專利名稱：使用電響應(yīng)性功能材料的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括該裝置的細(xì)胞培養(yǎng)體系以及細(xì)胞培養(yǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用電響應(yīng)性(electrical responsiveness)功能材料的細(xì)胞培養(yǎng)裝置、包括該裝置的細(xì)胞培養(yǎng)體系，以及使用上述中的一種的細(xì)胞培養(yǎng)方法。更具體地，本發(fā)明涉及利用通過電方式在親水性和疏水性之間轉(zhuǎn)換的功能材料的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括該裝置的細(xì)胞培養(yǎng)體系，以及使用上述中的一種的細(xì)胞培養(yǎng)方法。
背景技術(shù)：
一般而言，在細(xì)胞培養(yǎng)物中，胎牛血清被加入到培養(yǎng)液中。然而，每批之間的性能差異較大，這導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)性困難。此外，干細(xì)胞培養(yǎng)物與飼養(yǎng)細(xì)胞如小鼠胚胎成纖維細(xì)胞的共培養(yǎng)涉及很多問題，如因外源感染因素導(dǎo)致的細(xì)胞或組織污染，由于來自不同來源或物種的成分而導(dǎo)致的排異響應(yīng)爆發(fā)等，這成為臨床應(yīng)用進(jìn)程中的一個課題。為此，近年來，已經(jīng)開展了在細(xì)胞培養(yǎng)中替換為化學(xué)組成明確的培養(yǎng)液或添加物質(zhì)的研究。在上述細(xì)胞培養(yǎng)液的添加物質(zhì)的情況中，需要在適當(dāng)?shù)臅r間將適當(dāng)量的添加物質(zhì)加入到培養(yǎng)液中。因此，日本專利特開平10-117767號公報(bào)中披露了一種細(xì)胞培養(yǎng)容器，可以通過傳送低分子量物質(zhì)的隔膜向其中引入藥劑液體溶液。但是，當(dāng)不依靠物質(zhì)在培養(yǎng)液中的自然擴(kuò)散等而更積極地考慮對細(xì)胞培養(yǎng)液中的各成分進(jìn)行控制時，考慮了如下的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過來自外部的一些類型的刺激來實(shí)施控制。例如，日本專利特開2003-310244號公報(bào)披露了一種技術(shù)，通過這種技術(shù)，在使用溫度響應(yīng)性聚合物的細(xì)胞培養(yǎng)容器中，產(chǎn)生培養(yǎng)液溫度的變化，由此剝離粘接至細(xì)胞培養(yǎng)容器的細(xì)胞。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題完成了本公開內(nèi)容，由于期望提供一種新的用于細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)，換言之，提供使用能夠通過電方式在親水性和疏水性之間轉(zhuǎn)換的電響應(yīng)功能物質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括該裝置的細(xì)胞培養(yǎng)體系和使用上述中的一種的細(xì)胞培養(yǎng)方法。在細(xì)胞培養(yǎng)中替換為化學(xué)組成明確的培養(yǎng)液或添加物質(zhì)是重要的。然而，到現(xiàn)在為止都沒有提出過以數(shù)量上和時間上高度精確的方式將物質(zhì)自動供給至細(xì)胞培養(yǎng)液的方法。本申請的發(fā)明人認(rèn)真地進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下方法，在該方法中，通過向電極施加合適的電壓來控制依據(jù)氧化還原反應(yīng)在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)(hydrophilicity/hydrophobicity converting material),從而將吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上的親水性或疏水性原料(feed material)從親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附(desorb)，由此將該親水性或疏水性原料供給至細(xì)胞。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本公開的一實(shí)施方案，提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置(cell culturing device),其包括以下電極,在該電極的表面上提供有適合通過電方式(electrically)在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中。根據(jù)本公開的另一個實(shí)施方式，提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)體系(cell culturingsystem)，其包括設(shè)置有電極的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，在電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中；以及電源，其向所述電極施加電壓。根據(jù)本公開的再另一個實(shí)施方式，提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)方法，其包括在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中，向電極施加電壓，在該電極表面上提供有通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，由此改變親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性；根據(jù)所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性的改變將吸附至所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性或疏水性原料脫附；將如此脫附的所述親水性或疏水性原料供給至所述培養(yǎng)細(xì)胞。如本文所提出的，根據(jù)本公開，在細(xì)胞培養(yǎng)中提供了一種新的技術(shù)。也就是說，可以提供一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其能夠控制要添加至細(xì)胞培養(yǎng)物中的培養(yǎng)液的原料的進(jìn)料時間和進(jìn)料量，以及可以提供包括該裝置的細(xì)胞培養(yǎng)體系，以及使用上述中的一種的細(xì)胞培養(yǎng)方法。附圖
