本发明专利技术涉及一种用于选择和特异性地影响细胞功能的方法和基材，这是通过将细胞粘附到具有指定特性的基材表面。所述基材包括不同的表面区域，各自代表影响细胞粘附和／或细胞功能的条件，并且所述条件由每个表面区域的几何特性和／或机械性能或者由几何特性和／或机械特性与化学性质的组合来决定。本发明专利技术进一步涉及分析装置和分析方法，使用所述基材来鉴定和选择特定的细胞类型，鉴定影响特定细胞功能或特定细胞类型的合适的基材条件，或鉴定特征在于细胞类型或细胞功能变化的疾病状态。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于选择和特异性地影响细胞功能的基材本专利技术涉及用于通过将细胞粘附到具有预定特性的基材(substrate)表面，而特异性地影响细胞功能的方法和基材。本专利技术还涉及分析装置和分析方法，其使用这些基材用于鉴定和选择特定的细胞类型、用于鉴定影响特定细胞功能或特定细胞类型的合适基材条件、或者用于鉴定特征在于细胞类型或细胞功能变化的疾病状态。已知生物细胞的生长和发育基本上由它们在天然组织中的空间环境以及它们与胞外基质(ECM)中信号分子的接触来决定。在本领域广泛研究的背景下，已经研究了大量的此类信号分子和各种细胞的相应受体，并阐明了它们的结构。人工合成用于体外调节细胞培养物的基质(matrix)的方法经常是基于聚合物的和无机的支架。本文的目的一般而言是聚合物的或无机的支架来提供物理信号以预先确定细胞定向、细胞迁移和细胞繁殖。本文支架的孔给细胞系统提供足够的间隔以便在一定的培养期之后限定组织结构。传统的聚合物系统例如是聚四氟乙烯、有机硅类(silicones) 或聚乙烯。生物活性玻璃、陶瓷或磷酸钙可被用作无机支架。由于在信号分子及其与不同细胞类型相互作用的领域中的最新发现，包含生物活性成分的基材正在日益增长地被开发。在惰性聚合物基质中掺入特异性信号分子(如例如生长和分化因子)使得能够更好的控制与这些信号分子接触的细胞粘附 (Sakiyama-Elbert and Hubell (2001), Annu. Rev. Mater. Res. 31 :183-201)。这类生物活性基质在植入
中是具有特别的兴趣的，其中正在尝试例如实现植入物更好的整合，这是通过用信号因子将与组织的界面功能化，以便促进所需细胞类型的体外或体内建群(colonization)。但是，现有技术中已知的人工基质只考虑了在自然条件下决定胞外基质和各种细胞类型之间相互作用的某些因子。意识到决定与各种细胞类型的相互作用和间接影响这些细胞功能的其他因子和基质特征，将极大地有利于鉴定和选择特定细胞类型以及有利于特异地影响靶细胞的一或多种细胞功能的方法。因此本专利技术的一个目的是提供新的方法和工具，利用其可以特异地影响细胞功能 (通过将它们粘附到基材表面)，和/或可以选择和鉴定特定细胞类型。密切相关的另外的目的是鉴定用于影响特定细胞功能或特定细胞类型的合适的基材条件。本专利技术是基于以下出人意料的发现，即不仅是化学特征(例如细胞配体和/或信号分子的存在)，还有使得基材能够机械刺激细胞的基材的机械特征(例如基材的硬度、 强度或刚性)以及基材的几何特征(例如细胞结合位点的空间排列)，其不但对细胞粘附具有实质影响(Discher et al. (2005), Science320 :1139-1143 ；Arnold et al. (2004)， Chemphyschem. 5 :383-388)，而且在许多情况下还对粘附细胞的一些细胞功能具有直接和特异性影响。基于这些发现，为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供了如权利要求1所要求保护的用于结合细胞的基材，其中所述基材包括不同的表面结构域，其在每种情况下代表对细胞粘附和/或细胞功能具有影响的条件。通过将表面结构域中对细胞粘附和/或细胞功能很重要的各种基材参数进行组合，并且有目的地在其他表面结构域中改变它们，可以快速和有效地鉴定出用于特定细胞类型或特定细胞功能的合适的或优化的基材条件。采用这种方式还使得快速选择和鉴定特定细胞类型成为可能。因此这些基材尤其适合于细胞的高通量筛选，例如权利要求35所要求保护的。在更具体的实施方案中，此类基材是如权利要求19所要求保护的生物材料芯片的组件或如权利要求21所要求保护的分析装置。