细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架的制备方法

摘要

本发明涉及细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架的制备方法，包括：混合亲水性高分子、疏水性高分子及溶剂，以制备粘度为50～2000cps的电纺丝溶液的步骤；利用上述电纺丝溶液进行电纺丝来形成高分子纤维的步骤，在上述高分子纤维形成有多个微珠；聚集高分子纤维来形成具有多个气孔的纤维网的步骤；以及将培养液渗透到纤维网的多个气孔中的步骤。上述微珠的直径大于上述高分子纤维的直径。

说明书

本申请是申请号为201680017180.1、申请日为2016年5月10日、发明名称为“细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及细胞培养支架，更详细地，涉及可提高细胞的粘附性及移动性，并对细胞培养提供熟悉且适合的培养环境，来使细胞的生存率极大化，并且能够使细胞以优选的形状及骨架生长的细胞培养支架。

背景技术

最近，随着培养细胞的使用扩大至疾病的治疗，而对细胞培养的关注和研究也逐渐增加。

细胞培养为从生物体采取细胞，在生物体外进行培养的技术，所培养的细胞通过分化为皮肤、器官、神经等身体的多种组织，来用于治疗疾病。

像这样的细胞培养需要用于提供与体内相似的培养环境的培养支架。

在培养支架上培养的细胞以粘附的状态生长，可通过提高细胞对培养支架的粘附性，来提高细胞的生存率。

因此，目前不断研究及开发新培养支架，以提高细胞的粘附性，并使细胞的培养环境进一步优化。

韩国公开专利公报第2007-0053443号公开了通过对纤维纺丝原液进行电纺丝工序，来由三维结构的海绵形态的纤维形成的支架的制造方法，但支架的纤维层具有规定直径的线形状，支架的气孔定义为在多个纤维之间存在的气孔。

因此，由于细胞难以通过支架的微细气孔渗透到支架的内部来生长，因而仅允许细胞的二维生长，来使细胞以优选的形状和骨架生长受到限制，并且由于细胞粘附支架来生长，而存在在细胞生长后难以为分化而使细胞从支架分离的缺点，并且由于该支架由丝蛋白的纤维而成，因而在同时提高细胞的粘附性和移动性方面受到限制。

发明内容

技术问题

本发明是鉴于上述情况而提出的，本发明的目的在于，提供通过提高细胞的粘附性及移动性来对细胞培养提供熟悉且适合的培养环境的细胞培养支架。

本发明的另一目的在于，提供使细胞向纤维网内部渗透来生长而使细胞以不变形形状及骨架的状态生长的细胞培养支架。

解决问题的方案

用于实现上述目的的本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架的特征在于，由纤维网形成，上述纤维网通过使包含利用电纺丝取得的亲水性高分子和疏水性高分子的纤维蓄积来形成用于使培养液渗透的多个气孔。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述纤维可以包含60～90重量百分比的上述亲水性高分子。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述亲水性高分子可以为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚丙烯腈(PAN)。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述疏水性高分子可以为聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚氨酯(PU)、聚醚砜(PES)中的一种。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述纤维的直径可以为100nm～10μm。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，还可以包括形成于上述纤维的多个微珠，以确保使上述细胞向上述纤维网的内部渗透来生长的空间。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述纤维网可以为利用混合上述亲水性高分子、上述疏水性高分子及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝而成的网，上述纺丝溶液的粘度可以为50～2000cps。

在根据本发明的一实施例的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中，上述微珠的直径可以大于上述纤维的直径。

发明的效果

根据本发明具有如下的优点，即，通过将纤维网用作用于培养细胞的支架，上述纤维网具有蓄积包含亲水性高分子及疏水性高分子的纤维的多个气孔，来提高细胞的粘附性及移动性，并且使得可吸收细胞所排出的分泌物的有益成分，从而促进细胞生长。

根据本发明，通过由具有与人体的细胞外基质(ECM，Extra Cellular Matrix)最相似的结构的纤维网实现细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架，来对细胞培养提供熟悉且适合的培养环境，从而可使细胞的生存率极大化。

根据本发明具有如下的优点，即，通过形成挂在纤维网的纤维上的多个微珠，来在微珠与纤维之间以及微珠与微珠之间提供扩大的空间，以使所培养的细胞向纤维网内部渗透来生长，从而使细胞以不变形形状及骨架的状态生长。

附图说明

图1为示意性示出将在本发明的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中培养的细胞移动到一位置的状态的图。

