[发明专利]用于改变活细胞生理机能的表面形貌

说明书

本发明涉及表面形貌，其能用于通过物理刺激调节细胞群的形态、增殖、生化功能、分化、附着、迁移、信号传导和/或细胞死亡。这些形貌可以在体外和体内应用以调节细胞行为。具体实例包括具有调节免疫应答的本发明的形貌的植入物，或增加骨生成的植入物。本发明还涉及用于体外调节细胞行为的物体。

技术领域

本发明涉及已发现的通过物理刺激调节细胞生理状态(诸如，但不限于，细胞群的形态、增殖、生化功能、分化、附着、迁移、信号传导和/或细胞死亡)的表面形貌。此外，本发明涉及设置有至少一种这样形貌的物体，其可以在体内或体外用于改变细胞行为，还涉及使用这些物体改变细胞行为的方法。

背景技术

众所周知，细胞能与表面接触并相互作用。在自然界中，细胞与其环境之间的直接物理相互作用是其正常生理行为的一部分。当细胞在其自然环境外(例如在细胞培养皿)中培养时，或当细胞暴露于非自然环境时(例如当暴露于诸如髋关机植入物或起搏器的医疗植入物的情况时)，其生理机能通常与其原始环境中的不一样。已付出许多努力来在体外和植入物表面上优化这些细胞的应答。

例如，在细胞培养物中，细胞在合适的培养基中时可以将其放置在表面上，目的是使这些细胞尽可能自然地增殖，和/或呈现出特定的生物学特性(诸如分化，和/或对特定的化学刺激、物理刺激或电刺激的应答)。改变细胞行为的常规策略是添加具有改变细胞应答作用(诸如增殖的变化或诱导分化)的各种各样的激素、化合物、生长因子、酶、盐等。然而，尽管可以在表面上实现这样的改变，但是在这些常规培养物中改变细胞行为通常是通过激素、化合物、生长因子、酶、盐等与细胞表面和/或细胞内部相互作用的化学诱导。在这种常规培养物中以及医学植入物上，通常未考虑存在于表面上的潜在微图案。

最近，发现细胞行为受物理相互作用的影响。例如，已经表明，以由化学蚀刻和/或机械喷砂引起的表面微粗糙度为特征的钛基植入物改善了将植入物桥接到骨/牙齿组织的新形成组织的机械强度[Buser D et al.Int J Oral Maxillofac Implants 1998；13(5):611–619.,Buser D et al.J Biomed Mater Res 1999；45(2):75–83.]。

已经在不同细胞类型中观察到细胞水平上的形貌诱因的影响。例如，与光滑基质相比，在以纳米形貌为特征的表面上培养时，肝细胞附着、形态和功能显著地改善[You Jet al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2015；5:12299-12308.]。

附图说明

图1a、图1b：包含(a)一个和(b)两个突起元件的两个相邻突起的示意性俯视图。(虚构的)样本线指出了用于确定两个相邻突起之间的平均距离的方法。

图1c、图1d：包含(c)一个和(d)两个突起元件的2×2突起图案的3D示意性俯视图。指出了突起、凹壁、凹壁截面和凹壁穿孔。

图2：形貌H1-H10影响培养中的恒河猴来源肝细胞。(a)用来分析分析截面内附着细胞的数量和(b)用来分析由细胞覆盖的表面区域。在(c)未图案化(NP)基质和(d)以形貌H3为特征的基质上培养的细胞的可视化。条件：所有基质均无胶原蛋白涂层，培养31天，NP作为对照，其水平用红线表示。

图3：形貌H3、H4、H5、H6和H8影响培养中的恒河猴来源肝细胞。(a、d)用于分析分析截面内附着细胞总数，(b、e)用于分析细胞覆盖的表面积，而(c，f)第8天(a-c)和31天(d-f)后的疟疾寄生虫感染效率。条件：所有基质均无胶原蛋白涂层。

图4：形貌H3、H4、H5、H6和H8影响培养中的原代人源肝细胞(PHH)。分析(a，c)在分析截面内附着的细胞总数和(b，d)在培养(a，b)14和(c，d)30天后细胞覆盖的表面积。条件：所有含有和不含胶原蛋白涂层的基质均包括NP(对照)，以胶原蛋白夹心作为基准。