細胞貼附生長與人工表面

2.1.1. 細胞外基質與細胞貼附生長

生物體內有相當多細胞同時在活動，為了順利運作，細胞間必須相互傳 遞訊息。而傳遞訊息的管道有細胞間連結 (cell-cell junction) 或是經由細胞外 基質 (Extracellular matrix, ECM)。為了傳遞訊息，細胞必須先彼此貼附或是 貼附在ECM 上，因此細胞的貼附行為便顯得相當重要[1 , 2]。

細胞外基質 (Extracellular matrix, ECM) 是細胞與細胞之間物質的統稱，

由許多不同蛋白質所組成，如膠原蛋白 (collagen)、纖維蛋白 (fibronectin)、

纖維蛋白原 (fibrinogen)等等，不同的細胞周圍的 ECM 成分會根據需求的不 同而有相當大的差距。其主要功能有提供支撐、區隔不同組織、輔助細胞貼 附、提供細胞訊息傳導等等[1—3]。

細胞的貼附行為會影響細胞間訊息的傳導，同時也是細胞存活、分裂、

能動性 (motility) 的基礎。透過傳遞與接收訊息，除了影響細胞代謝與生長 的速率，也影響了包含傷口癒合、組織修復等生理反應。而這些行為都建立 在細胞貼附行為的基礎上[1 , 2]。

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圖2.1-1 細胞間連結以及細胞與 ECM 連結之示意圖[2]。

2.1.2. 常見人造表面

由於細胞貼附行為的重要性，關於細胞於人造表面的細胞貼附行為的研 究也愈來愈受到重視。為了使細胞貼附得更順利，人造表面多會模仿ECM 的性質，如在表面覆蓋纖維蛋白等輔助貼附的蛋白質。若細胞貼附於表面時，

表面有輔助貼附的蛋白質，能加速細胞貼附的速率，然而即使沒有這些蛋白 質，細胞仍然會貼附在表面，細胞必須先自行分泌輔助貼附的蛋白質，使得 貼附的速率較慢[2]。

目前最常使用的人造表面是以蛋白質覆蓋的聚苯乙烯 (polystyrene, PS) 表面，是多數細胞培養盤的材料。除了PS 之外，聚氯乙烯 (polyvinylchloride, PVC) 、尼龍 (nylon)、聚甲基丙烯酸甲酯 (polymethylmethacrylate, PMMA) 等材料在覆蓋蛋白質之後，都可以當作人造表面。雖然細胞於這種表面的生 長情況十分良好，但這種表面無法進一步調控表面性質，因此無法用於研究 更細節的細胞行為[1 , 2 , 4]。

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除了高分子之外，亦有人將細胞培養在金屬表面。然而這種基材通常需 要在表面覆蓋一層蛋白質或是高分子進行表面改質，以幫助細胞貼附生長，

同樣遇到無法進一步調控表面性質的問題。因此自組裝單層膜 (SAMs) 這種 能調控表面性質的表面改質方式便逐漸被使用在研究細胞貼附行為上[5 , 6]。

2.1.3. ECM 對細胞貼附生長的影響

前兩節提到，ECM 會影響貼附，而許多人造表面都會仿 ECM 的性質來 幫助細胞貼附。而Lehnert 等人利用微接觸印刷技術 (microcontact printing, μCP)，在鍍金玻璃片上，長上不同間隔的 ECM，控制 ECM 區域間隔大小來 探討表面分子均勻度對細胞行為的影響，其結果如圖2.1-2 所示。結果顯示，

當ECM 間隔小於 2 μm 時，細胞仍能正常生長；當間隔大於 10 μm 時，細胞 的形狀會ECM 影響而變形；當間隔增加至 25 μm 時，細胞甚至無法順利攤 開而成球狀。[7]

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圖2.1-2 表面分子均勻度對細胞貼附行為的影響，為共焦螢光顯微鏡影像，紅色 為ECM 區域，綠色為貼附之細胞，右下角為 ECM 區域的間距，比例尺為 10 μm [7]。

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