本专利技术还涵盖如权利要求25-34所要求保护的上述基材、芯片和分析装置在各种应用尤其是医药应用中的用途。本专利技术的第二个方面提供了如权利要求36所要求保护的一种用于有目的地影响在基材上的靶细胞的蛋白合成的方法，利用所述基材通过将细胞配体在基材上以预定的间隔排列来诱导或影响所需蛋白的合成。本专利技术的第三个方面提供了如权利要求41所要求保护的一种用于选择和/或鉴定细胞的方法，其中记录并评价位于基材上的细胞对机械刺激的特异性应答。本专利技术其它的具体和/或优选实施方案是从属权利要求的主题。在本专利技术的基材中，影响细胞粘附和/或细胞功能的条件通常至少由相应表面结构域的几何特征和/或机械特征、或者几何特征和/或机械特征与化学特征的组合来决定。 但是，完全有可能其他特征(例如基材和细胞之间接触的时机和持续时间)同样在影响细胞粘附和/或细胞功能中起着重要作用。因此本专利技术同样涵盖了其他特征与本文详细解释的化学、机械和几何特征的任何期望的组合。基材的化学特征首先由无机或有机基材的分子结构决定。所述基材可以是，例如， 玻璃、金属或塑料材料。在这种基础基上可以提供具有纳米结构的预定间隔的纳米结构域。 这类纳米结构是通过例如在基材上应用具有所需大小和具有所需间隔的金纳米簇来产生的。优选地，通过用特定细胞配体(尤其是天然组织中胞外基质(ECM)的分子或其片段) 将所述基础基材和/或纳米结构功能化，从而预先确定或很大程度上确定所期望的表面结构域或多个表面结构域的化学特征。合适配体非限制性的选择在下文给出。但是本领域技术人员会立刻认识到同样可以使用这些分子的变化以及对某些靶细胞具有特异性结合特性的任何其他期望的分子。细胞配体通常选自与细胞的细胞粘附受体(CAM)结合的分子。更具体地，这些分子是结合如下一组细胞粘附受体的分子，所述组是钙粘着蛋白的、免疫球蛋白超家族 (Ig-CAMS)、选择蛋白和整合素的组，尤其是结合整合素的分子。更具体地，所述配体选自纤连蛋白、层粘连蛋白、血纤维蛋白原、生腱蛋白、 VCAM-U MadCAM-Ι，胶原、或其片段(其特异性地结合细胞粘附受体，尤其是整合素)，或其衍生物(其特异性地结合细胞粘附受体)。表1提供合适的特异性结合的氨基酸序列的非限制性列表。所述基材的几何特征通常包括对细胞的接触点的排列，尤其是在基材上预定的间隔中用细胞配体功能化的。在更具体的实施方案中，接触点或细胞配体的排列构成纳米结构。本文使用的术语“纳米结构”表示纳米尺寸的岛(island)的排列，在下文中标为 “纳米结构域”，其可以作为接触点，并且可以用其他分子(例如细胞配体)进行选择性的表面修饰。岛的尺寸应当不大于与细胞表面相互作用的分子的可计数的量。岛的所期望的尺寸是这样的尺寸，即由于岛的该尺寸而仅仅允许一个单独分子相互作用。本文中特别感兴趣的并且优选使用的是直径在小于IOOnm范围内的岛，尤其是小于20nm，例如小于IOnm的。为了产生所需的拓扑结构，必须能够在1-1000纳米，尤其是l-300nm，例如 l-200nm或优选的I-IOOnm的范围内灵活地调节岛的间隔，并达到1-2纳米的精确度。 采用这样的方式，可以例如提供与沿细胞膜预定长度的尺度的拟合(锁和钥匙的原理 (lock-and-key principle))，从而可以实现特定细胞在界面的选择性附着。此种附着可以包括单个细胞的单一或多重附着。尤其是在存在流动或更普遍的外部施加的力的情况下， 多重附着相比单一附着具有将细胞明显更牢固地保留在界面上的优势，因此任选地促进本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基材，用于将细胞结合至此基材的表面，其中所述基材包括不同的表面结构域，在每种情况中所述表面结构域代表着影响细胞粘附和／或细胞功能的条件，并且这些条件是由特定表面结构域的几何特征和／或机械特征、或者几何特征和／或机械特征与化学特征的组合所决定的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·P··施帕茨，
申请(专利权)人：马克思普朗克科学促进协会，
类型：发明
国别省市：DE
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