的簡要說明圖I為根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的示意圖；圖2示出在根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中從親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附原料的過程；圖3示出在根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中合成N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物的示意圖；圖4示出在根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物在施加電壓的階段的循環(huán)伏安圖；圖5示出根據(jù)本公開第二實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)體系的示意圖，部分以方框顯示；和圖6示出第一實(shí)施方案的實(shí)施例的觀察設(shè)備的示意圖，部分以方框顯示。發(fā)明詳述下面將參考附圖詳細(xì)描述本公開的實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)注意到，下文將要描述的實(shí)施方案顯示的是本公開典型實(shí)施方案，因此本公開的范圍并不意在以限制性方式通過本文的實(shí)施方案進(jìn)行解釋。將按照以下順序給出說明。I.第一實(shí)施方案細(xì)胞培養(yǎng)裝置1-1.細(xì)胞培養(yǎng)裝置的構(gòu)成1-2.電極1-3.親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)1-4.原料2.第二實(shí)施方案細(xì)胞培養(yǎng)體系3.第三實(shí)施方案細(xì)胞培養(yǎng)方法3-1.細(xì)胞培養(yǎng)方法3-2.細(xì)胞和培養(yǎng)液
4.實(shí)施例4-1.觀察設(shè)備的構(gòu)成4-2.觀察結(jié)果I.第一實(shí)施方案細(xì)胞培養(yǎng)裝置下面將對本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。1-1.細(xì)胞培養(yǎng)裝置的構(gòu)成圖I為根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的示意圖。細(xì)胞培養(yǎng)裝置A包括電極I和親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2。在這種情況中，電極I位于容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中。此外，親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2提供在電極I上，并且可通過電方式在親水性和疏水性之間變化。供給至各細(xì)胞4的原料3吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2。在細(xì)胞培養(yǎng)裝置A中，為了僅通過親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的電方式的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換來控制原料3和細(xì)胞4之間的接觸，僅需要保持以下狀態(tài)，其中各細(xì)胞4以及原料3吸附的電極I彼此不發(fā)生接觸。為此目的，各細(xì)胞4可以通過隔膜或類似物與電極I隔開。另一方面，上述隔膜需要對待供給至細(xì)胞4的原料3具有穿透性。為此，在細(xì)胞培養(yǎng)裝置A中，優(yōu)選由濾膜或類似物構(gòu)成的隔膜。例如，在圖I中，插入物5示意作為隔膜。插入物5的使用使得隔膜提供在相對各細(xì)胞4結(jié)合表面的水平方向上，并因此各細(xì)胞4和電極I可以通過隔膜在垂直方向上隔開。此外，隔膜還可以提供在相對各細(xì)胞4的結(jié)合表面的垂直方向上，并且因此各細(xì)胞4和電極I還可以通過隔膜在水平方向上隔開。盡管在解釋隔膜時，假設(shè)細(xì)胞4為粘著細(xì)胞，但是細(xì)胞4還可以為浮游細(xì)胞。同樣，僅有必要如下設(shè)計(jì)隔膜使其相應(yīng)于各細(xì)胞4的性質(zhì)，使得保持以下狀態(tài)，在該狀態(tài)中各細(xì)胞4和電極I不會彼此接觸。當(dāng)細(xì)胞4為粘著細(xì)胞時，還可以保持以下狀態(tài)，在該狀態(tài)中，各細(xì)胞4和電極I在沒有提供隔膜時彼此不發(fā)生接觸。不必須采用如下構(gòu)成，其中電極I位于電極I可以接觸培養(yǎng)液的位置，位于容納細(xì)胞4的區(qū)域(如細(xì)胞培養(yǎng)用燒瓶)的上部中。此外，還優(yōu)選如下構(gòu)成，其中使用了插入物5，且多個電極I設(shè)置于容納細(xì)胞4的區(qū)域的上部和下部。1-2.電極提供在細(xì)胞培養(yǎng)裝置A中的電極I可以由任何材料制成，只要該材料為如下的導(dǎo)電材料即可，在該導(dǎo)電材料中在細(xì)胞培養(yǎng)液中不會產(chǎn)生損耗如腐蝕，并且該導(dǎo)電材料具有高的生物相容性。例如，除金屬材料如金、鉬、氧化銥或氮化鈦之外，碳電極、導(dǎo)電性聚合物或類似物優(yōu)選作為電極I的材料。1-3.