[发明专利]用于选择和特异性地影响细胞功能的基材

说明书

本发明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。本发明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技术领域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。

因此本发明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。

本发明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，本发明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。

本发明还涵盖如权利要求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。

本发明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。

本发明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。

本发明其它的具体和/或优选实施方案是从属权利要求的主题。