胞培養結構製造方法，用以製造出一供影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像之三維細胞培養結構，其包含以下步驟：(a)製備一包含有至少一可行光聚合反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液之聚合物溶液；(b)利用聚合物溶液製備出至少二細胞培養層；(c)堆疊上述至少二細胞培養層，藉以形成一三維培養空間；(d)製備至少一包含有一聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液、聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及細胞培養液之細胞定位層；(e)以一預設形狀與一預設位置，將細胞定位層設置於三維培養空間中，以形成三維細胞培 養結構；以及(f)將一待測細胞設置於三維細胞培養結構之三維培養空間中。其中，影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
其中，上述三維細胞培養結構及其製造方法之附屬技術手段之較佳實施例中，聚合單體係由一丙烯酸酯(acrylate)與一聚乙二醇(Polyethylene Glycol；PEG)組合而成，而該生物分子係為一敏感肽脢(Enzyme Sensitive Peptide,ESP)、一生長因子(growth factor)與一趨化因子(chemokine)中之一者，而敏感肽脢係由胺基酸所組成，聲波散射質溶液係為該二氧化矽溶液。
其中，上述三維細胞培養結構及其製造方法之附屬技術手段之較佳實施例中，第一聚合溶液之重量體積百分比係介於3-5%，第二聚合溶液之重量體積百分比係介於1-1.5%，聲波散射質溶液之重量體積百分比係0.1-0.3%，細胞培養液係由杜爾貝科培養基(Dulbecco's Modified Eagle Medium)、胎牛血清(Fetal Bovine Serum；FBS)與抗生素組合而成，而細胞定位層之該聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液之重量體積百分比係介於3-5%。
其中，上述三維細胞培養結構及其製造方法之附屬技術手段之較佳實施例中，聚合物溶液與該細胞定位層更包含一紫外光引發劑，該紫外光引發劑之重量體積百分比係介於0.1-1%，而該些光聲顯影劑係為一奈米金桿、一 染料與一石墨中之一者，在該些光聲顯影劑係該奈米金桿時，該奈米金桿於該細胞定位層之濃度係大於5*109 個/ml。此外，待測細胞係人體器官之細胞與動物細胞中之一者，待測細胞之體積濃度係介於104 -106 cell/ml，而預設形狀係為圓柱狀與餅乾狀中之一者。另外，影像系統係超音波系統、光聲影像系統、彈性影像系統與光學影像系統中至少一者。
藉由本發明所採用之三維細胞培養結構及其製造方法後，由於加入了可行光聚合反應之聚合單體、生物分子、聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液以及光聲顯影劑，使得本發明的三維細胞培養結構可使用利用影像系統觀察到光聲影像，進而克服一般三維培養基材因缺乏聲波散射質、光聲影像之吸光物質，而無法被光聲影像系統觀測之問題，以及受到傳統光學限制之問題。
此外，由於三維細胞培養結構也加入了聲波散射質溶液，使其可結合超音波多波影像技術觀測該三維細胞培養之結構變化或細胞分佈，更可用於量測細胞與周邊環境互動所反應之整體物理性質變化以及細胞力學研究，因而可觀測到多種細胞影像，進而可提升三維細胞培養觀測的多樣性。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
1‧‧‧三維細胞培養結構
11、11a、11b‧‧‧細胞培養層
111b‧‧‧瓊脂糖固定層
112b‧‧‧瓊脂糖凝膠層
113b‧‧‧共凝膠層
114b、114c、114d‧‧‧膠原蛋白凝膠層
115b‧‧‧細胞培養液
116‧‧‧聚合單體層
117‧‧‧玻璃片
12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g‧‧‧細胞定位層
2‧‧‧影像系統
3‧‧‧待測細胞
A、B、C‧‧‧厚度
第一圖係顯示本發明較佳實施例之三維細胞培養結構 之立體示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之影像系統觀測三維細胞培養結構之示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之三維細胞培養結構製造方法之流程示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之細胞培養層之示意圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例之細胞培養之實務示意圖；第六A圖至第六C圖係顯示本發明其他實施例之超音波影像觀測細胞培養之示意圖；第七A圖係顯示本發明第二實施例之細胞培養之第一示意圖；第七B圖係顯示本發明第三實施例之細胞培養之第二示意圖；第八A圖係顯示本發明第二實施例之細胞培養之側視示意圖；第八B圖係顯示本發明第三實施例之細胞培養之側視示意圖；以及第九A圖至第九C圖係顯示本發明其他實施例之影像觀測之示意圖。
由於本發明所提供之三維細胞培養結構及其製造方法中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述， 僅列舉幾個較佳實施例來加以具體說明。