親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)圖2示出在根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中從親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附原料的過程。親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2位于電極I的表面上。在可通過電方式在親水性/疏水性方面變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2中，可變電壓的施加引起親水性/疏水性的改變。因此，先前已經(jīng)吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的原料3失去了與親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親和性，而被排出至細(xì)胞培養(yǎng)液中，由此供給至細(xì)胞4。圖2顯示了以下過程，其中在向電極I施加合適電壓之前顯示疏水性的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2通過電氧化開始顯示親水性，并且已經(jīng)吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2且顯示疏水性的原料3失去與親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親和性而被排出進(jìn)入細(xì)胞培
5養(yǎng)液中。與此相反，還可以采用如下過程，其中在向電極I施加合適電壓之前顯示親水性的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2通過電還原顯示疏水性，并且已經(jīng)吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2且顯示親水性的原料3失去與親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親和性而被排出進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)液中。在根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置A中，合適電壓的施加造成了親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2和原料3之間的親和力變化。因此，將原料3排出進(jìn)入待供給至細(xì)胞4的細(xì)胞培養(yǎng)液中。親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換可以任何模式從疏水性轉(zhuǎn)換成親水性，或從親水性轉(zhuǎn)換成疏水性。位于電極I上的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2包括具有響應(yīng)于電學(xué)變化以改變親水性/疏水性的性質(zhì)的物質(zhì)。更優(yōu)選地，親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2為包含親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元(electron accepting unit)的聚合物。在向電極I施加合適電壓后，通過電子接收單元中的電子的給出和接收，包含親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元的聚合物作為整個聚合物而言氧化還原狀態(tài)發(fā)生變化。上述聚合物的氧化還原變化引起親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元的親水性或疏水性的性質(zhì)變化。因此，可以通過向電極I施加合適電壓引起上述聚合物的親水性/疏水性的變化。對于所關(guān)注的聚合物中的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元的結(jié)合形式，可以采用任何形式，代表形式為其中電子接收單元作為共聚物的一部分結(jié)合的形式，以及其中電子接收單元連接至側(cè)鏈的形式。親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元的特征在于其是包含由在側(cè)鏈中具有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的物質(zhì)的聚合物。當(dāng)通過電子接收單元的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行上述聚合物的氧化時，已經(jīng)顯示疏水性的單元由于單元本身的離子化、單元本身附近的成對離子的影響等而變成親水性。另一方面，當(dāng)進(jìn)行上述聚合物的還原時，已經(jīng)顯示親水性的單元形成團(tuán)聚結(jié)構(gòu)而變成疏水性。上述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元，例如，包括包含下述物質(zhì)的聚合物，例如(甲基)丙烯酰胺化合物、N-烷基取代的(甲基)丙烯酰胺衍生物、N，N-二烷基取代的(甲基)丙烯酰胺衍生物、具有成環(huán)基團(tuán)(cyclic group)的(甲基)丙烯酰胺衍生物和乙烯基醚衍生物。更具體地，上述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元為包含以下物質(zhì)的聚合物，所述物質(zhì)為丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-n-丙基丙烯酰胺、N-n-丙基甲基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-異丙基甲基丙烯酰胺、N-環(huán)丙基丙烯酰胺、N-環(huán)丙基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基乙基丙烯酰胺、N-乙氧基乙基甲基丙烯酰胺、N-四氫糠基丙烯酰胺、N-四氫糠基甲基丙烯酰胺、N, N- 二甲基(甲基-)丙烯酰胺、N, N-乙基甲基丙烯酰胺、N-N- 二乙基丙烯酰胺、I- (I-氧代(OXO) -2-丙烯基)-批咯燒、1-(1-氧代-2-丙烯基)-哌唳、4- (I-氧代-2-丙烯基)-嗎啉、1-(1-氧-2-甲基-2-丙烯基)-吡咯烷、1-(1-氧-2-甲基-2-丙烯基)-哌啶、4- (I-氧-2-甲基-2-丙烯基)-嗎啉、甲基乙烯基醚等。