一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及其制备方法，所述制备方法采用挤出成丝法，并利用海藻酸钠分子之间在二价阳离子的作用下可迅速交联这一机制，将纳米凝胶悬浮液注入氯化钙溶液中获得水凝胶纤维。所述制备方法制备得到的水凝胶纤维的比表面积和长径比相较于二维细胞培养技术和三维块状水凝胶培养技术得到了显著的增大，在促进营养物质和代谢物质输送方面具有巨大优势；其具有较好的生物相容性，且其用于细胞培养时可以有效避免消化细胞所用的胰酶对细胞活性的损害，从而实现细胞的无酶传代和收集；相较于二维细胞培养技术和普通的三维块状水凝胶培养细胞，细胞的活性更好，细胞增殖情况显著提升。升。升。

【技术实现步骤摘要】
一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及制备方法


[0001]本专利技术涉及细胞三维培养
，具体地，涉及一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及制备方法。

技术介绍

[0002]目前，大部分的细胞培养研究都在二维表面进行，如微孔板、组织培养瓶、培养皿等，使用二维培养的特点是简单、高效、快捷、细胞存活率高。在二维培养体系中，贴壁细胞在固体培养板表面贴壁呈单层生长，以低于50％的表面积与培养板底面接触，而其余的表面积与液态培养基接触，仅有很少部分与其他细胞或基质接触；缺乏体内微环境下细胞
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细胞间、细胞
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细胞外基质间的动态相互作用，不能准确反映体内细胞真实的生长情况。
[0003]在体内，几乎所有的组织细胞都生活在细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)中，这些ECM包括了许多复杂的三维纤维网络，可以提供复杂的生物及物理信号。但传统的二维细胞培养所提供的环境不同于体内细胞生长的环境，难以用其去模拟真实体内生理组织中细胞之间以及细胞与细胞外基质之间的相互作用。细胞三维培养技术很好地弥补了这些缺点，三维培养条件下的细胞几乎100％的表面积都与其他细胞或基质接触，所培养的细胞具有特征性的生物信号转导，可以影响细胞增殖、黏附、迁移和基因表达等功能。
[0004]根据最新研究，在二维培养和三维培养的不同条件下，许多细胞生物学行为将产生重大的变化，包括细胞增殖、细胞凋亡、细胞分化、基因表达和药物代谢方面。三维细胞培养所使用的基质，克服了传统二维培养的限制，这些基质往往都是多孔结构，可以支持细胞在体外以更接近体内真实环境下进行生长、繁殖和分化。
[0005]近年来，作为药物研究和生物学研究的有效手段，三维细胞培养系统因而备受关注，相比于传统的贴壁细胞培养(二维细胞培养)，离体细胞在三维立体培养的状态中，其形态和功能更加近似于动物体内活细胞的真实生长状况。
[0006]肿瘤多细胞球(multicellular tumor spheroids，MCTSs)是一种经典的体外三维肿瘤细胞培养模型，通过模拟三维细胞网络、细胞与基质、细胞与细胞之间的相互作用，从而能模拟人类肿瘤组织中相应的病理生理学特性，该模型已被应用于抗肿瘤药物研究中，依据其形态和生长动力学特性，MCTSs近似于肿瘤发生早期的无血管瘤或实体瘤组织中远离血管的区域。
[0007]而在众多用于细胞三维培养的材料中，水凝胶材料，因其具有保水性高的优势，是模拟ECM的理想材料。水凝胶纤维拥有纤维或纤维状的外形，相比于块状凝胶，其比表面积、长径比均得到显著的增大，在促进营养物质、代谢物质输送方面具有巨大优势，客观上为细胞的生长提供了有利的环境。
[0008]水凝胶是一类具有特定三维微观结构的高含水率材料，在生物医学工程领域以及得到了广泛的应用。然而，基于传统水凝胶材料的细胞三维培养方法仍具有一定的局限性：(1)成型后的水凝胶的微观形貌和力学性能很大程度上受材料含水率影响，而水凝胶的含水率受外界环境影响较大，这种不稳定性导致细胞在水凝胶中存活、表面和功能发挥的不
确定性；(2)负载细胞的水凝胶中往往需要加入一些生物因子和/或药物，为细胞生存或特定功能的发挥提供化学微环境；(3)大多数水凝胶无抗菌性、容易滋生细菌，而水凝胶灭菌较为复杂，水凝胶体内应用存在的感染风险也极大地限制了其应用。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及其制备方法。
[0010]本专利技术的第一目的是提供一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维的制备方法。
[0011]本专利技术的第二目的是提供上述制备方法制备得到的水凝胶纤维。