請一併參閱第一圖至第二圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例之三維細胞培養結構之立體示意圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之影像系統觀測三維細胞培養結構之示意圖。如圖所示，本發明所提供的三維細胞培養結構1係用以利用一影像系統2觀測出一待測細胞3之至少一細胞影像(圖未示)，三維細胞培養結構1包含了二層的細胞培養層11、11a以及複數個細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g。
另外，影像系統2係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，進一步而言，影像系統2係為超音波系統、光聲影像系統、彈性影像系統與光學影像系統中至少一者或其組合，而待測細胞3係人體器官之細胞與動物細胞中之一者。
在本發明較佳實施例中，細胞培養層11、11a內的成分是由一聚合物溶液所組成，此聚合物溶液包含有第一聚合溶液、第二聚合溶液、一聲波散射質溶液、細胞培養液以及一紫外光引發劑。第一聚合溶液是由至少一可行光聚合反應之聚合單體以及一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biormolecules)所聚合。具體而言，在本發明較佳實施例中，上述可行光聚合反應之聚合單體係由一丙烯酸酯(acrylate)與一聚乙二醇(Polyethylene Glycol；PEG)組合而成，且聚乙二醇的分子量為3500道爾頓(Dalton Da,D)，而在其他實施例中，只要可吸收光之聚合物皆不脫離本發明所限制之 範疇。
另外，上述之生物分子係為一敏感肽脢(Enzyme Sensitive Peptide,ESP)、一生長因子(growth factor)與一趨化因子(chemokine)中之一者，而在本發明較佳實施例中，生物分子係為敏感肽脢，且敏感肽脢係由胺基酸所組成，而使用前述之胺基酸的目的在於由於其係帶有基質金屬蛋白脢(Matrixmetalloproteinase-1,MMP-1)之細胞，因而可供辨識而切斷，並且可依需求調整為不同序列，使帶有不同酵素之細胞可辨識並切除，進而可依實際觀測之狀況來進行調整。此外，在此值得一提的是，本發明較佳實施例採用上述所聚合而成的第一聚合溶液之重量體積百分比係介於3-5%。
第二聚合物溶液係由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合，其中，聚乙二醇的分子量為3500道爾頓(Dalton Da,D)，且此第二聚合物溶液的目的是在於可促進細胞貼附於其所屬之環境，並且可依細胞種類調整為不同序列之肽類，且第二聚合溶液之重量體積百分比係介於1-1.5%。
聲波散射質溶液係為二氧化矽溶液，且此二氧化矽溶液內中所含的二氧化矽粒子的直徑範圍介於1-5μm，而聲波散射質溶液之重量體積百分比係0.1-0.3%。
另外，細胞培養液係由杜爾貝科培養基(Dulbecco's Modified Eagle Medium)、10%的胎牛血清(Fetal Bovine Serum；FBS)與1%的抗生素組合而成，而在本發明較佳實施例中，抗生素係採用萊富生命科技(Invitrogen) 公司之產品編號為15240之產品。
紫外光引發劑之重量體積百分比係介於0.1-1%，且在本發明較佳實施例中，此紫外光引發劑是Irgacure 2959。其中，在第一聚合物溶液中加入紫外光引發劑的目的在於本發明較佳實施例所使用的第一聚合物溶液是在365nm的UV光、時間為10-30秒且溫度控制為室溫的環境下進行聚合而形成，因此需要藉由紫外光引發劑作為365nmUV光的觸發媒介。
在此值得一提的是，上述的二細胞培養層11、11a係彼此堆疊而形成一三維培養空間，且此三維培養空間用以培養待測細胞3，而本發明較佳實施例中，係將體積濃度介於104 至106 cell/ml的待測細胞3設置於三維培養空間中。
細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g係由一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、上述之聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及細胞培養液所組成。其中，聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液之重量體積百分比係介於3-5%，而光聲顯影劑係為一奈米金桿、一染料與一石墨中之一者，在該些光聲顯影劑係奈米金桿時，奈米金桿於細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g之濃度係大於5*109 個/ml。
而在此值得一提的是，細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g係以一預設形狀與一預設位置設置於三維培養空間中，用以供影像系統2進行定位，藉 以觀測出待測細胞3的生長狀況而觀測出細胞影像，而此細胞影像係為超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者，其係由影像系統2所決定。而上述之預設形狀例如為圓柱狀與餅乾狀，且在本發明較佳實施例中，細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g都是以圓柱狀設置於三維培養空間中。
