CN104232485A - 细胞共培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种细胞共培养装置，它包括底座、培养基搅动组件、内盛有培养基的培养皿和多个容置细胞的移动细胞培养室，多个移动细胞培养室可移动地安装在培养皿内，移动细胞培养室上设置有其内细胞不能通过并且非细胞可通过的通透膜，移动细胞培养室通过通透膜与培养皿相隔，培养基搅动组件安装在底座上，并且培养基搅动组件上的旋转体伸入培养皿中以便当旋转体旋转时搅动培养皿内的培养基使移动细胞培养室内的细胞分泌物传送到相应的移动细胞培养室内的靶细胞上。本发明不仅能够将更多细胞共培养，避免不同细胞之间的交叉污染，易于观察及收获细胞，而且能够在共培养过程中容易分离特定目的细胞以便后续实验，并且能够模拟体内细胞的生长环境。

Description

细胞共培养装置
技术领域
本发明涉及一种细胞共培养装置，属于生物技术领域，它有助于细胞生物学和生物医学等方面对细胞间在共同生长环境下的相互作用与相互关系的研究。
背景技术
目前，肿瘤微环境是近年来提出的新概念，它由肿瘤细胞、细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)以及许多基质细胞组成，包括成纤维细胞、免疫和炎性细胞、脂肪细胞、平滑肌细胞以及血管内皮细胞等，是一个复杂的综合系统。研究表明，肿瘤能够诱导局部微环境的改变从而有利于其自身发展。微环境内各种细胞与肿瘤细胞相互作用，在其周围产生大量的细胞因子、趋化因子、基质降解酶等，从而形成一个庞大而复杂的网络。越来越多的研究证实，肿瘤的发生、发展、转归及生物学行为与其所处的微环境状态密不可分。
目前，研究肿瘤微环境已成为防治肿瘤的新方向，亦为肿瘤患者带来了新的曙光。然而，肿瘤微环境研究模型尚不成熟可能是阻碍解决这一难题的主要原因，因此，建立理想的肿瘤微环境模型显得极为迫切和重要。
细胞培养是生物学及医学领域的重要技术，单种细胞的培养形式是目前应用最为广泛的培养形式。这种培养方式具有以下优点：可直接观察活细胞的形态结构和生命活动、研究基因及蛋白的表达以及在不同处理因素作用下发生的变化及其机制、易于提供大量生物性状相似的实验对象以及耗资少等。缺点是缺乏肿瘤细胞与肿瘤细胞、肿瘤细胞与正常细胞之间、细胞与细胞周围基质之间的交互作用，无法实现多种细胞之间的交流，也就是说无法准确地模拟细胞在体内的真实环境，然而这种体内环境对细胞生长、增殖、迁徙等生物学特性都极为重要。
为了能够建立更类似于体内环境的培养体系，尽可能使体外环境与体内环境相吻合，从而使细胞间能相互沟通信息，相互支撑生长增殖，20世纪80年代后期，人们在原有单种细胞培养技术的基础上开发出了细胞共培养技术。细胞共培养技术是将2种或2种以上的细胞共同培养于同一环境中的技术，由于其具有更好反映体内环境的优点，所以这种方法被越来越广泛地应用于现代细胞学的研究中。按照共培养方式的不同，细胞共培养又可分为直接共培养和非直接共培养。直接共培养是指将不同细胞直接接种在同一培养容器中，使得不同的细胞彼此直接接触。直接共培养的缺点是难以清楚地观察不同种细胞的生长，并且难以分离特定的目的细胞用于后续的研究。非直接共培养是将不同细胞培养在不同的载体上，再将所述载体置于同一培养环境中。市场上现有的非直接培养体系有Millipore公司的Millicell悬挂式小室和康宁(Corning)公司的Transwell共培养系统。这些商品化的共培养体系操作简单，目前在研究中得到广泛应用。这些系统的缺点是只能进行二种细胞的共培养，无法实现多种细胞同时共培养，同时也无法实现体内微环境流动。此外，还有一种共培养方法就是采用条件培养基进行培养，也就是说，一种细胞经过一定的药物或射线照射处理后，将其上清液移到另一株细胞中，这种方法消耗试剂耗材，同时也消耗研究人员大量的工作时间，且操作繁琐。
