一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用

本发明属于生物材料，具体涉及一种用于细胞体外培养的alginate-pei-fe3o4微球及其制备方法，和相应的细胞体外培养方法。

背景技术：

1、细胞的体外培养技术对生命科学和医学的发展至关重要。一方面，体外培养细胞对医学研究有重要意义；新型药物、医疗技术的开发离不开临床试验。但以人体为受试者的研究受到安全、伦理等多方面因素的制约。利用细胞体外三维培养技术构建细胞群或类器官，可以从某种程度作为动物实验补充甚至替代，减少动物实验的需求，加快研究的效率。因此，细胞体外三维培养技术在细胞学研究、发病机制阐明、抗癌药物筛选、个性化医疗等方面都具有巨大的潜力。能极大促进临床前研究，以提升临床试验的安全性和效率。另一方面，细胞治疗，即利用干/体细胞作为一种特殊的药物用于治疗疾病的技术，已经显示出巨大的临床价值和潜力；但制约其推广和成本的其中一个因素就是体外快速、有效、稳定地大量扩增细胞仍存在技术瓶颈。

2、从细胞培养方式上看，许多种类的细胞需要贴壁培养；而贴壁培养又可分为平面培养和三维培养两种方式。三维培养能更好的模拟细胞在人体内的实际情况，且能更有效地利用培养空间，但通常需要细胞支架。如果能在精确控制细胞支架的组装，使携带不同种类细胞的支架按设计有序排列，并且能够在精确设计的时间点，安全、快速地去除细胞支架，而不损伤细胞本身，则对于细胞的体外三维培养扩增，以及类器官甚至人工组织的构建具有重大意义；但目前尚未有相关技术问世。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，解决了现有技术中微球无法实现有序排列，导致不能精准控制细胞支架的组装的问题。

2、本发明的目的还在于提供一种采用上述制备方法获得的alginate-pei-fe3o4微球；

3、本发明的目的还在于提供一种基于alginate-pei-fe3o4微球的细胞体外三维培养方法。

4、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，该方法具体包括以下步骤：

5、s1、将海藻酸钠粉末和聚乙烯亚胺粉末加入水中溶解，得到复合溶液。将四氧化三铁纳米颗粒加入至上述复合溶液中，通过涡旋震荡混匀，得到alginate-pei-fe3o4水凝胶溶液；

6、s2、利用电喷雾装置将所述alginate-pei-fe3o4水凝胶溶液分散成微米级的小液滴，再利用氯化钙溶液收集液滴，液滴在钙离子作用下交联，得到alginate-pei-fe3o4微球。

7、优选地，所述s1中，所述alginate-pei-fe3o4水凝胶溶液中所述聚乙烯亚胺、四氧化三铁纳米颗粒、海藻酸钠三者之间的质量百分比为(0.2～0.8)：(0.8～1.2)：1。

8、优选地，优选地，所述s1中，所述涡旋震荡混匀的时间为10～20min。

9、优选地，所述s2中，进行交联时，所述电喷雾装置的设置参数：流速为1.0～1.5ml/h，电压为20-21kv；使用的交联剂为1～5％w/v cacl2去离子水中含0.5～1.5％tween 20。

10、本发明的第二个技术方案是这样实现的：一种用于细胞体外培养的alginate-pei-fe3o4微球，采用上述的制备方法获得。

11、本发明的第三个技术方案是这样实现的：一种上述alginate-pei-fe3o4微球在细胞体外培养方面的应用，该应用方法具体包括以下步骤：

12、s2、体外培养人体细胞，且每2-3天更换一次新鲜培养基，待细胞达90％融合后，胰酶消化细胞，用新鲜培养基中和胰酶得到细胞悬液，并计数；

13、s3、将细胞悬液以1×103-1×105个/100μl的密度与alginate-pei-fe3o4微球混匀，并在培养皿中继续培养。

14、s4、培养2-3天后，收集alginate-pei-fe3o4微球。此时微球表面贴附有大量细胞。可将微球堆积在培养瓶中，加入无菌培养基并浸没微球，以实现高密度三维培养。或是在培养瓶中，在外加电磁场作用下使微球排列为特定的图形。

15、s5、培养过程中，每隔一段时间更换新鲜的细胞培养基。

16、s6、待细胞数量达到要求，将细胞培养基更换为电解质溶液，在电场作用下，alginate-pei-fe3o4微球将快速解交联而溶解。只剩余细胞。

17、优选地，所述s1中，所述青-链霉素的质量百分比为0.8～1.2％；所述保存时的温度为0～5℃。

18、优选地，所述s3中，所述细胞可以是原代细胞或细胞系。

19、优选地，所述s3中，所述琼脂的质量百分比为1.5～2.5wt％。

20、与现有技术相比，通过采用本发明方法制得的alginate-pei-fe3o4微球，具体如下特征：1)具有良好的生物相容性，细胞可以贴附在其表面生长、增殖；2)具备磁场响应性，可携带细胞，在对细胞安全的磁场下聚集；3)具备电场响应性，当分散介质为细胞培养基时，可携带细胞，在对细胞安全的电场下定向迁移；4)具备电场响应性，当分散介质为磷酸缓冲溶液时，可在对细胞安全的电场下快速解交联，使支架快速溶解。

技术特征：

1.一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，其特征在于，所述s1中，所述alginate-pei-fe3o4水凝胶溶液中所述聚乙烯亚胺、四氧化三铁纳米颗粒、海藻酸钠三者之间的质量百分比为(0.2～0.8)：(0.8～1.2)：1。

3.根据权利要求2所述的一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，其特征在于，所述s1中，所述涡旋震荡混匀的时间为10～20min。

4.根据权利要求1所述的一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，其特征在于，所述s2中，进行交联时，所述电喷雾装置的设置参数：流速为1.0～1.5ml/h，电压为20-21kv；使用的交联剂为1～5％w/v cacl2去离子水中含0.5～1.5％tween 20。

5.一种用于细胞体外培养的alginate-pei-fe3o4微球，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的制备方法获得。

6.一种如权利要求5所述的alginate-pei-fe3o4微球在细胞体外培养方面的应用，其特征在于，该应用方法具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述s1中，所述青-链霉素的质量百分比为0.8～1.2％；所述保存时的温度为0～5℃。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述s3中，所述细胞可以是原代细胞或细胞系。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述s3中，所述琼脂的质量百分比为1.5～2.5wt％。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述s6中，所述电解质溶液为磷酸缓冲溶液。

技术总结
本发明公开了一种用于细胞体外培养的新型微球及其制备方法和应用，其中，制备方法具体包括以下步骤：S1、将海藻酸钠粉末和聚乙烯亚胺粉末溶解在水中制备复合溶液，将四氧化三铁纳米颗粒加入至上述溶液中，通过涡旋震荡混匀，得到alginate‑PEI‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;水凝胶溶液；S2、利用电喷雾装置将所述alginate‑PEI‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;水凝胶溶液分散成微米级的液滴，并用氯化钙水溶液收集液滴。液滴在钙离子作用下交联，得到alginate‑PEI‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;微球。通过采用本发明方法制得的alginate‑PEI‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;微球，具有良好的生物相容性，细胞可以贴附在其表面生长、增殖；具备磁场响应性和电场响应性，可携带细胞，在对细胞安全的磁场下聚集和定向迁移；当分散介质为磷酸缓冲溶液时，可在对细胞安全的电场下快速解交联，只保留无生物材料支架的细胞团。

技术研发人员：吴隽,李黛叶,黄德民,杨伟国
受保护的技术使用者：香港大学深圳医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11