[发明专利]神经元诱导培养基质

说明书

本发明公开了一种用于培养生物细胞并使之分化为神经元细胞的基质，其由具有结构化表面的聚合物基体组成，该结构化表面具有微米结构和嵌入其中的纳米结构。

技术领域

本发明涉及由人或动物体外的分离的细胞，特别是干细胞生产神经元细胞和组织的方法和手段。

背景技术

为了细胞疗法和患者特异性药物开发的目的，在研究和治疗中需要来自人自体细胞材料的神经元细胞和神经元组织。出于研究的目的，还需要基因型可识别和可定义的神经元细胞系。

由干细胞或其他多能或可塑性细胞产生神经元细胞或组织的方法是已知的。这些方法基于异源生物分化因子。然而，使用此类因子导致待分化细胞发生不利变化，并且也使得它们更难以获得批准，例如作为医疗产品或治疗剂。产生自体神经元细胞的其他已知方法是基于将成体组织细胞重编程为多能状态，然后将其分化为所需的神经元细胞。例如，可以从体细胞成纤维细胞重编程得到所谓的IPS细胞。但是，已知的重编程方法是基于病毒转化的。因此，由此产生的多能细胞不容易无副作用地使用，并且不被批准用作医疗产品或治疗剂。此外，根据研究，将成体成纤维细胞重编程为神经元细胞的效率非常低，低于0.2％。这些多能细胞向神经细胞的分化通过化学神经元分化因子和/或病毒转染来实现。病毒转染产生的神经元细胞只能用于药物测试，因为它们可能具有致癌性。

可以很大程度上或完全省去化学分化因子甚至病毒因子的一种方法是机械转导。在这种情况下，干细胞或其他多能或可塑性细胞通过特定的机械刺激来刺激，以形成典型的细胞形貌并最终形成典型的细胞功能。已经有干细胞的机械转导神经分化的初步方法。这些方法基于光刻产生的结构，例如模制在硅酮弹性体(聚二甲基硅氧烷，PDMS)上。一方面，这样的方法仅允许产生非常小的区域，因此只能分化少量的神经元细胞。另外，这种情况下的分化效率不足，实际分化的细胞作为神经元的功能和结构的质量需要改善。

发明内容

本发明基于的技术问题是提供从分离的生物细胞，特别是干细胞生产神经元细胞或组织的方法和手段，所述方法和手段能够以简单且经济上有吸引力的方式大量、高质量地生产自体神经元细胞或组织。因此，关于向神经元细胞分化的效率和质量，有必要改进已知的机械转导分化方法，以及开发允许产生大量神经元细胞或组织的方法。

一方面，本发明通过提供一种培养基质(培养底物)来解决潜在的技术问题，所述培养基质用于培养已接种在其上的细胞，特别是多能或可塑性细胞，并将这些细胞分化为神经元细胞或神经元组织。根据本发明，所述基质至少包含由生物相容性聚合物或生物来源的聚合物(生物聚合物)组成的基体，或优选地仅由其组成，该基体具有根据本发明结构化的表面。该特定的表面结构的特征在于由平行的微米尺寸的凹槽(Nuten)或沟槽(Rillen)或岭(Stege)组成的周期性微米结构，以及由平行的纳米尺寸的凹槽或沟槽或岭组成的周期性纳米结构，其中根据本发明，所述周期性纳米结构平行于所述周期性微米结构，所述周期性纳米结构以规则的间隔嵌入所述微米结构中，即在所述微米结构的周期中，即在所述微米结构的凹槽或沟槽中，或者在岭上。这尤其意味着周期性微米结构和周期性纳米结构在所述结构化表面上交替。根据本发明，优选由相互平行的凹槽、沟槽或岭组成的规则图案。

令人惊讶地发现，在培养过程中，接种在此特定结构化表面上的生物细胞沿着平行的微米尺寸和纳米尺寸的凹槽或岭定向生长，从而，由于由此引发的机械转导，从接种的单个细胞发育成神经元细胞，并最终稳定可靠地发育成具有清晰神经元结构和神经功能的神经元组织。在本发明的培养基质的结构化表面上的分化效率非常高。