[0012]本专利技术的第三目的是提供上述水凝胶纤维在细胞三维培养中的应用。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术是通过以下方案予以实现的：
[0014]一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1.将异丙基丙烯酰胺、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂混合，得到混合溶液；所述异丙基丙烯酰胺、N，N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和引发剂的摩尔比为100：2～4：1；
[0016]S2.将海藻酸钠溶液、十二烷基硫酸钠溶液和步骤S1得到的混合溶液混合，除氧，调节温度至70～75℃充分反应，降温至20～25℃终止反应，充分纯化，冷冻干燥得到纳米凝胶粉末；
[0017]S3.利用步骤S2得到的纳米凝胶粉末制备纳米凝胶悬浮液，将纳米凝胶悬浮液注入11～50mg/mL的氯化钙溶液中，得到水凝胶纤维。
[0018]优选地，步骤S1中所述异丙基丙烯酰胺、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂的摩尔比为100：4：1。
[0019]优选地，步骤S1中所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
[0020]更优选地，步骤S1中所述引发剂为过硫酸钾(KPS)。
[0021]优选地，步骤S2中所述海藻酸钠与混合溶液中的异丙基丙烯酰胺的质量比为1：5～11.3。
[0022]更优选地，所述海藻酸钠与混合溶液中的异丙基丙烯酰胺的质量比为1：5。
[0023]优选地，步骤S2中所述充分反应为调节温度至75℃充分反应。
[0024]优选地，步骤S2中所述降温至20～25℃终止反应为降温至25℃终止反应。
[0025]优选地，步骤S2中所述充分反应的时间为1h。
[0026]优选地，步骤S3中所述氯化钙溶液为11mg/mL的氯化钙溶液。
[0027]本专利技术还请求保护上述任一制备方法制备得到的水凝胶纤维。
[0028]本专利技术还请求保护上述水凝胶纤维在细胞三维培养中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术提供了一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维及其制备方法，所述制备方法采用挤出成丝法，并利用海藻酸钠分子之间在二价阳离子的作用下可迅速交联这一机制，将纳米凝胶悬浮液注入氯化钙溶液中获得水凝胶纤维。所述制备方法制备得到的水凝胶纤维的比表面积和长径比相较于二维细胞培养技术和三维块状水凝胶培养技术得到了显著的增大，在促进营养物质和代谢物质输送方面具有巨大优势，为细胞的生长提
供了有利的环境。该水凝胶纤维具有较好的生物相容性，且该水凝胶纤维用于细胞培养时可以有效避免消化细胞所用的胰酶对细胞活性的损害，从而实现细胞的无酶传代和收集。运用本专利技术所述制备方法制备得到的水凝胶纤维培养细胞，相较于二维细胞培养技术和普通的三维块状水凝胶培养细胞，细胞的活性更好，细胞增殖情况显著提升。
附图说明
[0031]图1为P
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S 10：2水凝胶纤维的温敏性示意图；a：P
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S 10：2水凝胶纤维在常温(25℃)下的形貌图；b：P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实现多细胞球形成和传代的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将异丙基丙烯酰胺、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂混合，得到混合溶液；所述异丙基丙烯酰胺、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂的摩尔比为100：2～4：1；S2.将海藻酸钠溶液、十二烷基硫酸钠溶液和步骤S1得到的混合溶液混合，除氧，调节温度至70～75℃充分反应，降温至20～25℃终止反应，充分纯化，冷冻干燥得到纳米凝胶粉末；S3.利用步骤S2得到的纳米凝胶粉末制备纳米凝胶悬浮液，将纳米凝胶悬浮液注入11～50mg/mL的氯化钙溶液中，得到水凝胶纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述异丙基丙烯酰胺、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李燕，刘宇洋，黄嘉娜，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：