TWI751902B - 細胞培養平台及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種細胞培養平台和製造此培養平台的方法。本發明涉及用於細胞生長的培養平台，特別是建立了一製造方法，生產以細胞外基質為根基的微孔，該微孔用於細胞培養。所述之細胞培養包括單一種細胞、多種細胞、球體、組織和類器官。本發明的細胞培養平台，在良好的控制條件下，可以使用單一細胞培養或多種細胞共同培養，進而形成複雜的類組織結構或類器官，並利於觀察細胞與細胞之交互作用和細胞與細胞外基質之交互作用，且允許多種細胞類型在預先準備的細胞支持介質中共同培養。進而用以醫學生物技術研究、藥物篩檢、毒性測試和精準醫療…等的應用。
Description
本發明係關於微流體裝置之細胞培養平台。
特別關於一種細胞培養平台，該平台創造出類似於局部組織和器官的微環境，特別是創建了一種以細胞外基質為根基的微孔(extra-cellular matrix based microwell)，該以細胞外基質為根基的微孔提供了細胞生長貼附的空間和生長環境讓細胞形成微組織或微器官，從而用以醫學生物技術研究、藥物篩檢、毒性測試和精準醫療…等的應用。
目前細胞培養技術可分為兩大類：第一類為細胞團包埋在凝膠基質中生長；第二類為不倚靠凝膠基質而形成細胞團。但目前的方法都不適合配製和生長複雜的多細胞型類器官。例如，在凝膠基質系統(第一類)中，以細胞-細胞和細胞-基質相互作用而言，雖然包埋在凝膠系統中的細胞團可以呈現出與體內相似的環境，但這系統中缺少血流網絡，並且用於包埋的凝膠無法在空間上與時間上以受控制的方式逐一加入其他的細胞類型進而重建更複雜的組織結構。大多數無凝膠體系(第二類)僅適用於自聚集細胞類型，並且需要進一步的轉移和組裝才可將凝聚的細胞團整合到細胞外基質內，這會導致實驗過程中不一
致性增加。因此，目前的細胞培養技術瓶頸為：一、無法同時培養一器官內所有的細胞。二、無法在原位形成類組織結構或類器官。
本發明提供一種細胞培養平台，其提供類似於局部組織和器官的微環境。本發明的細胞培養的平台提供了以細胞外基質為根基的微孔，該微孔可讓細胞貼附及生長。以細胞外基質為根基的微孔具有界面可提供初期細胞貼附，爾後細胞外基質持續提供微環境並支持細胞生長成類組織或類器官。
本發明提供了一種細胞培養平台，包括：(一)在細胞支持介質(cell supporting medium)中形成至少一個以細胞外基質為根基的微孔供細胞貼附及生長；(二)一個或多個微孔間隔物(microwell spacer)定義了該微孔(microwell)或每個微孔之入口(entrance of microwell)，該微孔之入口使得細胞及細胞培養基進入該微孔或每個微孔中。其中，一個或多個微孔間隔物和微孔與細胞支持介質的交界面(the contact surface between the microwell spacer and the cell supporting medium)決定微孔的體積和形狀。並且，在將細胞輸送至微孔之前，一或多個微孔間隔物會與細胞支持介質直接接觸。
本發明提供了一種製造細胞培養平台的方法，所述方法包括：提供第一支撐結構(the first supporting structure)，在該第一支撐結構兩側具有微孔開口，其中每一側具有至少兩個微孔開口，同一側中至少有兩個微孔開口位於同一平面中，彼此由微孔間隔物隔開，其中至少一個微
孔開口與另一側的微孔開口彼此相對。第一支撐結構與第二支撐結構(the second supporting structure)之間具有一個或多個微孔間隔物，第一支撐結構與第三支撐結構(the third supporting structure)之間亦具有一個或多個微孔間隔物；將犧牲介質(sacrificed medium)引入第二支撐結構和第三支撐結構中，之後固化犧牲介質。將細胞支持介質引入第一支撐結構；固化該細胞支持介質後，液化犧牲介質，並從第二支撐結構和第三支撐結構中移除液化的犧牲介質後，微孔在細胞支持介質中形成。將一種或多種細胞懸浮於細胞培養基(culture medium)中，並將含細胞的細胞培養基注入第二支撐結構和/或第三支撐結構，使得細胞進入微孔與細胞支持介質直接接觸並於其內生長。
101,101a,101b,101c:微孔(microwells)示意圖
102:細胞支持介質(cell supporting medium)
103:微孔與細胞支持介質之交界面(the interface between microwell and cell supporting medium)
104,104a:微孔間隔物(microwell spacers)
105:微孔之入口(entrance of microwell)
106:參考點
107,107a:微孔間隔物的表面(surface of microwell spacer)
108,108a:接觸面(the contact surface between the microwell spacer and the cell supporting medium)
110:微通道(microchannel)
301:細胞培養平台(cell culture platform)
302:第一支撐結構(the first supporting structure)
303:細胞支持介質(cell supporting medium)
304:第二支撐結構(the second supporting structure)
