CN104480010B - 生物反应装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物反应装置，该装置包含：细胞载板，所述细胞载板上形成有多个第一通孔，所述第一通孔限定出细胞培养空间，并含有突起部；以及储液板，所述储液板上形成有多个第二通孔，所述第二通孔中限定出储液空间，其中，所述多个第一通孔与所述多个第二通孔一一对应，利用该反应装置可以实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低。

Description

生物反应装置及其应用
技术领域
本发明涉及生物工程领域，具体地，涉及生物反应装置及其应用，更具体地，涉及生物反应装置和生物反应系统及其用于细胞培养的方法，生物反应装置和生物反应系统在细胞培养中的用途，以及生物反应装置和生物反应系统在药物筛选中的用途。
背景技术
高通量体外药物评价方法一直是生物制药领域的重要课题。由于高通量筛选要求反应总体积小，而且反应具有较高特异性和敏感性，因此对于筛选模型也要求较高。目前，商业化的药物筛选模型主要集中在受体、酶、通道以及各种细胞反应方面。
在新药开发的早期，传统的药物筛选模型一般可以分为两类，一是基于靶标的药物筛选模型(target-based drug screening)，通常是针对特定分子设计实验方法；二是基于表型的药物筛选模型(phenotypic drug screening)，通常的实验设计是检测细胞增殖和代谢水平。例如，在抗肿瘤药物筛选中，一种常用的方法是Alamer Blue Assay，它的原理是氧化型alamarblue可被活细胞中的线粒体酶还原，还原后染料发生颜色和荧光改变，其深浅与活细胞数量成正比，可用分光光度计或荧光检测仪检测，通过与对照组的比较得到试验组的增值率，从而测定受试样品的细胞毒性。
基于靶标的药物筛选方法由于其过于简化的系统无法重现体内复杂的生理、病理环境，筛选出的药物大多以失败告终。基于表型的药物筛选方法虽然能够相对更加真实地模拟体内情况，但是这类筛选方法相对成本高，效率低，通量受限。此外，传统的培养皿或多孔板的二维培养环境无法很好的模拟和重现体内细胞生长的三维环境。
因此，应用细胞三维培养技术的药物筛选模型有待于进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于细胞三维培养的生物反应装置。
需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：
水凝胶(hydrogel)是以水为分散介质的凝胶，由具有三维网状交联结构的水溶性高分子构成。根据合成材料的不同，水凝胶分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。水凝胶是一种高吸水高保水材料，以三维形式包埋在水凝胶(如胶原蛋白水凝胶，基质胶，明胶，海藻酸钠，透明质酸等)中的细胞(如成纤维细胞、间充质干细胞、肿瘤细胞、上皮细胞、内皮细胞、心肌细胞等)与凝胶纤维相互作用，通过细胞自身的收缩能力可以使水凝胶面积和体积逐渐缩小。通过分析水凝胶的面积变化，可以反应包埋在其中的细胞的活力，进而测定药物的细胞毒性。
水凝胶收缩现象体现出许多传统的细胞活力分析实验所不具备的优点。首先，凝胶面积指数所反映出的是细胞的“综合能力”，它不仅仅简单体现活细胞的数目，而且可以进一步反映活细胞的“功能”状态；再次，细胞包埋于凝胶之中，实现了细胞的三维培养，形成了体外“微组织”，能够更好模拟体内细胞所处的环境。这些优点恰恰满足基于表型的药物筛选模型的要求，并且比传统的基于底物代谢的分析方法检测范围更加全面和直接。
基于表型的药物筛选需要克服的困难是如何实现高通量自动化。微米尺度加工(微加工)技术现已广泛的应用于生物医学研究中以实现对于分子、材料和细胞在空间上的精确控制和高通量排列，其在建造图案化高通量的三维微环境领域具有强大功能。例如：空间上精确控制的三维微环境可以被用来重建体外的仿生模型(如模拟血管的多层生理结构，以及肝小叶精细的生理结构)；高通量排列的三维微环境可以被用来构建三维的药物、材料和细胞阵列芯片。