图2a及图2b为用于说明本发明中细胞移动的概念的图。

图3为用于说明在本发明的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架中形成有微珠的状态的立体图。

图4a及图4b为本发明的根据微珠是否存在的纤维网的光谱角填图(SAM，spectralangle mapper)照片。

图5为示意性示出本发明中向细胞培养支架的内侧生长的细胞所渗透的状态的图。

图6为用于说明制造本发明的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架的电纺丝装置的示意图。

图7为本发明的层叠的细胞培养支架的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的具体内容进行说明。

本发明的特征在于，通过将纤维网用作用于培养细胞的支架，上述纤维网具有蓄积包含亲水性高分子及疏水性高分子的纤维的多个气孔，来改善细胞的粘附性及移动性。

并且，本发明具有如下的结构特征，即，将利用电纺丝而得到的包含亲水性高分子及疏水性高分子的纤维蓄积而成并具有多个气孔的纤维网用作用于培养细胞的支架，在纤维网的纤维上形成多个微珠(bead)，以形成所培养的细胞可向纤维网内部渗透来生长的空间。

参照图1，本发明的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架由纤维网100结构形成，上述纤维网100具有由纤维蓄积而成的多个气孔，纤维包含用于使细胞的粘附性优秀的亲水性高分子和用于提高移动性的疏水性高分子。

这种纤维网100利用混合上述亲水性高分子、上述疏水性高分子及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝获得的纤维蓄积而成，并具有可使培养液渗透的多个气孔。

细胞粘附于纤维网100的细胞培养支架，在浸渍于培养液的状态下培养细胞。其中，由于形成纤维网100的纤维的亲水性高分子与培养液的亲和力优秀，因此粘附于细胞培养支架上的细胞可容易地从培养液吸收营养素，因而可提高生长性，由于包含亲水性高分子的纤维网100的亲水性优秀，因而可提高细胞的粘附性。

即，细胞培养支架浸渍于培养液，粘附于细胞培养支架上的细胞从培养液吸收营养素来生长。由于细胞可以很好地粘附于亲水性优秀的支架，因而本发明可实现亲水性优秀的纤维网来使细胞的粘附变得容易。

此时，细胞吸收包含在培养液的营养素并排出大量分泌物，该所排出的分泌物中包含对细胞的生长有益的成分。

因此，为吸收细胞所排出的分泌物中的有益成分，细胞将移动到相邻的细胞，在本发明中，为帮助细胞的移动，而在纤维中包含疏水性高分子。

由此，在本发明中，可通过由包含亲水性高分子及疏水性高分子的纤维形成的细胞培养支架，来改善细胞的粘附性及移动性。

亲水性高分子代表性地可使用聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯腈，疏水性高分子代表性地可使用聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚醚砜中的一种，也可以使用此外的具有亲水性或疏水性特性的高分子，只要是为电纺丝而可溶解于有机溶剂并可借助电纺丝形成纤维的高分子，没有特别限定。

如上所述，在本发明中，细胞培养支架需要具备亲水性和疏水性，为提高细胞的粘附性且具有细胞的移动性，优选地，需要优化纤维中亲水性高分子和疏水性高分子的包含比率。即，优选地，在由亲水性高分子和疏水性高分子形成的纤维中，包含60～90重量百分比的亲水性高分子。

其中，在纤维中包含小于60重量百分比的亲水性高分子的情况下，存在支架上的细胞的粘附性降低的缺点，在纤维中包含大于90重量百分比的亲水性高分子的情况下，因纤维包含少量的疏水性高分子而存在细胞难以移动的缺点。

如图2a所示，在使第一细胞151及第二细胞152以规定间距D1隔开并粘附于细胞培养支架上培养的情况下，第一细胞151及第二细胞152分别排出大量分泌物A、B。

在该分泌物A、B中包含对细胞生长有益的成分，第一细胞151及第二细胞152为了吸收分泌物A、B中所包含的有益成分，如图2b所示进行移动，第一细胞151及第二细胞152的间隔D2变得小于最初粘附于培养支架上的状态的图2a的间隔D1。

因此，如图1所示，粘附于本发明的细胞培养支架100的细胞151可移动到一区域进行生长，或附近的细胞151相互靠近来进行生长。

由此，本发明通过使细胞培养支架包含疏水性高分子，来提高细胞的移动性，吸收从细胞排出的分泌物的有益成分，从而可促进细胞生长。

而且，用于电纺丝的纺丝溶液通过将亲水性高分子及疏水性高分子溶解于溶剂来制备，该溶剂可使用选自由二甲基乙酰胺(DMAc，N,N-Dimethyl acetoamide)、二甲基甲酰胺(DMF，N,N-Dimethylformamide)、甲基吡咯烷酮(NMP，N-methyl-2-pyrrolidinone)、二甲基亚砜(DMSO，dimethyl sulfoxide)、四氢呋喃(THF，tetra-hydrofuran)、碳酸乙烯酯(EC，ethylene carbonate)、碳酸二乙酯(DEC，diethyl carbonate)、碳酸二甲酯(DMC，dimethylcarbonate)、碳酸甲乙酯(EMC，ethyl methyl carbonate)、碳酸丙烯酯(PC，propylenecarbonate)、水、醋酸(acetic acid)、蚁酸(formic acid)、三氯甲烷(Chloroform)、二氯甲烷(dichloromethane)、丙酮(acetone)及异丙醇(isopropylalchol)组成的组中的一种以上。