對于所關(guān)注的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元，除了由上述單體中的一種構(gòu)成的聚合物之外，還可以使用包含上述單體和其他單體的聚合物，或聚合物和共聚物的混合物。電子接收單元的特征是具有穩(wěn)定的氧化還原特性。因此，電極的氧化還原狀態(tài)變得可逆。電子接收單元，例如，包括共軛體類分子如噻吩或苯胺、有機(jī)金屬絡(luò)合物以及有機(jī)自由基分子(organic radical molecule)。對于所關(guān)注的有機(jī)金屬絡(luò)合物，優(yōu)選使用茂金屬。更具體地，可以使用二茂鐵、二茂欽(titanocene)、二茂 凡(vanadocene)、二茂絡(luò)(chromocene)、二茂猛(manganocene)、二茂鉆(cobaltocene)、二茂鎮(zhèn)(nickelocene)、二茂錯(zirconocene)、二茂釘(ruthenocene)、二茂餓(osmocene)等。N-異丙基丙烯酸胺-乙烯基二茂鐵(N-isopropylacrylamido-vinylferrocene)共聚物是優(yōu)選的上述包含親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)。圖3以N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵為例顯示電極I中的聚合過程。N-異丙基丙烯酰胺和乙烯基二茂鐵分別用于親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元中。此外，金用于電極I中。雙[2_(2’ -溴代異丁酰氧基)乙基]二硫化物用作引發(fā)劑。首先，引發(fā)劑的硫醇基團(tuán)(thiol group)配位結(jié)合至電極I的表面。接下來,將N-異丙基丙烯酰胺和乙烯基二茂鐵加至電極I的表面，向其中加入銅(I)聯(lián)吡啶絡(luò)合物(copper (I) bipyridine complex)作為催化劑。同樣地,進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，由此在電極I表面上提供由N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物構(gòu)成的聚合物2a。在圖3中，對于將聚合物2a配制到電極I上，顯示了在電極I表面上實(shí)施聚合的方法。然而，也可以采用以下方法，其中將完成合成后的聚合物2a溶解或分散到合適的溶劑中，從而用如此溶解或分散的聚合物2a來涂覆電極I。上述任何方法都可以作為將聚合物2a配置到基底I上的方法。圖4為在上述N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物中在施加合適電壓的階段的循環(huán)伏安圖。如所關(guān)注的循環(huán)伏安圖所示，由于向電極I施加合適電壓，置于電極I表面上的N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物改變了氧化還原態(tài)。此外，使用圖4中示出的循環(huán)伏安圖等能夠?qū)﹄姌OI上的氧化還原狀態(tài)進(jìn)行控制。電極I上的氧化還原狀態(tài)的改變，以及聚合物2a的親水性/疏水性的改變顯示出相關(guān)的關(guān)系。為此，對從聚合物2a排出的原料3的供給量的控制可以通過依據(jù)控制向電極I施加的合適電壓的聚合物2a氧化還原狀態(tài)的變化來進(jìn)行。由此，使用根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置A可以高精確性和可再現(xiàn)性地將原料3供給至細(xì)胞4。1-4.原料從位于電極I表面上的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2脫附而待供給至細(xì)胞4的原料3可以為顯示親水性或疏水性中任一種親和性的物質(zhì)。親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親水性或疏水性可以預(yù)先根據(jù)原料3的性質(zhì)來確定。原料3，例如，可以為任何蛋白質(zhì)，例如細(xì)胞因子、激素、或抗體、核酸如載體或核酸適體、脂質(zhì)、糖鏈、低分子化合物或類似物，只要該物質(zhì)為供給至細(xì)胞培養(yǎng)物中的細(xì)胞4的物質(zhì)即可。通過采用上述構(gòu)成，使用根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，向電極I施加合適電壓改變了位于電極I表面上的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親水性/疏水性。因此，失去吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的原料3和親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2之間的親和力，從而將原料3排出進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)液中，由此可以將原料3供給至細(xì)胞4。2.第二實(shí)施方案細(xì)胞培養(yǎng)體系下面參考根據(jù)本公開第二實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)體系給出描述。除了圖I中示出的細(xì)胞培養(yǎng)裝置A的各構(gòu)件之外，圖5中所示的細(xì)胞培養(yǎng)體系B還包括用于向電極I施加合適電壓的電源6。由于細(xì)胞培養(yǎng)裝置A的構(gòu)成與參考圖I至4所描述的構(gòu)成相同，因此為了簡便起見，在此省略重復(fù)的描述。細(xì)胞培養(yǎng)體系B可以包括用于控制電源6中電壓的施加時間或施加量的控制部分7。該控制部分7可以具有包括在電源6中的構(gòu)成，或者可以具有與電源6分開提供的構(gòu)成(如圖5中所示的方式)。