发明人利用微加工手段实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低；并结合自动化图像处理系统，实现操作分析的自动化，为新药开发提供了一个全新的药物功能评价平台，大大降低基于表型的药物筛选的成本，对加快新药开发的进程具有重要意义。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种生物反应装置。根据本发明的实施例，该装置包含：细胞载板，所述细胞载板上形成有多个第一通孔，所述第一通孔中限定出细胞培养空间，并含有突起部；以及储液板，所述储液板上形成有多个第二通孔，所述第二通孔中限定出储液空间，其中，所述多个第一通孔与所述多个第二通孔一一对应。
利用该反应装置可以实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低。根据本发明的实施例，将该装置与自动化图像处理系统结合，可以实现操作分析的自动化。
根据本发明的又一方面，本发明还提供了一种生物反应系统。该系统包括：前述的生物反应装置；以及保湿培养装置，其中，所述生物反应装置设置在所述保湿培养装置中，并且所述保湿培养装置用于保持所述生物反应装置的湿度。
利用该系统可以进行微量的细胞培养和微小化的凝胶收缩实验，并且为微量细胞培养提供适宜的湿度环境，更适于细胞生长，避免液体蒸发对生物反应装置产生的影响。根据本发明的又一方面，本发明提供了一种前述生物反应装置或前述的生物反应系统培养细胞的方法。根据本发明实施例，该方法包括将凝胶预聚物与细胞混合，以便获得细胞悬液；将所述细胞悬液加至所述第一通孔内，以便在所述第一通孔中形成水凝胶单元；以及将生物反应装置置于适于细胞生长的条件下。
利用该细胞培养的方法，可以实现微小化的凝胶收缩实验，降低成本；根据本发明实施例，本方法与自动化图像处理系统相结合，可以实现操作分析的自动化，为新药开发提供了一个全新的药物功能评价平台，显著降低了基于表型的药物筛选的成本，加快了新药开发的进程。
根据本发明的再一方面，本发明提供了前述生物反应装置或前述生物反应系统在细胞培养中的用途。
利用该生物反应装置进行细胞培养，可以实现细胞的三维培养，更好的模拟体内细胞的生长环境，并且操作简单，实验成本低。
根据本发明的又一方面，本发明提供了前述生物反应装置或前述的生物反应系统在药物筛选中的用途。
利用该生物反应装置进行药物筛选，可以实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低；并且本方法能与与自动化图像处理系统相结合，实现操作分析的自动化，为新药开发提供了一个全新的药物功能评价平台，显著降低了基于表型的药物筛选的成本，加快了新药开发的进程。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的细胞载板和储液板的设计图，其中
图1A为细胞载板的设计图；
图1B为储液板的设计图，
图2显示了根据本发明一个实施例的制作完成的细胞载板和储液板的主视图；
图3显示了根据本发明一个实施例的基座和隔板组合在一起的局部剖面图；
图4显示了根据本发明一个实施例的第一通孔中的随辛伐他丁浓度改变的染色后胶原的面积变化情况；
图5显示了根据本发明一个实施例的通过胶原收缩情况测定的辛伐他汀对小鼠心脏成纤维细胞的剂量-反应曲线示意图；
图6显示了根据本发明一个实施例的通过检测试剂阿拉马兰测定的辛伐他汀对小鼠心脏成纤维细胞的剂量-反应曲线示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种生物反应装置。根据本发明的实施例，该装置包含：
细胞载板，所述细胞载板上形成有多个第一通孔，所述第一通孔中限定出细胞培养空间，并含有突起部。根据本发明的实施例，所述细胞载板为厚度为0.3-0.7mm的有机玻璃板，优选厚度为0.5mm。根据本发明的实施例，所述细胞载板的规格为：长76mm，宽28mm。根据本发明的实施例，第一通孔直径为0.6-1.0mm，优选0.8mm。由此，平均每个分析单元仅需1-2μl的水凝胶-培养基细胞悬液即可进行凝胶收缩分析。根据本发明的实施例，所述突起的长度小于所述第一通孔直径。由此，为水凝胶提供物理支撑并且引导水凝胶收缩方向，便于进行图像分析。根据本发明的一些具体示例，所述突起的长度为0.2mm。由此，水凝胶在收缩后不会从第一通孔中掉落，并且将被引导向突起部分收缩，从而位置将固定于突起上，便于后续的面积分析处理。
储液板，所述储液板上形成有多个第二通孔，所述第二通孔中限定出储液空间，根据本发明的实施例，所述储液板为厚度为0.8-1.2mm的有机玻璃板，优选厚度为1mm。根据本发明的实施例，所述第二通孔的直径为2-4mm，优选3mm。
其中，所述多个第一通孔与所述多个第二通孔一一对应。