305:第三支撐結構(the third supporting structure)
306:細胞培養基(cell culture medium)
307,307a,308,308a:儲存槽(reservoirs)
309,309a:微孔(microwells)
310,310a,310b,310c:微孔間隔物(the microwell spacers)
圖1係本發明之細胞培養平台之一微孔俯視示意圖。
圖2係本發明之細胞培養平台之一微孔之三維立體示意圖。
圖3係本發明之細胞培養平台的局部俯視示意圖。
圖4係微孔所形成的微通道之三維立體示意圖。
圖5係本發明之細胞培養平台之俯視示意。
如圖1至圖4所示，本發明之細胞培養平台包括至少一或複數個微孔101、一細胞支持介質102及一微孔間隔物104，其中微孔101形成於細胞支持
介質102內並具有入口105，且入口105兩側分別設置一個微孔間隔物104，細胞支持介質102由一凝膠基質(gel matrix)形成，該凝膠基質可為天然水凝膠(natural hydrogel)、合成水凝膠(synthetic hydrogel)或兩者混合組成。如圖1所示，微孔間隔物104之接觸面108與細胞支持介質102接觸，其中同一微孔101之入口105兩側之微孔間隔物104的兩參考點106之間延伸的虛線範圍定為該微孔101之體積和形狀(the volume and the shape of the microwell are determined by the dashed line extending between the two circles)，在此注意的是，參考點106為虛擬標示，僅用於界定圖1的同一微孔101之入口105兩側之微孔間隔物104的兩參考點106之間延伸的虛線範圍定為該微孔101之體積和形狀。此外，如圖4所示，微孔101得於細胞支持介質102上沿一方向延伸而形成微通道110，且如圖1或圖4所示，微孔101或微通道110可具有平坦、球形、圓形或彎曲的底部。在本實施例中，每個微孔是光學透明的，以便能夠進行顯微鏡成像。
如圖5所示，本發明之細胞培養平台由下列方法製造，所述製造方法包括：提供第一支撐結構302，在第一支撐結構302兩側具有微孔開口，其中每一側具有至少兩個微孔開口，同一側中至少有兩個微孔開口位於同一平面中，彼此由微孔間隔物310c隔開，其中至少一個微孔開口與另一側的微孔開口彼此相對。第一支撐結構302與第二支撐結構304之間具有一個或多個微孔間隔物310，第一支撐結構302與第三支撐結構305之間亦具有一個或多個微孔間隔物310c；將犧牲介質(sacrificed medium)引入第二支撐結構304和第三支撐結構305中，之後固化犧牲介質。將細胞支持介質303引入第一支撐結構302；固化該細胞支持介質303後，液化犧牲介質，並從第二支撐結構304和第三支撐結構305中移除液化的犧牲介質後，微孔
309、309a在細胞支持介質303中形成。將一種或多種細胞懸浮於細胞培養基306(culture medium)中，並將含細胞的細胞培養基注入第二支撐結構304和/或第三支撐結構305，使得細胞進入微孔309、309a與細胞支持介質303直接接觸並於其內生長。在此，犧牲介質指的是具有液體可逆凝膠(liquid reversible hydrogels)性質的介質，細胞培養基306，其為液體培養基，能夠將細胞或試劑經由微孔之入口遞送至微孔309、309a，細胞進入微孔309、309a後可成為類球、類器官、微組織、緊密聚集體、疏鬆聚集體或細胞懸浮於微孔309、309a內。
此外，液體培養基包括一種或多種選以下物質：試劑、有機材料、無機材料、藥物載體、膠體、藥物、小分子、核酸、寡核苷酸、寡肽、多肽、蛋白質、酶、多醣、糖蛋白、激素、受體、受體配體、輔因子、反義寡核苷酸、核酶、小干擾RNA、microRNA、短髮夾RNA、脂質、適體、病毒和抗體或其抗原結合部分。此外，細胞培養基306為液體培養基，能夠將一細胞經由該微孔309、309a之入口遞送至微孔309、309a，該細胞進入微孔309、309a後可成為類球、類器官、微組織、緊密聚集體、疏鬆聚集體或細胞懸浮於微孔309、309a內。在此須注意的是，根據本發明之一具體實施例，細胞培養平台由至少二個(含)以上的支撐結構組合而成，如：細胞培養平台可僅由第一支撐結構302與第三支撐結構305組成，且第一支撐結構302用於填入細胞支持介質，且第三支撐結構305用於注入細胞培養基。
如圖5所示，根據本發明之細胞培養平台301包括第一支撐結構302具疏水性的內表面的通道，其能夠容納細胞支持介質303。第二支撐結構304和第三支撐結構305也為通道的形式，每個通道的內表面是疏水的
並且能夠容納細胞培養基306。第二支撐結構304包括位於通道兩端的細胞培養基儲存槽307、307a，而第三支撐結構305包括位於通道的兩端的細胞培養基儲存槽308、308a。在細胞支持介質303兩側有多個微孔309形成。每個微孔具有微孔間隔物310，310a，310b和310c緊鄰同一側的微孔。一種或多種細胞可藉由細胞培養基306進入微孔309中生長複製成為類組織或類器官。
301:細胞培養平台(cell culture platform)
302:第一支撐結構(the first supporting structure)
303:細胞支持介質(cell supporting medium)
304:第二支撐結構(the second supporting structure)
305:第三支撐結構(the third supporting structure)