另一方面，由于在本发明中用作细胞培养支架的纤维网具有与人体的细胞外基质(ECM，Extra Cellular Matrix)最相似的结构，因而由该纤维网形成的支架可对细胞培养提供熟悉且适合的培养环境，因此可使细胞的生存率极大化。

参照图3，根据本发明的细胞培养支架100作为使细胞粘附来培养的支架，包括：纤维网110，由包含亲水性高分子和疏水性高分子的纤维120蓄积而成，形成有多个气孔125；以及形成于上述纤维120的多个微珠130，以确保使上述细胞向上述纤维网110的内部渗透来生长的空间。

在图3中观察纤维网110的A区域的扩大图，包含亲水性高分子和疏水性高分子的纤维120不均匀地蓄积来形成平板形状的纤维网110，在蓄积的纤维120之间形成有多个气孔125。

其中，在纤维120形成有多个微珠130。

而且，微珠130的直径大于纤维120的直径，微珠130可定义为由亲水性高分子和疏水性高分子所凝聚的块。此时，在所有纤维120分别形成有至少一个微珠130，或在所有纤维120中的部分纤维120形成有至少一个微珠130。

在本发明中，混合亲水性高分子、疏水性高分子及溶剂来制备纺丝溶液，利用该纺丝溶液在后述的纺丝装置的喷嘴进行电纺丝，形成挂有微珠130的纤维120，并通过蓄积该纤维120来制造用于细胞培养支架100的纤维网110。

此时，本发明的特征在于，为了实现具有微珠的纤维，将混合亲水性高分子、疏水性高分子及溶剂的纺丝溶液的粘度设为50～2000cps。

其中，当纺丝溶液的粘度小于50cps时，由于纺丝溶液的流动性高，因而从纺丝装置的喷嘴喷射液滴(droplet)，当纺丝溶液的粘度大于2000cps时，因纺丝溶液中的有机溶剂量减少，而具有低流动性，从而从纺丝装置的喷嘴仅纺丝纤维。

本发明的发明人通过实验确认了在从纺丝喷嘴电纺丝而成的纤维120形成微珠与纺丝溶液的粘度有密切的关联。

即，作为高分子应用分子量为130000的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，以使粘度成为2100cps的方式对聚乳酸-羟基乙酸共聚物和溶剂进行混合并进行电纺丝，其结果，如图4a所示，制造出仅由纤维形成纤维网，但也可以通过以使粘度成为260cps的方式对混合聚乳酸-羟基乙酸共聚物和溶剂的纺丝溶液进行电纺丝，来制造如图4b所示的具有微珠的纤维蓄积的纤维网。

因此，在本发明中，由包含亲水性高分子和疏水性高分子的纤维网来实现细胞培养支架，并形成挂在纤维网的纤维上的多个微珠，来对微珠与纤维之间以及微珠与微珠之间提供扩大的空间(大气孔)，因而如图5所示，具有在纤维网110上培养的细胞150向纤维网110的内部渗透来进行三维生长的优点。

即，仅由纤维蓄积而成的纤维网在纤维之间形成微细气孔，但作为本发明的细胞培养支架来使用的纤维网则在微珠与纤维之间以及微珠与微珠之间形成气孔。因此，存在微珠的本发明的纤维网的气孔大于不存在微珠的纤维网的纤维之间形成的微细气孔，从而成为使生长的细胞150易于渗透的空间。

图6为用于说明制造本发明的细胞粘附性及移动性得到改善的培养支架的电纺丝装置的示意图。

参照图6，在用于制造本发明的细胞培养支架的电纺丝装置中，用于供给搅拌的纺丝溶液的搅拌罐20与纺丝喷嘴40相连接，在与纺丝喷嘴40隔开的下部配置有按规定速度移动的输送机形态的接地收集器50，纺丝喷嘴40与高电压发生器相连接。

其中，利用由马达10驱动的搅拌器30对亲水性高分子、疏水性高分子及溶剂进行混合来制备纺丝溶液。此时，可不在搅拌器30进行混合，而是在投入电纺丝装置之前使用预先混合的纺丝溶液。

之后，若对收集器50与纺丝喷嘴40之间施加静电力，则在纺丝喷嘴40将纺丝溶液制造成超细纤维210并向收集器50进行纺丝，在收集器50蓄积纤维210，从而形成细胞培养支架的纤维网200。

更具体地说，从纺丝喷嘴40排出的纺丝溶液一边通过借助高电压发生器带电的纺丝喷嘴40，一边向纤维210纺丝，来在按规定速度移动的输送机形态的接地收集器50的上部依次层叠纤维210，从而形成细胞培养支架的纤维网200。

在上述记载中，虽然参照本发明的优选实施例来说明了本发明，但本发明并不局限于上述的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的精神的范围内，对本发明进行多种变更及修正。

产业上的可利用性

本发明适用于可提高细胞的粘附性及移动性，对细胞培养提供熟悉且适合的培养环境，来使细胞的生存率极大化，并且能够使细胞以优选的形状及骨架生长的细胞培养支架。