另外，請參閱第三圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之三維細胞培養結構製造方法之流程示意圖，如第三圖所示，製造出本發明之三維細胞培養結構的步驟如下(標號請參見第一圖與第二圖)：步驟S101：製備一包含有至少一聚合單體、一生物分子所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液之聚合物溶液；步驟S102：利用聚合物溶液製備出至少二細胞培養層11；步驟S103：將一待測細胞3設置於上述至少二細胞培養層中；步驟S104：堆疊上述至少二細胞培養層11，藉以形成一三維培養空間，並使待測細胞3位於三維培養空間中；步驟S105：製備至少一包含有一聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液、一二氧化矽溶液、複數個光聲顯影劑以 及細胞培養液之細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g；以及步驟S106：以一預設形狀與一預設位置，將細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g設置於三維培養空間中，以形成三維細胞培養結構1。
其中，上述步驟所製造出的三維細胞培養結構1中，其成分以及相關的重量體積百分比皆相同，因此在此不再予以贅述，但在其他實施例中，步驟S103係可先不執行，而係在形成三維細胞培養結構1後再執行，舉例來說，在待測細胞3培養在三維細胞培養結構1為具有孔洞之鷹架結構(scaffold)內的實施例中，待測細胞3係在細胞培養層11堆疊形成三維培養空間，且細胞定位層12、12a、12b、12c、12d、12e、12f與12g皆完成後才置入於鷹架結構的孔洞(即三維培養空間)內。
其中，為了使本領域所屬技術領域具有通常知識者可以更了解本案較佳實施例的細胞培養層，將茲舉以下例子進行敘述，請一併參閱第四圖至第六C圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之細胞培養層之示意圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之細胞培養之實務示意圖，第六A圖至第六C圖係顯示本發明較佳實施例之超音波影像觀測細胞培養之示意圖。
如圖所示，本發明較佳實施例之細胞培養層11b中，包含了瓊脂糖(Agarose)固定層111b、瓊脂糖凝膠(Bulk agarose)層112b、共凝膠層(Co-gel layer)113b、膠 原蛋白凝膠(Collagen gel)層114b以及細胞培養液115b，其中，膠原蛋白凝膠層114b裡包含了聲波散射質溶液，也就是說，在本發明較佳實施例中，所提供三維細胞培養結構1及其製造方法中，細胞培養層11b所包含的聚合單體、生物分子所聚合之第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液係分別形成了上述的瓊脂糖固定層111b、瓊脂糖凝膠層112b、共凝膠層113b、膠原蛋白凝膠層114b以及細胞培養液115b。
另外，在本發明較佳實施例中，上述瓊脂糖固定層111b的厚度為1毫米(mm)，瓊脂糖凝膠層112b的厚度為7毫米，共凝膠層113b的厚度為1毫米，而膠原蛋白凝膠層114b的厚度也為1毫米，但在其他實施例中不在此限，其可視實際狀況進行調整。
舉例而言，在採用了上述的細胞培養層11b以後並實際製作出來後，係可將其堆疊形成三維培養空間而形成如第五圖最左側所示之結構，此外，第五圖所示的結構係在製造的過程中，所有邊界皆沒有被固定住時所形成的，而在將不同濃度的肺腺癌細胞植入第五圖最左側所示之結構後，靜置五天後係產生如第五圖中間與最右側所示之狀況，其中，第五圖最左側之培養皿中的結構也同樣是在未植入肺腺癌細胞而靜置五天之狀況，而第五圖中間之培養皿係植入5×104 cells/ml濃度的肺腺癌細胞，第五圖右側之培養皿係植入107 cells/ml濃度的肺腺 癌細胞。由第五圖可明顯發現，加入濃度愈濃的肺腺癌細胞，細胞培養層被其改變的愈多而收縮的愈多，也就是說，其體積會有明顯的收縮。
其中，若以在製造的過程中限定邊界所形成的結構而言，其在實施過程中，厚度會有明顯的改變，如以超音波系統之B-mode模式進行觀測來說，係分別產生如第六A圖至第六C圖之狀況，也就是說，第六A圖係未植入肺腺癌細胞之超音波影像圖，第六B圖係植入5×104 cells/ml濃度的肺腺癌細胞之超音波影像圖，而第六C圖係植入107 cells/ml濃度的肺腺癌細胞之超音波影像圖。其中，由圖中可知，厚度A係大於厚度B但密度較小，厚度B大於厚度C但密度較小，因此可知不同肺腺癌細胞數量對改變胞外環境基質(Extracellular Matrix,ECM)體積之程度差異。
此外，在本發明較佳實施例中係可進一步採用彈性影像觀測而得知其剪力波的速度以及彈性係數，進一步來說，在本發明較佳實施例實作的狀況中，以彈性影像觀測第六A圖係可算出其剪力波速度係0.3m/s，而彈性係數係70.62±22.84pa；若以彈性影像觀測第六B圖係可算出其剪力波速度係0.59m/s，而彈性係數係163.76±26.7pa；而以彈性影像觀測第六C圖係可算出其剪力波速度係0.77m/s，而彈性係數係262.44±4.9pa。因此，在本發明較佳實施例的三維細胞培養結構1下，可觀察到待測細胞3與細胞培養層11b間作用的機械性質以及其細胞影像。
另外，請一併參閱第七A圖至第九C圖，第七A圖係顯示本發明第二實施例之細胞培養之第一示意圖，第七B圖係顯示本發明第三實施例之細胞培養之第二示意圖，第八A圖係顯示本發明第二實施例之細胞培養之側視示意圖，第八B圖係顯示本發明第三實施例之細胞培養之側視示意圖，第九A圖至第九C圖係顯示本發明其他實施例之影像觀測之示意圖。
如八A圖所示，本發明第二實施例中，細胞培養層(圖未標示)中，膠原蛋白凝膠層114c係設置於一聚合單體層116之中，其實務之狀況係如第七A圖所示；而在第三實施例中，膠原蛋白凝膠層114d係設置於聚合單體層116之上，而聚合單體層116係設置於玻璃片117之上，其實務之狀況係如第七B圖所示。