综上所述，肿瘤的发生、发展通常是由多种细胞共同作用的结果，就以实体瘤胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)为例：其微环境组成极为丰富，有炎症样的间质反应、有排列紊乱的成纤维细胞和宽大胶原束、有聚集的免疫细胞、有增生的神经纤维和胰岛、新生的血管、残留的萎缩导管和腺泡等等，这些与胰腺导管腺癌细胞共同构成了PDAC颇具特征的微环境。那么在这样的微环境中，肿瘤细胞通过何种机制对其周围环境进行改造，而周围环境又通过何种机制促进肿瘤细胞行使各种生物学功能，何种细胞及因子参与了此重要过程以及如何利用这些细胞及因子对肿瘤细胞进行抑制等等有一些列的问题有待解决。因此，研究人员迫切需要能够同时将更多细胞纳入到同一种培养环境中，并且能够分别对各种细胞类型进行进一步研究的共培养体系。另外，辐射旁效应的研究是肿瘤放射治疗研究领域一非常重要的研究方向，在实际研究中我们不仅需要了解照射后对肿瘤细胞的作用，我们还必须了解在肿瘤细胞受到照射后对其周围组织器官的影响又如何？
无论是化疗还是生物治疗要达到肿瘤部位，通常是借助血液、淋巴液及间质液等流体以对流或者扩散的方式传向肿瘤靶细胞。也就是说，肿瘤内的微循环的流动在肿瘤治疗中起着非常重要的作用。然而，现有的共培养技术没有能够实现此项功能，许多专利在此项工作都未设及，如专利申请号:201310093587.0，一种间隙可调的双层细胞共培养装置；专利申请号:201210370447.9，细胞培养装置；专利申请号:201110242023.X，多种细胞共培养支架。另外上述各类专利都存在一些不足之处，如结构复杂、操作繁琐等多处有待进一步改进之处。因此，开发能够更好的模拟体内环境的理想的多细胞共培养体系显得非常迫切和重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种细胞共培养装置，它不仅能够将更多细胞共培养，使各种细胞分别生长于不同的培养室内，避免不同细胞之间的交叉污染，易于观察及收获细胞，而且能够在共培养过程中容易分离特定目的的细胞以便后续实验，并且能够模拟体内细胞的生长环境。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种细胞共培养装置，它包括底座、培养基搅动组件、内盛有培养基的培养皿和多个容置细胞的移动细胞培养室，多个移动细胞培养室可移动地设置在培养皿内，移动细胞培养室上设置有其内细胞不能通过并且非细胞可通过的通透膜，移动细胞培养室通过通透膜与培养皿相隔，培养基搅动组件安装在底座上，并且培养基搅动组件上的旋转体伸入培养皿中以便当旋转体旋转时搅动培养皿内的培养基使移动细胞培养室内的细胞分泌物传送到相应的移动细胞培养室内的靶细胞上。
进一步为了防止晃动使铺在移动细胞培养室中的细胞发生聚团从而影响实验结果，培养皿内设置有多道移动轨道，移动细胞培养室可移动地安装在相对应的移动轨道上。
进一步，移动轨道以培养基搅动组件上的旋转体为中心呈放射状布置。
进一步提供了一种移动细胞培养室的结构以方便非细胞物质可以从侧面进入移动细胞培养室或者从移动细胞培养室出去进行交流，所述的移动细胞培养室具有支架，支架上设置有侧壁和底壁，侧壁和底壁围成一容置细胞的腔室，侧壁由所述的通透膜制成。
进一步为了让非细胞物质能从底部进入移动细胞培养室或者从底部移动细胞培养室出去进行交流实现其多方位交流，从而更接近体内环境，底壁也由通透膜制成，并且支架的底端设置有孔架，孔架的底端比底壁低，从而使孔架形成至少一个底部流动孔。
进一步一方面为了可以不用胰酶消化和吹打细胞，使细胞保持原有的形态二不受损伤，另一方便为了可以大大节省研究人员的工作时间和需要处理所消耗的各类耗材，所述的孔架和支架之间设置有活动关节以便相对于支架移动孔架从而取下底壁。
进一步提供了一种培养基搅动组件的具体结构以便可以将培养皿中的培养基充分搅动，从而将细胞自分泌或旁分泌的细胞因子、趋化因子、基质降解酶等运送到相应靶细胞或靶点，进而模拟体内的微循环流，更能促进其生长并且模拟在体内的行为，所述的培养基搅动组件包括驱动件、转轴和三叶桨，转轴安装在驱动件上以便驱动转轴旋转，三叶桨安装在转轴上，并且三叶桨位于培养皿内。
进一步，所述的三叶桨的外围设置有中心管，中心管的管壁也由所述的通透膜制成。
进一步可以根据实验要求设定时间和转速从而调节培养皿中的培养基的流动，所述的驱动件为电机，电机上连接有电机控制器，电机控制器上设置有控制旋转时间的时间控制开关和调节旋转转速的转速控制开关。
进一步为了保证本细胞共培养装置的稳定性，所述的底座的底部设置有多个吸盘。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：
1、操作简单易行；
2、细胞种类可以根据实验要求进行调节；
3、共培养的细胞间不易交叉污染；
4、可以同时观察到多种细胞的生长；