此外，細(xì)胞培養(yǎng)體系B可以具有如下構(gòu)成，其中多個細(xì)胞培養(yǎng)裝置A連接至一個電源6。通過采用上述構(gòu)成，使用細(xì)胞培養(yǎng)體系B，可以通過電源6向電極I施加合適的電壓，從而改變設(shè)置于電極I表面上的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的親水性/疏水性。因此，失去吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2的原料3和親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)2之間的親和力，從而將原料3排出進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)液中，由此可以將原料3供給至細(xì)胞4。除此之外，該細(xì)胞培養(yǎng)體系B還包括控制部分7，由此可以控制通過電源6向電極I施加的合適電壓的時間或電壓的施加量，并且控制施加時間或者供給至細(xì)胞4的原料3的供給量。3.第三實(shí)施方案細(xì)胞控制方法下面參考根據(jù)本公開第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法給出說明。3-1.細(xì)胞培養(yǎng)方法根據(jù)本公開第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法包括通過向電極施加合適的電壓通過電方式改變親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性的過程，所述電極位于能在其中容納待培養(yǎng)的細(xì)胞的區(qū)域中，并且在該電極表面上提供有親水性/疏水性可通過電方式改變的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)；通過親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性的變化將吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性或疏水性原料脫附的過程；以及將原料供給至待培養(yǎng)的細(xì)胞的過程。也就是說，根據(jù)第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法為使用根據(jù)第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置A的細(xì)胞培養(yǎng)方法。應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管在本公開第三實(shí)施方案中，細(xì)胞培養(yǎng)方法被描述為包含三個過程，但是實(shí)施在向細(xì)胞培養(yǎng)裝置A的電極I施加合適電壓的過程后的兩個過程可以連續(xù)產(chǎn)生，并且因此可以理解為一個過程。除了圖I所示的構(gòu)成之外，細(xì)胞培養(yǎng)裝置A，例如，還可以采用如下構(gòu)成，在該構(gòu)成中，多個電極I與插入物5—起提供在能夠在其中容納細(xì)胞4的區(qū)域中，并且原料3的濃度梯度形成在細(xì)胞培養(yǎng)液中。通過采用這種構(gòu)成，細(xì)胞4還可以在具有極性的狀態(tài)下培養(yǎng)。除此之外，第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法進(jìn)一步包括通過控制電壓的施加量和施加時間在任意時間或以任意量將所述吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的原料從所述電極上脫附的過程。也就是說，在這種情況中，第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法為使用第二實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)體系B的細(xì)胞培養(yǎng)方法。在第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法中，同時具有高精確性和可再現(xiàn)性的細(xì)胞培養(yǎng)方法可以通過以電方式控制待供給至細(xì)胞的原料的添加量或添加時間來實(shí)現(xiàn)。除此之外，即使當(dāng)多個細(xì)胞培養(yǎng)裝置用在第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)體系中并由此同時實(shí)施多種細(xì)胞培養(yǎng)時，也可以實(shí)施該同時具有高精確性和可再現(xiàn)性的細(xì)胞培養(yǎng)方法。3-2.細(xì)胞和培養(yǎng)液對在第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中培養(yǎng)的細(xì)胞沒有任何限制，因此可以為任何植物細(xì)胞和動物細(xì)胞。對于細(xì)胞培養(yǎng)液也如此，可以使用適于上述細(xì)胞的培養(yǎng)液。例如，在干細(xì)胞如來源于胚胎的干細(xì)胞、誘導(dǎo)的多能性干細(xì)胞或間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)中，在培養(yǎng)階段，控制分化狀態(tài)是必要的。近年來，通過使用組成在化學(xué)上明確的培養(yǎng)液或添加劑來控制分化的研究已經(jīng)在進(jìn)展中。對于控制細(xì)胞分化用的物質(zhì)的添加而言，要求再現(xiàn)性高的有效方法。因此，根據(jù)本公開第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)方法適于培養(yǎng)上述干細(xì)胞。值得注意的是，本公開還可以采用以下構(gòu)成。(I)細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其包括電極，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中。