[发明专利]一种用于肿瘤细胞培养的三维细胞培养支架及其制备方法

说明书

本发明涉及的一种用于肿瘤细胞培养的三维细胞培养支架及其制备方法，三维细胞培养支架为填充有水凝胶的微纳米纤维三维网络；微纳米纤维三维网络的体积与所有微纳米纤维体积和之比大于20:1；制备方法为：在静电纺丝接收微纳米纤维形成第一纤维层后，停止纺丝，并在其上添加水凝胶前驱体，然后继续静电纺丝，接收微纳米纤维形成第二纤维层，最后将产物浸渍到过量含交联剂的水溶液中；制得的三维细胞培养支架为超过99％的纤维呈单分散状态的自锁微纳米纤维三维网络与水凝胶的复合支架。本发明的方法简单易行，制得的三维细胞培养支架利于肿瘤细胞的黏附和增殖，同时具有合适的贯穿孔径及机械强度，利于肿瘤细胞培养期间营养物质代换和代谢废物运输。

技术领域

本发明属于细胞培养支架技术领域，涉及一种用于肿瘤细胞培养的三维细胞培养支架及其制备方法。

背景技术

二维和三维细胞培养环境之间的差异对细胞行为有着明显的影响，于是三维细胞培养成为肿瘤组织建模和干细胞培养应用的一个热点。微纳米纤维作为一种组织工程中模拟细胞外基质结构的常用支架材料，具有良好的三维细胞培养应用潜力。目前主要通过静电纺丝技术制备微纳米纤维，然而传统静电纺丝方法得到的二维微纳米纤维支架由于纤维紧密堆砌，微观结构非常致密。微纳米纤维相互搭接形成的贯穿孔洞的孔径多为亚微米甚至纳米级，远小于细胞本身的尺寸(以微米为单位，从数微米到几十微米不等)。这使细胞只能够在此类支架上水平迁移，干扰细胞在纳米纤维支架上的三维渗透及迁移。

针对这种应用局限，目前已报道的三维微纳米纤维细胞培养支架制备方法有以下几种，包括：1.静电纺丝时加入多组分材料，在后续制备工艺中对某些组分进行洗脱处理，达到增大孔径的效果，这种方法制备出的纳米纤维，由于需要多次浸泡、冷冻/解冻去除多余组分，导致留下的纤维机械性能低，孔的结构不稳定；2.利用多重溶剂挥发的时序性在微米纤维表面构造取向纳米沟槽，增加纤维比表面积和纤维直径，在一定范围内增大了孔径，但不是宏观三维结构，在细胞三维培养领域的应用非常有限；3.改进静电纺丝收集装置，如无针纺、湿法电纺，纺丝过程中使纤维之间没有紧密堆砌，形成蓬松的三维大孔微纳米纤维膜，但这种纺丝后形成的静电纺支架材料结构不稳定，纤维之间搭接效果不理想，大孔结构不稳定，在使用过程中极易垮塌。

水凝胶是一种通过共价键、氢键或范德华力等作用相互交联构成具有三维网状结构，能在水中快速溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚合物。近年来在肿瘤细胞三维培养领域已有各种不同类型的水凝胶(如海藻酸钠水凝胶、胶原蛋白水凝胶和透明质酸水凝胶)获得广泛的研究和应用，这主要是因为聚合物水凝胶在结构及性能上与生物体组织相似。但是普通的水凝胶机械性能差，这也极大地限制了其在人体组织器官的修复，替换或组织工程支架方面的应用。

因此，本发明拟结合静电纺及水凝胶优势，制备一种微纳米纤维三维网络，用于研究肿瘤细胞行为、肿瘤药物筛选。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于肿瘤细胞培养的三维细胞培养支架及其制备方法。本发明制备的微纳米三维网络利于肿瘤细胞的黏附和增殖，同时具有合适的贯穿孔径及机械强度，给肿瘤细胞提供了三维生长空间，利于肿瘤细胞培养期间营养物质代换和代谢废物运输。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于肿瘤细胞培养的三维细胞培养支架的制备方法，在静电纺丝接收微纳米纤维形成第一纤维层后，停止纺丝，并在第一纤维层上添加水凝胶前驱体，然后继续静电纺丝，在添加有水凝胶前驱体的第一纤维层上接收微纳米纤维形成第二纤维层(两层纤维层的纺丝时间非常短，水凝胶前驱体粉末交联形成水凝胶时，由于水分子的扩散作用，亲水性水凝胶前驱体粉末可进入相邻上下两层纤维层之间，达到使纤维分散在水凝胶中的效果)，最后将静电纺丝后的产物浸渍到过量含交联剂的水溶液中，水凝胶前驱体吸水膨胀形成水合物，且在交联剂的作用下进一步形成水凝胶，水凝胶通过氢键和范德华力固化微纳米纤维，制备得到三维细胞培养支架；