另外，若以實際觀測其他實施例(三維細胞培養結構為具有孔洞之鷹架結構)之狀況而言，其細胞培養層(圖未標示)係為具有孔洞之基材，且待測細胞3係培養於孔洞中，而利用不同的影像系統2即可觀測出如超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像之影像，舉例而言，第九A圖中，係其分子結構的示意圖；第九B圖即為直接使用相機拍攝之實體圖；第九C圖中，係B mode超音波影像圖，其可觀測到有多個直徑約500μm之孔洞。
在此需要一提的是，本發明上述的實施例中，由於更進一步加入細胞定位層12，因此可進一步觀測光聲影像而可得到較多關於待測細胞3如生長狀況之實驗數據。
綜合以上所述，由於加入了可行光聚合反應之聚合單體、生物分子、聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液以及光聲顯影劑，使得本發明的三維細胞培養結構可使用利用影像系統觀察到光聲影像，進而克服一般三維培養基材因缺乏聲波散射質、光聲影像之吸光物質，而無法被光聲影像系統觀測之問題。
此外，由於三維細胞培養結構也加入了聲波散射質溶液，使其可結合超音波多波影像技術觀測該三維細胞培養之結構變化或細胞分佈，更可用於量測細胞與周邊環境互動所反應之整體物理性質變化以及細胞力學研究，因而可觀測到多種細胞影像，進而可提升三維細胞培養觀測的多樣性。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1‧‧‧三維細胞培養結構
11、11a‧‧‧細胞培養層
12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g‧‧‧細胞定位層
3‧‧‧待測細胞

Claims (25)

  1. 一種三維細胞培養結構，係用以利用一影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像，該三維細胞培養結構包含：至少二細胞培養層，係由一聚合物溶液所組成，該聚合物溶液包含至少一可行光聚合反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biomolecules)所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液，且上述至少二細胞培養層係彼此堆疊而形成一三維培養空間，該三維培養空間用以培養該待測細胞；以及至少一細胞定位層，係由一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、該聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及該細胞培養液所組成，該細胞定位層係以一預設形狀與一預設位置設置於該三維培養空間中，用以供該影像系統定位；其中，該影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，該細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該聚合單體係由一丙烯酸酯(acrylate)與一聚乙二醇(Polyethylene Glycol；PEG)組合而成，而該生物分子係 為一敏感肽脢(Enzyme Sensitive Peptide,ESP)、一生長因子(growth factor)與一趨化因子(chemokine)中之一者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之三維細胞培養結構，其中，該敏感肽脢係由胺基酸所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該聲波散射質溶液係為該二氧化矽溶液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該第一聚合溶液之重量體積百分比係介於3-5%，該第二聚合溶液之重量體積百分比係介於1-1.5%，該聲波散射質溶液之重量體積百分比係0.1-0.3%，該細胞培養液係由杜爾貝科培養基(Dulbecco's Modified Eagle Medium)、胎牛血清(Fetal Bovine Serum；FBS)與抗生素組合而成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該細胞定位層之該聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液之重量體積百分比係介於3-5%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該聚合物溶液與該細胞定位層更包含一紫外光引發劑，該紫外光引發劑之重量體積百分比係介於0.1-1%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中， 該些光聲顯影劑係為一奈米金桿、一染料與一石墨中之一者，在該些光聲顯影劑係該奈米金桿時，該奈米金桿於該細胞定位層之濃度係大於5*109 個/ml。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該待測細胞係人體器官之細胞與動物細胞中之一者。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該待測細胞之體積濃度係介於104 -106 cell/ml。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該預設形狀係為圓柱狀與餅乾狀中之一者。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之三維細胞培養結構，其中，該影像系統係超音波系統、光聲影像系統、彈性影像系統與光學影像系統中至少一者。