5、能够同时实现两种、三种、四种或更多种不同细胞的共培养，可以实现悬浮细胞、半悬浮细胞和贴壁细胞的多模式共培养；
6、根据实验的研究内容不同选择底部不同材料的培养小室培养细胞，以便后续研究(如电镜观察、共聚焦、细胞流式、免疫组化等)；
7、可以根据实验需要将其中的一种或二种细胞取出，进而进行相关的后续操作；
8、模拟体内细胞周围微循环流动将药物、细胞因子、抗体等快速传送到靶胞，因此能够更为准确地模拟体内细胞生长环境。
9、设计灵活性较大，可以按需要将多个本发明装置平行放于同一个培养容器中。所述多个本发明装置可以各自为不同尺寸，不同形状、也可以各自不同材质；
附图说明
图1为本发明的细胞共培养装置的结构示意图；
图2为本发明的移动细胞培养室的具体结构图；
图3为本发明的底座的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1～3所示，一种细胞共培养装置，它包括底座1、培养基搅动组件、内盛有培养基的培养皿2和多个容置细胞的移动细胞培养室3，多个移动细胞培养室3可移动地设置在培养皿2内，移动细胞培养室3上设置有其内细胞不能通过并且非细胞物质可通过的通透膜5，移动细胞培养室3通过通透膜5与培养皿2相隔，培养基搅动组件安装在底座1上，并且培养基搅动组件上的旋转体伸入培养皿2中以便当旋转体旋转时搅动培养皿2内的培养基使移动细胞培养室3内的细胞分泌物传送到相应的移动细胞培养室3内的靶细胞上。
如图1所示，培养皿2内设置有多道移动轨道4，移动细胞培养室3可移动地安装在相对应的移动轨道4上。
如图1所示，移动轨道4以培养基搅动组件上的旋转体为中心呈放射状布置。
如图2所示，移动细胞培养室3具有支架3-1，支架3-1上设置有侧壁3-2和底壁3-3，侧壁3-2和底壁3-3围成一容置细胞的腔室，侧壁3-2由所述的通透膜制成。
如图2所示，底壁3-3也由通透膜制成，并且支架3-1的底端设置有孔架3-4，孔架3-4的底端比底壁3-3低，从而使孔架3-4形成至少一个底部流动孔3-4-1；但是，底壁3-3的材料不限于通透膜一种。
如图2所示，孔架3-4和支架3-1之间设置有活动关节14以便相对于支架3-1移动孔架3-4从而取下底壁3-3。
培养基搅动组件包括驱动件、转轴6和三叶桨7，转轴6安装在驱动件上以便驱动转轴6旋转，三叶桨7安装在转轴6上，并且三叶桨7位于培养皿2内。
如图1所示，三叶桨7的外围设置有中心管8，中心管8的管壁也由所述的通透膜制成。
如图3所示，驱动件为电机，电机上连接有电机控制器，电机控制器上设置有控制旋转时间的时间控制开关9和调节旋转转速的转速控制开关10。
如图3所示，底座1的底部设置有多个吸盘1-1。
其中，培养皿2的材质为目前市场所售培养皿材料，高度在2.0cm-2.5cm。底部配有与移动细胞培养室3相匹配的移动轨道4，可以很好固定移动细胞培养室3，以防晃动使铺在小室中的细胞发生聚团，影响实验结果。
通透膜5：(1)对于细胞培养基而言是可通透的，它能够吸收、引导培养基进入本发明的移动细胞培养室3和中心管8中；(2)对于细胞因子、信号分子而言是可以通透的；(3)对于细胞而言是不能通透的，即细胞不能穿过；(4)通透膜的材质包括微孔膜，其孔径使得细胞不能通过，而细胞培养基、细胞因子、营养成分、二氧化碳、氧气等能够自由通过。通透膜的存在使得细胞能够方便地进行细胞通信等相互作用，通透膜的材质可以是目前市场上所用的微孔膜，孔径大小不能让细胞通过。
移动细胞培养室3：形状可以是圆形，方形或三角形等各种形状；移动细胞培养室3的高度在1.8-2.0cm，略低于培养皿2的高度；移动细胞培养室3的底部材料可以是通透膜或0.17mm的玻璃(激光共聚焦、活细胞工作的细胞观察)或市售培养皿材质等等。移动细胞培养室3的周边由支架3-1支撑，支架3-1支撑的材料就是市售培养皿材料，衔接在支架3-1周边的材质可以为通透膜，支架3-1的长度略长于底壁3-3，使其底部形成一个孔架3-4，主要目的是让细胞因子不仅可以通过侧面，也可以通过底部进行交流，也就是说尽可能多实现方位交流，从而更接近体内环境。支架3-1和孔架3-4之间设置有活动关节14，活动关节14的作用在于需要处理或观察贴在底部的细胞时，可以非常方便取下底壁，这样一方面可以不用胰酶消化和吹打细胞，使细胞保持原有的形态而不受损伤，另一方面可以大大节省研究人员的工作时间和需要处理所消耗的各类耗材移动细胞培养室3尽可能多地使用通透膜，主要目的是可以使各类细胞因子、免疫因子和营养物质等自由通过，保证微环境的稳定，从而能够很好模拟体内环境保证细胞间的信息交流。