(2)段(I)中描述的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)為包含親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元的聚合物。(3)段(I)中描述的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中，所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)為N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物。(4)段(I)至段(3)中的任一段描述的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中待供給至細(xì)胞的親水性或疏水性原料被所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)吸附。(5)段(4)中描述的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中，通過向所述電極施加電壓以改變所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性，所述原料從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附并供給至所述待培養(yǎng)的細(xì)胞。(6)段(5)中描述的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，進(jìn)一步包括隔膜，其以待培養(yǎng)的細(xì)胞不接觸所述電極的狀態(tài)隔離所述待培養(yǎng)的細(xì)胞，并且可以使從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附的所述原料到達(dá)所述區(qū)域中的所述待培養(yǎng)的細(xì)胞。(7)細(xì)胞培養(yǎng)體系，其包括細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其設(shè)置有電極，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中；和電源，其向所述電極施加電壓。(8)段(7)描述的細(xì)胞培養(yǎng)體系，進(jìn)一步包括控制部分，其配置用來控制所述電源中電壓的施加量或施加時間。(9)細(xì)胞培養(yǎng)方法，其包括在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中，向電極施加電壓，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，由此改變所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性；根據(jù)所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性的改變將吸附至所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性或疏水性原料脫附；以及將如此脫附的所述親水性或疏水性原料供給至所述培養(yǎng)細(xì)胞。(10)段(9)描述的細(xì)胞培養(yǎng)方法，進(jìn)一步包括通過控制電壓的施加量或施加時間，在任意時間或以任意量將所述吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的原料從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附。4.實(shí)施例通過使用觀察設(shè)備對在根據(jù)第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置中或在根據(jù)第二實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)體系中的電極表面的親水性/疏水性改變所引起的原料的行為進(jìn)行觀察。4-1.觀察設(shè)備的構(gòu)成圖6顯示了實(shí)施例中使用的觀察設(shè)備C的構(gòu)成。該觀察設(shè)備C包括三個電極工作電極Ia ;對電極Ib ;參考電極lc，恒電位儀9和熒光顯微鏡10。在這種情況中，恒電位儀
99控制三個電極la、Ib和Ic。此外，該突光顯微鏡10可以用來觀察三種電極la、Ib和Ic的表面變化。吸附熒光脂質(zhì)3a的聚合物2a設(shè)置在工作電極Ia的表面上。為了觀察熒光脂質(zhì)3a在施加合適電壓后的行為，將玻璃板8設(shè)置在工作電極Ia和熒光顯微鏡10之間。此外，其中含有聚合物2a并保持在工作電極Ia和玻璃板8之間的空間填充有磷酸鹽緩沖的鹽水。工作電極Ia由金制成。N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物用于聚合物2a中，N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物至工作電極Ia上的合成和配制通過使用1-3中描述的相同方法實(shí)施。在完成合成后，通過施加合適的電壓造成其上設(shè)置有聚合物2a的工作電極Ia顯示疏水狀態(tài)。硼-二卩比咯亞甲基(Boron-Dipyrromethene, BODIPY)用作突光脂質(zhì)3a。將BODIPY溶解在乙醇中(以I μ g/lml的比例)，并且然后將其多次涂敷在具有聚合物2a位于其上的工作電極Ia的表面上。4-2.觀察結(jié)果在向工作電極Ia施加合適電壓后，熒光脂質(zhì)3a的行為通過使用觀察設(shè)備C的熒光顯微鏡10來觀察。在將合適的O. 5V(相對于Ag/AgCl(vs. Ag/AgCl))施加至工作電極la后10分鐘，來自工作電極Ia上的熒光脂質(zhì)3a的信號被減弱。由此認(rèn)為，吸附至聚合物2a的熒光脂質(zhì)3a從聚合物2a上脫附，從而擴(kuò)散進(jìn)入磷酸鹽緩沖的鹽水中。實(shí)施例中的觀察結(jié)果表明，在分別根據(jù)本公開第一實(shí)施方案和本公開第二實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置或細(xì)胞培養(yǎng)體系中，通過向電極施加合適電壓，位于電極表面上的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性變化，因此吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的原料可以從親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附，從而供給至待培養(yǎng)的細(xì)胞。