[发明专利]用于形成人类神经元细胞和神经胶质细胞的功能网络的方法

说明书

本发明涉及一种用于形成人类神经元细胞和神经胶质细胞的功能网络的方法，其中将这些细胞引入到具有成分聚乙二醇(PEG)和肝素的合成水凝胶体系并在其中培养，其中这些细胞预先已经与这些凝胶成分之一、即PEG或肝素混合并且与之一起引入到PEG‑肝素水凝胶体系中，使得在形成该三维水凝胶期间这些细胞已经处于该水凝胶体系中。

技术领域

本发明涉及一种用于形成人类神经元细胞和神经胶质细胞的功能网络(以下也称为神经元网络)的方法。该方法可以用于监测神经元网络的形成且同时尤其用于对影响人脑中的神经元和/或神经元网络形成的疾病进行建模。

背景技术

D.Y.Kim等人A three-dimensional human neural cell culture model ofAlzheimer’s disease，Nature 2014，515，274-278的实际研究描述了以基因技术方式修饰嵌入到BD Biosciences公司的中的人类细胞，以便提供具有不大于0.3mm的总轴向平面的三维薄层结构。分化的神经元在4至12周中是有生命力的并且起作用的。在Dawai Zhang等人，A 3D Alzheimer’s disease culture model and the induction ofP21-activated kinase mediated sensing in iPSC derived neurons，Biomaterials2014Feb；35(5)，1420-1428的类似研究中报道了由人类的诱导性多功能干细胞(iPSC)衍生的神经上皮干细胞(It-NES)系AF22及其在神经元系中的分化的用途。此外，使用了水凝胶，该水凝胶由BD Biosciences公司的制造并且用10μg/mL层粘连蛋白改性。这种培养体系基于通过自组装的精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸(RADA-单字编码)多肽通过非共价相互作用而交联的水凝胶体系。由于相对较弱的非共价相互作用，只能有限地调节该水凝胶体系的机械特性并且也不存在对特异性酶敏感的裂解位。由于细胞在BD-中的不可裂解性，这种培养体系不提供细胞响应型的微环境。对于所嵌入细胞的生长而言必要的水凝胶重构只能通过肽的非特异性降解并由此通过整个水凝胶基质的分解来进行。据此对应地，在Zhang等人的研究中只能在非常短的时间段中(例如2-4天)进行细胞的3D培养。在Zhang的文献中明确指出“由于材料的较低刚度，长期培养在技术上是困难的”。此外，由于混入了从动物来源获得的层粘连蛋白，使得难以定义的、造成杂质或依赖于批次的产品质量波动的蛋白质变成了化验的组成部分，这招致对制备(方法)的可重现性的强烈怀疑。另外，由于该材料的较长的凝胶化时间(成凝胶时间)(20-30分钟)，可能出现局部去混合作用以及所嵌入的细胞中的不均匀性。

从S.Koutsopoulos等人，Long-term three-dimensional neural tissuecultures in functionalized self-assembling peptide hydrogels，MatrigelandCollagen I，Acta Biomater.2013，Feb；9(2)；5162-5169已知-类似于的、非细胞响应型的自组织的肽的制造，其中培养了鼠的神经元细胞。J.Y.Sang，Simple andNovel Three Dimensional Neuronal Cell Culture Using a Micro Mesh Scaffold，ExpNeurobiol.2011Jun；20(2)；110-115的研究描述了在使用合成尼龙纤维作为骨架的情况下培养三维神经元。将神经元细胞与琼脂糖混合并且然后置于尼龙织物上。此类技术提供了人造的环境，在该环境中细胞被包封在细胞响应环境中，这不适合于模仿正在发育的脑部的活体环境。

在US 6 306 922 A和US 6 602 975 A中描述了一种可生物分解的光聚合的水凝胶。然而在接近UV谱的波长下聚合可能由于形成自由基而造成在细胞培养体系中的细胞死亡和DNA突变。在本发明的体系中预期没有由于UV波引起的细胞损伤，因为在正常的实验室条件下且在没有UV光的情况下进行聚合。另外，取消UV诱发的光聚合物使得在此描述的水凝胶体系在高度专业化的实验室之外的应用变得明显更简单，因为不要求特殊的设备来进行聚合。