利用该反应装置可以实现微小化的凝胶收缩实验，降低成本。根据本发明的实施例，将该装置与自动化图像处理系统结合，可以实现操作分析的自动化。
根据本发明的实施例，所述第一通孔和第二通孔均为阵列式排布。由此，便于高通量筛选。
根据本发明的实施例，所述第一通孔和所述第二通孔每一个的通孔间距分别独立地与标准384孔板相同。由此，便于与常规对生物检测仪器匹配，有利于高通量的生物检测。
根据本发明的实施例，所述细胞载板和所述储液板的通孔阵列设置均为：6列X 16行。由此，便于细胞载板和储液板相匹配，以使第一通孔和第二通孔一一对应，进一步地，使生物反应装置与常规的细胞培养板相对应，有利于与生物检测仪器匹配。
根据本发明的实施例，所述生物反应装置的两个侧边分别设置有突出部。
需要说明的是，本申请中，生物反应装置的两个侧边指的是生物反应器的宽边端部，该突出用于与检测支架匹配，便于分析检测。
根据本发明的又一方面，本发明还提供了一种生物反应系统。该系统包括：前述的生物反应装置；以及保湿培养装置，其中，所述生物反应装置设置在所述保湿培养装置中，并且所述保湿培养装置用于保持所述生物反应装置的湿度。
利用该系统可以进行微量的细胞培养和微小化的凝胶收缩实验，并且为微量细胞培养提供适宜的湿度环境，更适于细胞生长，避免液体蒸发对生物反应装置产生的影响。
根据本发明的实施例，如图3所示，保湿培养装置包括：壳体，所述壳体内限定出保湿空间；基座，所述基座设置在所述保湿空间的底部中并且在所述基座上形成有第一支撑部、第二支撑部和水槽；隔板，所述隔板设置在所述保湿空间中，并且设置在所述基座的上方，其中，所述第二支撑部用于支撑所述隔板，所述第一支撑部用于支撑所述生物反应装置，所述第二支撑部的高度高于所述第一支撑部，以及所述生物反应装置设置在所述基座和所述隔板之间，并且与所述基座和所述隔板均无相互接触。
其中，需要说明的是，所述保湿培养装置用于保持所述生物反应装置的湿度，将生物反应装置置于保湿培养装置后，仍需放入适宜温度和CO2浓度等条件下的细胞培养箱中进行培养。并且，所述基座是可叠加的，可以根据需要，将多个基座叠加，以便放入更多的生物反应装置，节省细胞培养空间。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种前述生物反应装置或者前述生物反应系统培养细胞方法。根据本发明实施例，用该方法进行细胞培养包括：将凝胶预聚物与细胞混合，以便获得细胞悬液；将所述细胞悬液加至所述第一通孔内，以便在所述第一通孔中形成水凝胶单元；以及将生物反应装置置于适于细胞生长的条件下。
根据本发明的实施例，将所述生物反应装置置于前述保湿培养装置中进行培养。
根据本发明的实施例，用该方法培养的细胞进行药物筛选包括：通过前述方法对细胞进行培养，在将生物反应装置置于适于细胞生长的条件下之前或者过程中，在所述储液板中加入添加剂。在本申请中，“添加剂”的含义应做广义理解，可以是待筛选的药物，也可以是药物筛选过程中，实验所需的各种反应试剂。由此，药物与细胞充分作用，有利于药物筛选的进行。
利用该细胞培养或药物筛选的方法，可以实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低；根据本发明实施例，本方法与自动化图像处理系统相结合，可以实现操作分析的自动化，为新药开发提供了一个全新的药物功能评价平台，显著降低了基于表型的药物筛选的成本，加快了新药开发的进程。
根据本发明的实施例，所述生物反应装置被预先使用伽马射线或者紫外线灭菌。由此，防止细胞培养或药物筛选过程中细胞被污染。
根据本发明的实施例，所述凝胶预聚物为凝胶和凝胶稀释液的混合物。其中需要说明的是，所述凝胶稀释液的种类不受特别的限制，只要能够与相应的凝胶分子混溶，使凝胶均匀稀释至指定浓度并支持细胞存活即可，例如：适于细胞生长的培养基，pH适中的缓冲液等。
根据本发明的实施例，所述凝胶预聚物中，凝胶与凝胶稀释液的体积比为1:3～1：7，并且所述凝胶预聚物的pH为4-10。由此，形成的凝胶预聚物适于细胞生长。
根据本发明的实施例，所述细胞被预先利用胰蛋白酶消化。由此，收集用于细胞培养或药物筛选所需的细胞。
根据本发明的实施例，所述细胞悬液的细胞浓度为1×105至5×107个细胞/ml。由此，该细胞浓度适于细胞的增殖，并且细胞收缩程度适当，利于分析。
根据本发明的实施例，所述水凝胶单元的上下表面悬空。由此，可以最大程度减小外力对凝胶-细胞系统的干扰。
根据本发明的实施例，所述水凝胶单元的面积和体积可被细胞改变。