移动细胞培养室3还包括一个外室31，该外室31的材料为市售培养皿的材料，高度为略高于其内部的以上结构。当细胞需要做处理时，如需要照射其中的某一株细胞时，就可以很方便地将其从培养皿2中取出，然后根据实验需要进行相关处理。这样的设计使得实验更加灵活。
所述培养皿2的中央设有中央管8，中央管8的周围材质为通透膜，高度与移动细胞培养室3相同，在中央管8的中央有转轴6，在转轴6上装有三叶浆7，通过三叶浆7的转动可以将培养皿2中的培养基充分搅动，从而将细胞分泌的各类细胞因子传送到相应的靶细胞或靶点，进而模拟体内的微循环流。
底座1的中央还可设有与转轴6相匹配的支架6-1，同时时间控制开关9和转速控制开关10设置在底座1的前面，根据实验要求设定时间和转速就可以实现培养皿中培养基的流动，进而模拟体内的微循环流。另外底座1还可以通过其底部的底座架配置吸盘1-1，进而保证培养装置的稳定性。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种细胞共培养装置，其特征在于：它包括底座(1)、培养基搅动组件、内盛有培养基的培养皿(2)和多个容置细胞的移动细胞培养室(3)，多个移动细胞培养室(3)可移动地设置在培养皿(2)内，移动细胞培养室(3)上设置有其内细胞不能通过并且非细胞物质可通过的通透膜(5)，移动细胞培养室(3)通过通透膜(5)与培养皿(2)相隔，培养基搅动组件安装在底座(1)上，并且培养基搅动组件上的旋转体伸入培养皿(2)中以便当旋转体旋转时搅动培养皿(2)内的培养基使移动细胞培养室(3)内的细胞分泌物传送到相应的移动细胞培养室(3)内的靶细胞上。
2.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的培养皿(2)内设置有多道移动轨道(4)，移动细胞培养室(3)可移动地安装在相对应的移动轨道(4)上。
3.根据权利要求2所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的移动轨道(4)以培养基搅动组件上的旋转体为中心呈放射状布置。
4.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的移动细胞培养室(3)具有支架(3-1)，支架(3-1)上设置有侧壁(3-2)和底壁(3-3)，侧壁(3-2)和底壁(3-3)围成一容置细胞的腔室，侧壁(3-2)由所述的通透膜制成。
5.根据权利要求4所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的底壁(3-3)也由通透膜制成，并且支架(3-1)的底端设置有孔架(3-4)，孔架(3-4)的底端比底壁(3-3)低，从而使孔架(3-4)形成至少一个底部流动孔(3-4-1)。
6.根据权利要求5所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的孔架(3-4)和支架(3-1)之间设置有活动关节(14)以便相对于支架(3-1)移动孔架(3-4)从而取下底壁(3-3)。
7.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的培养基搅动组件包括驱动件、转轴(6)和三叶桨(7)，转轴(6)安装在驱动件上以便驱动转轴(6)旋转，三叶桨(7)安装在转轴(6)上，并且三叶桨(7)位于培养皿(2)内。
8.根据权利要求7所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的三叶桨(7)的外围设置有中心管(8)，中心管(8)的管壁也由所述的通透膜制成。
9.根据权利要求7所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的驱动件为电机，电机上连接有电机控制器，电机控制器上设置有控制旋转时间的时间控制开关(9)和调节旋转转速的转速控制开关(10)。
10.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述的底座(1)的底部设置有多个吸盘(1-1)。
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