细胞承载装置及细胞培养系统的制作方法

本发明涉及一种细胞承载装置，特别是涉及一种包含一片聚氨酯弹性膜、一个支撑结构及至少一个孔道的细胞承载装置，以及包含该细胞承载装置的细胞培养系统。

背景技术：

由于生物体中许多细胞所生长的位置是处于动态环境，例如：心、肺或胃等器官壁会随着压力而膨胀及缩小，肌肉或皮肤表面会随着压力而拉伸，因此，当对于细胞进行体外观察时，需要模拟出一个符合生物体的动态环境，以承载及培养细胞。

现有可提供动态环境以观察细胞的装置是使用一具有弹性的硅胶膜，并通过机械或流体施加外力，使承载在该硅胶膜上的细胞接受到动态刺激。然而，在长期使用下，该硅胶膜往往会因为弹性疲乏而降低装置的耐用程度。

此外，观察附着型细胞(adherent cell)的装置不仅需要提供良好的细胞生长环境，还需要具备良好的细胞附着效果，因此，通常需要额外进行化学修饰或蛋白质涂布，以增进细胞附着效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种细胞承载装置，适用于观察附着型细胞。

本发明的细胞承载装置，包含一片弹性膜、一个支撑结构及至少一个孔道，该弹性膜的材质为聚氨酯。该弹性膜是用于承载细胞。该支撑结构是固定在该弹性膜周缘。该至少一个孔道是连通至该弹性膜底部，以供施加应力于该弹性膜。

本发明的另一目的在于提供一种细胞培养系统，包含如上所述的细胞承载装置，及附着于该细胞承载装置的弹性膜上的附着型细胞。

本发明的有益效果在于，该细胞承载装置的聚氨酯弹性膜，具备良好的弹性及耐用度，且无需额外进行化学修饰或蛋白质涂布，即可 增进细胞附着效果。

以下将就本发明内容进行详细说明：

较佳地，该支撑结构是固定在该弹性膜周缘的两个相反侧。

在本发明的第一实施例中，该细胞承载装置还包含一个底座，间隔设置在该弹性膜底部，且该至少一个孔道是贯穿该底座。

在本发明的第二实施例中，该细胞承载装置还包含一个承载柱，设置在该弹性膜底部，并与该支撑结构间隔设置，且该弹性膜是部分贴附于该承载柱。

较佳地，该聚氨酯是使聚醚多元醇与脂肪族多异氰酸酯反应，接着与链延长剂反应而得。更佳地，该聚醚多元醇是选自于聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)或其组合。更佳地，PEG与PPG的摩尔比例为3：7以上。该脂肪族多异氰酸酯可避免芳香族化合物可能具有的毒性风险。更佳地，该脂肪族多异氰酸酯是选自于异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)、1,6-己二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)或其组合。该链延长剂是选自于1,4-丁二醇(1,4-BD)、乙二醇或其组合。

更佳地，该脂肪族多异氰酸酯、该聚醚多元醇与该链延长剂的摩尔比例范围为2：1：1～3：2：1，以得到弹性佳(伸长率高)且耐用(强度高)的聚氨酯。

依据本发明的细胞培养系统，该附着型细胞包括那些为熟习此项技艺者可易于获得的附着型细胞株(可购自于国内或国外寄存机构)，或者利用本技艺中所惯用的细胞分离方法而从天然来源中所分离纯化出的附着型细胞株。较佳地，该附着型细胞是选自于由下列所构成的群组：间质干细胞(mesenchymal stem cell)、纤维母细胞(fibroblast)、上皮细胞(epithelial cell)、内皮细胞(endothelial cell)、星状细胞(astrocyte)、肾脏细胞(kidney cell)、肝细胞(hepatocyte)、表皮细胞(epidermal cell)、角膜细胞(corneal cell)，以及它们的组合。更佳地，该附着型细胞是选自于胎盘-衍生的间质干细胞(placenta-derived mesenchymal stem cell，例如人类胎盘-衍生的间质干细胞)、胚胎肾脏细胞(embryonic kidney cell，例如人类胚胎肾脏细胞株HEK293)、胚胎纤维母细胞(embryonic fibroblast，例如老鼠胚胎纤维母细胞细胞株 3T3)或其组合。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的具体实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是剖视图，说明本发明第一实施例的细胞承载装置的结构；