根据本发明的实施例，所述凝胶包含天然高分子材料和人工合成高分子材料的至少之一，其中，
所述天然生物材料选自明胶、明胶衍生物、藻酸盐、藻酸盐衍生物、琼脂、基质胶、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、层连接蛋白和纤维连接蛋白的至少之一；
所述人工合成高分子材料选自聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氧化乙烯的至少之一。
根据本发明的实施例，所述水凝胶单元的直径为20μm-5mm。由此，可通过改变水凝胶单元的直径以适应不同的水凝胶种类进行分析。
根据本发明的再一方面，本发明提供了前述生物反应装置或者前述生物反应系统在细胞培养中的用途。
利用该生物反应装置进行细胞培养，可以实现细胞的三维培养，更好的模拟体内细胞的生长环境，并且操作简单，实验成本低。
根据本发明的又一方面，本发明提供了前述生物反应装置或者前述生物反应系统在药物筛选中的用途。
利用该生物反应装置进行药物筛选，可以实现微小化的凝胶收缩实验，实验成本低；并且本方法能与与自动化图像处理系统相结合，实现操作分析的自动化，为新药开发提供了一个全新的药物功能评价平台，显著降低了基于表型的药物筛选的成本，加快了新药开发的进程。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
生物反应装置的制备过程如下：
1：细胞载板的制备方法：使用厚度为0.5mm的PMMA板(有机玻璃板)，使用Rayjet激光雕刻机进行激光雕刻。激光雕刻时，参照图1A细胞载板设计图纸进行激光雕刻，依次雕刻线条1和线条2绘制的图形，雕刻技术参数如表1所示。雕刻后即得到细胞载板。雕刻完成后，细胞载板的长为76mm，宽为28mm。其上含有6列X 16行，共96个通孔，每个孔中含有一个长度为0.2mm的突起，每个通孔直径为0.8mm，孔与孔间距与标准384孔板相同，为4.5mm。制作完成的细胞载板如图2所示，定义有字面为正面。
表1 细胞载板的激光雕刻参数
线条 激光模式 能量％ 速度％
线条1 雕刻 35 20
线条2 切割 50 2
2、储液板的制备方法：使用厚度为1mm的PMMA板，按照图1B的储液板设计图纸，使用Rayjet激光雕刻机进行激光雕刻，依次雕刻线条1和线条2绘制的图形，雕刻技术参数如表2所示。雕刻前贴上双面胶。雕刻后即得到细胞载板。雕刻完成后，细胞载板上含有6列X16行，共96个通孔，并且每个通孔与细胞载板一一对应。每个通孔直径约3mm孔与孔间距与标准384孔板相同，为4.5mm。制作完成的储液板如图2所示，定义有字面为正面，其中雕刻出的黑色三角区域是为了便于辨识不同列号，以免在加入添加剂时发生错乱。
表2 储液板的激光雕刻参数
线条 激光模式 能量％ 速度％
线条1 雕刻 35 20
线条2 切割 60 2
3、细胞载板和储液板的装配：靠双面胶粘合细胞载板和储液板,以构成生物反应装置时。装配完成后，细胞载板和储液板的孔能一一对应地粘和上。生物反应装置上下两端带有与检测支架匹配的突出。当将该生物反应装置放置在检测支架上时，可以按照384孔板的模式读取其上每个孔内液体的光吸收或者荧光强度。
实施例2
将实施例1制备的生物反应装置进行氧等离子体(plasma)亲水处理。使用氧等离子体清洁仪(plasma cleaner，PDC-32G)，RF为最高档位。预先用真空泵抽气1分钟后，plasma处理1分钟。使用紫外线照射40分钟以上。灭菌完毕后，将待培养的小鼠心脏成纤维细胞使用胰酶消化得到细胞团块。同时，取适量DMEM培养基(Dulbecco’s Modification ofEagle’sMedium 1X MOD.,WISENT INC.,LOT.NO.319005058)，加入体积为培养基体积的0.0040的1mol/L的NaOH溶液混匀，冰上预冷2分钟以上后，再加入体积为培养基体积的0.173的胶原贮存液(Collagen Type I Rat Tail High Concentration,11.59mg/ml,BDBiosciences,LOTNO.42095)，并混匀。使用胶原混合液将细胞团块稀释成细胞浓度为4X106个/ml的细胞悬液，并放置于冰上。用移液器吸取100μl重悬的细胞悬液，加至生物反应装置的细胞载板的正面，用干净无菌的三角形涂布棒将细胞悬液均匀刮涂至整个细胞载板上。获得在第一通孔中形成水凝胶单元的生物反应装置。将生物反应装置放置在加好水的湿盒中，37℃条件下进行培养。