在根據(jù)本公開第一、第二或第三實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置、細(xì)胞培養(yǎng)體系或細(xì)胞培養(yǎng)方法中，原料可以高精確性排出至細(xì)胞培養(yǎng)液中從而供給至細(xì)胞。具體地，根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的細(xì)胞培養(yǎng)裝置適合用于供應(yīng)用于控制干細(xì)胞與干細(xì)胞之間的分化的物質(zhì)。本技術(shù)包含涉及2011年8月3日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2011-169818的主題，其全部內(nèi)容引入本文作為參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，各種變化、組合、亞組合和變更會根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素而發(fā)生，只要它們在所附權(quán)利要求或其等價(jià)物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其包括電極，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)為包含親水性/疏水性轉(zhuǎn)換單元和電子接收單元的聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)為N-異丙基丙烯酰胺-乙烯基二茂鐵共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中待供給至細(xì)胞的親水性或疏水性原料被所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)吸附。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其中通過向所述電極施加電壓以改變所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性，所述原料從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附并供給至所述待培養(yǎng)的細(xì)胞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，進(jìn)一步包括隔膜，其以待培養(yǎng)的細(xì)胞不接觸所述電極的狀態(tài)隔離所述待培養(yǎng)的細(xì)胞，并且可以使從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附的所述原料到達(dá)所述區(qū)域中的所述待培養(yǎng)的細(xì)胞。
7.細(xì)胞培養(yǎng)體系，其包括細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其設(shè)置有電極，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述電極設(shè)置在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中；和電源，其向所述電極施加電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的細(xì)胞培養(yǎng)體系，進(jìn)一步包括控制部分，其配置用來控制所述電源中電壓的施加量或施加時間。
9.細(xì)胞培養(yǎng)方法，其包括在適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中，向電極施加電壓，在該電極表面上提供有適合通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)，由此改變所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性；根據(jù)所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性的改變將吸附至所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性或疏水性原料脫附；以及將如此脫附的所述親水性或疏水性原料供給至所述培養(yǎng)細(xì)胞。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的細(xì)胞培養(yǎng)方法，進(jìn)一步包括通過控制電壓的施加量或施加時間，在任意時間或以任意量將所述吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的原料從所述親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)上脫附。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其包括電極，在該電極表面上設(shè)置有通過電方式在親水性和疏水性之間變化的親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)。在該情況中，電極設(shè)置于適合容納待培養(yǎng)細(xì)胞的區(qū)域中。使用該細(xì)胞培養(yǎng)裝置，向電極施加合適的電壓改變了親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的親水性/疏水性。因此，吸附至親水性/疏水性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的原料被脫附，由此可以將原料供給至細(xì)胞。
文檔編號C12N5/00GK102911866SQ201210265038
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者竹村一郎, 早川智廣, 松居惠理子 申請人:索尼公司