图2是剖视图，说明该第一实施例的细胞承载装置在施加铅直方向的振动应力下的结构；

图3是剖视图，说明本发明第二实施例的细胞承载装置的结构；及

图4是剖视图，说明该第二实施例的细胞承载装置在施加水平方向的拉伸应力下的结构。

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，所述实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。

＜弹性膜的制备＞

将IPDI、PEG1000(重量平均分子量为1,000)及PPG1000(重量平均分子量为1,000)以2：0.5：0.5的摩尔比例混合，在70℃下反应2小时得到预聚物后，再加入1,4-BD(作为链延长剂，其与IPDI的摩尔比例为1：2)，在110℃下反应24小时，之后以固含量20％的比例溶于二甲基乙酰胺(DMAC)，并涂布在一张离型纸上，最后烘干除去DMAC并撕除该离型纸，得到厚度约为0.025mm的聚氨酯弹性膜。

＜弹性膜的测试＞

将上述制得的聚氨酯弹性膜以ASTM D5034进行伸长率(elongation)测试，结果为800％，显示上述制得的聚氨酯弹性膜具有相当高的伸长率。

将上述制得的聚氨酯弹性膜来培养人类胎盘-衍生的间质干细胞(实验组)，并以市售培养皿作为对照组，在37℃、5％CO₂的环境中培养7天后，实验组及对照组所测得的活细胞密度(viablecelldensity) 分别为8.48×10⁴/cm²及5.76×10⁴/cm²，实验组的活细胞密度相较于对照组大幅增加了47％，显示上述制得的聚氨酯弹性膜能够有效地促进附着型细胞的生长。

＜细胞承载装置及细胞培养系统＞

参阅图1与图2，本发明细胞承载装置1的第一实施例包含一片弹性膜2、一个支撑结构3、四个孔道4及一个底座5。该弹性膜2为上述制得的聚氨酯弹性膜，且该弹性膜2上附着有附着型细胞9，可供模拟细胞在会频繁膨胀及缩小的心、肺或胃等器官壁的动态生长环境。

该支撑结构3是固定在该弹性膜2周缘的两个相反侧，以使该弹性膜2固定不移动。

所述孔道4是连通至该弹性膜2底部，并利用一外接的真空设备(图未示)通过所述孔道4进行抽气，以使该弹性膜2承载有该附着型细胞9的部分受到铅直方向的应力而向下凹陷；当停止抽气时，该弹性膜2会回复到抽气前非凹陷的状态。通过改变抽气的压力及频率，该弹性膜2可在凹陷状态与非凹陷状态之间振动，借以对该弹性膜2上的附着型细胞9提供铅直方向的振动应力。

该底座5间隔设置在该弹性膜2底部，且所述孔道4是贯穿该底座5，以控制该弹性膜2在抽气时受到均匀的铅直方向应力。

参阅图3与图4，本发明细胞承载装置1的第二实施例包含一片弹性膜2、一个支撑结构3、一个孔道4及一个承载柱6。该弹性膜2为上述制得的聚氨酯弹性膜，且该弹性膜2上附着有附着型细胞9，可供模拟细胞在会频繁拉伸的肌肉或皮肤表面的动态生长环境。

该支撑结构3是固定在该弹性膜2周缘的两个相反侧，以使该弹性膜2固定不移动。

该孔道4是连通至该弹性膜2底部且环绕该承载柱6，并利用一外接的真空设备(图未示)通过该孔道4进行抽气，以使该弹性膜2承载有该附着型细胞9的部分受到水平方向的应力而向外伸展；当停止抽气时，该弹性膜2会回复到抽气前非伸展的状态。通过改变抽气的压力及频率，该弹性膜2可在伸展状态与非伸展状态之间拉伸，借以对该弹性膜2上的附着型细胞9提供水平方向的拉伸应力。

该承载柱6设置在该弹性膜2底部，并通过该孔道4与该支撑结构3间隔设置，且该弹性膜2是部分贴附于该承载柱6，以控制该贴附的部分在抽气时受到水平方向的应力。

综上所述，本发明细胞承载装置1通过该弹性佳且耐用的弹性膜2，无需额外进行化学修饰或蛋白质涂布，即可提供良好的细胞生长环境及细胞附着效果，以适用于观察附着型细胞9，所以确实能达成本发明的目的。

以上所述，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。