306:細胞培養基(cell culture medium)
307,307a,308,308a:儲存槽(reservoirs)
309,309a:微孔(microwells)
310,310a,310b,310c:微孔間隔物(microwell spacers)
Claims (10)
- 一種細胞培養平台，包括：一第一支撐結構，其提供填入一細胞支持介質的空間，使一個或多個微孔於該細胞支持介質內形成；以及一第二支撐結構，提供一通道使一細胞培養基進入該一個或多個微孔，該第二支撐結構與該第一支撐結構之間具有一個或多個微孔間隔物，其中各該微孔之一入口設置於各該微孔兩側之該微孔間隔物之間的範圍，該入口為該細胞培養基進入該微孔之通道。
- 如請求項1所述之細胞培養平台，各該微孔之體積和形狀由設置於各該微孔兩側之該微孔間隔物之間的距離、該微孔間隔物的面積和該細胞支持介質決定，各該微孔在該細胞支持介質可形成一微通道，且該微孔或該微通道可具有平坦、球形、圓形或彎曲的底部。
- 如請求項1所述之細胞培養平台，該細胞培養基為一液體培養基，用以將一細胞經由該微孔之該入口遞送至該微孔，該細胞進入該微孔後可成為類球、類器官、微組織、緊密聚集體、疏鬆聚集體或細胞懸浮於該微孔內。
- 如請求項1之細胞培養平台，該細胞支持介質由一凝膠基質(gel matrix)形成，該凝膠基質可為天然水凝膠(natural hydrogel)、合成水凝膠(synthetic hydrogel)或前述兩者混合組成。
- 一種製造如請求項1所述之細胞培養平台的方法，該製造方法包括：提供一第一支撐結構，在該第一支撐結構其外圍形成至少兩個微孔開口，該微孔開口位於一個微孔間隔物旁、或多個微孔間隔物之間，同一側的微孔開口至 少兩個位於同一平面，其中該至少一個微孔開口與另一側的另一該微孔開口相對，並且所述微孔開口由該一個或多個微孔間隔物連接到該第一支撐結構；提供與該至少一個微孔連通的一第二支撐結構，其中該至少一微孔間隔物位於該第一支撐結構和該第二支撐結構之間；將一犧牲介質引入該第二支撐結構中，接著固化該犧牲介質；接著將一細胞支持介質引入該第一支撐結構，固化該細胞支持介質，此時前述固化的該犧牲介質會突出並通過該微孔開口進入該細胞支持介質；以及接著液化該犧牲介質，從該第二支撐結構中移除液化的該犧牲介質後，至少一個微孔在該細胞支持介質中形成。
- 如請求項5所述之方法，其中該犧牲介質具有液體可逆凝膠(liquid reversible hydrogels)的性質。
- 如請求項5所述之方法，更包括：提供與該至少一個微孔開口連通的一第三支撐結構，其中該至少一微孔間隔物位於該第一支撐結構和該第三支撐結構之間；將一犧牲介質引入該第三支撐結構中，接著固化該犧牲介質；以及接著液化該犧牲介質，從該第三支撐結構中移除液化的該犧牲介質後，該至少一個微孔在該細胞支持介質中形成。
- 如請求項7所述之方法，其中該第一支撐結構位於該第三支撐結構與該第二支撐結構之間。
- 如請求項1所述之細胞培養平台，該細胞培養基為液體培養基，其係包括一種或多種選以下物質：試劑、有機材料、無機材料、藥物載體、膠體、藥物、小分子、核酸、寡核苷酸、寡肽、多肽、蛋白質、酶、多醣、糖蛋 白、激素、受體、受體配體、輔因子、反義寡核苷酸、核酶、小干擾RNA、microRNA、短髮夾RNA、脂質、適體、病毒和抗體或其抗原結合部分。
- 如請求項1所述之細胞培養平台，更包括一第三支撐結構，其中該第一支撐結構位於該第三支撐結構與該第二支撐結構之間，其中該第一支撐結構可填入該細胞支持介質，該第二支撐結構與該第三支撐結構注入該細胞培養基。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110103788A TWI751902B (zh) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | 細胞培養平台及其製造方法 |
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|---|---|---|---|
| TW110103788A TWI751902B (zh) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | 細胞培養平台及其製造方法 |
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| TW202229536A TW202229536A (zh) | 2022-08-01 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| TW110103788A TWI751902B (zh) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | 細胞培養平台及其製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2021
- 2021-01-29 TW TW110103788A patent/TWI751902B/zh active
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| TW202229536A (zh) | 2022-08-01 |
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