  13. 一種三維細胞培養結構製造方法，用以製造出一供影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像之三維細胞培養結構，包含以下步驟：(a)製備一包含有至少一可行光聚合反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biomolecules)所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射 質溶液以及一細胞培養液之聚合物溶液；(b)利用該聚合物溶液製備出至少二細胞培養層；(c)將一待測細胞設置於上述至少二細胞培養層；(d)堆疊上述至少二細胞培養層，藉以形成一三維培養空間，並使該待測細胞位於該三維培養空間中；(e)製備至少一包含有一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、該聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及該細胞培養液之細胞定位層；以及(f)以一預設形狀與一預設位置，將該細胞定位層設置於該三維培養空間中，以形成該三維細胞培養結構；其中，該影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，該細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
  14. 一種三維細胞培養結構製造方法，用以製造出一供影像系統觀測出一待測細胞之至少一細胞影像之三維細胞培養結構，包含以下步驟：(a)製備一包含有至少一可行光聚合反應之聚合單體、一可供細胞辨識與提供訊號予細胞中之一者之生物分子(biomolecules)所聚合之一第一聚合溶液、由一丙烯酸酯、一聚乙二醇與一細胞黏附肽(Cell Adhesive Peptide,CAP)所聚合之一第二聚合溶液、一聲波散射質溶液以及一細胞培養液之聚合物溶液；(b)利用該聚合物溶液製備出至少二細胞培養層； (c)堆疊上述至少二細胞培養層，藉以形成一三維培養空間；(d)製備至少一包含有一聚乙二醇雙丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate,PEGDA)溶液、該聲波散射質溶液、複數個光聲顯影劑以及該細胞培養液之細胞定位層；(e)以一預設形狀與一預設位置，將該細胞定位層設置於該三維培養空間中，以形成該三維細胞培養結構；以及(f)將一待測細胞設置於該三維細胞培養結構之該三維培養空間中；中，該影像系統係由光學、聲學、光聲與聲光中之至少一者所形成，該細胞影像係超音波影像、光聲影像、彈性影像、分子影像與空間分布影像中之至少一者。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該聚合單體係由一丙烯酸酯(acrylate)與一聚乙二醇(Polyethylene Glycol；PEG)組合而成，而該生物分子係為一敏感肽脢(Enzyme Sensitive Peptide,ESP)、一生長因子(growth factor)與一趨化因子(chemokine)中之一者。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該敏感肽脢係由胺基酸所組成。
  17. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該聲波散射質溶液係為該二氧化矽溶液。
  18. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該第一聚合溶液之重量體積百分比係介於3-5%，該第二聚合溶液之重量體積百分比係介於1-1.5%，該聲波散射質溶液之重量體積百分比係0.1-0.3%，該細胞培養液係由杜爾貝科培養基(Dulbecco's Modified Eagle Medium)、胎牛血清(Fetal Bovine Serum；FBS)與抗生素組合而成。
  19. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該細胞定位層之該聚乙二醇雙丙烯酸酯溶液之重量體積百分比係介於3-5%。
  20. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該聚合物溶液與該細胞定位層更包含一紫外光引發劑，該紫外光引發劑之重量體積百分比係介於0.1-1%。
  21. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該些光聲顯影劑係為一奈米金桿、一染料與一石墨中之一者，在該些光聲顯影劑係該奈米金桿時，該奈米金桿於該細胞定位層之濃度係大於5*109 個/ml。
  22. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該待測細胞係人體器官之細胞與動物細胞中之一者。
  23. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該待測細胞之體積濃度係介於104 -106 cell/ml。
  24. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該預設形狀係為圓柱狀與餅乾狀中之一者。
  25. 如申請專利範圍第13或14項所述之三維細胞培養結構製造方法，其中，該影像系統係超音波系統、光聲影像系統、彈性影像系統與光學影像系統中至少一者。
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