实施例3
应用该生物反应装置筛选检测药物对细胞活力对影响、细胞对药物的剂量反应，以及药物的半数抑制浓度。
1、药物对细胞活力影响的检测
利用实施例2的方法获得的装载水凝胶单元的生物反应装置，在细胞悬液刮涂完成40-60分钟后，待生物反应装置中水凝胶单元成胶固化。将溶于DMSO(Solarbio,LOTNO.616C024)的辛伐他汀(Simvastatin，天津希恩思生化科技有限公司)使用DMEM培养基(Dulbecco’s Modification of Eagle’s Medium 1X MOD.,WISENT INC.,LOT.NO.319005058)稀释成一定的浓度梯度，滴加在储液板的第二通孔内，每孔8μl。同时留取数个第二通孔加入含0.05％DMSO的培养基。以做为无药物对照。
37℃培养约30个小时后，取出生物反应装置。用吸力泵吸去药物，加入用培养基稀释的检测试剂阿尔马兰溶液(Alamar-blue,Cell Titer Blue,Promega,G8081)，稀释比例为培养基：阿尔马兰＝5:1。37℃反应1小时之后，将生物反应装置放置于检测支架上，使用酶标仪读取检测试剂的响应指标(激发光波长560nm，发射光波长590nm)。本例中响应指标为阿尔马兰溶液的荧光强度。本实施例荧光检测结果如表3所示，其中，无细胞对照组为不含细胞的凝胶单元，并且未加药物，作为荧光检测背景对照。
表3 本实施例的荧光检测结果
无细胞对照 701.38 711.134 693.001 681.813
辛伐他汀浓度(μM/L)
0 1851.09 1100.407 1112.14 1761.087
3.0 1855.205 1473.871 1271.032 1600.694
9.1 1687.502 1489.74 1331.342 1568.646
27.4 1847.492 1336.6 1365.267 1652.602
82.3 1395.121 1384.708 1430.807 1550.749
246.9 1613.881 1590.284 1580.506 1606.116
740.7 745.546 1179.833 1348.106 1433.411
2222.2 718.918 686.432 695.561 700.61
6666.7 727.26 706.489 707.606 701.351
20000.0 771.392 791.382 768.614 763.536
2、细胞对药物的剂量反应
在检测完细胞活力后，将生物反应装置缓缓浸入去离子水中2秒，洗去培养基和细胞活力检测试剂。再缓缓浸入2.5％的戊二醛溶液中，固定15分钟后，再次缓缓浸入去离子水中2秒，洗去戊二醛溶液，缓缓浸入加入5％醋酸，浓度为0.02％的丽春红S溶液(丽春红S，国药集团化学试剂有限公司，批号F20090714)中2分钟染色。以去离子水洗去浮色后，对整个生物反应装置拍照，记录胶原色块的显色情况，胶原色块的面积大小情况可以反应胶原的收缩情况，结果如图4所示。
将拍照获得的图片进行分析后，读出每个胶原色块所占的像素点个数。并对数据做如下分析：
按下列公式计算胶原色块的绝对收缩和相对收缩：
绝对收缩＝细胞载板上通孔像素点数–胶原色块像素点数
某一药物浓度下的相对收缩＝该药物浓度下的绝对收缩值/无药物的绝对收缩值
以相对收缩值为纵坐标，药物浓度的对数值为横坐标，绘制药物剂量-反应曲线，拟合后，定义相对收缩值为0.5时的药物浓度为该药物对该细胞的半数收缩抑制浓度(ICC50，half maximal inhibitory concentration of contraction)，以反应该药物抑制细胞收缩能力的强弱。该值越小，说明该药物对细胞收缩能力的抑制效果越强。通过胶原收缩情况测定的辛伐他汀对小鼠心脏成纤维细胞的剂量-反应曲线如图5所示，由上述曲线测得辛伐他汀对小鼠心脏成纤维细胞对半数收缩抑制浓度为178.3μM/L。
3、药物的半数抑制浓度的检测
将无细胞对照的第二通孔中的荧光值(荧光值详见表3)取平均数，得到检测试剂的背景本底值。将每个加药或未加药的第二通孔中的荧光值(荧光值详见表3)减去背景本底值，得到相对荧光值。将每个加药的第二通孔的相对荧光值除以未加药的第二通孔中的相对荧光值，得到相对活力。以相对活力为纵坐标，药物浓度的对数值为横坐标，绘制药物剂量-反应曲线，拟合后，定义相对活力为0.5时的药物浓度为该药物对该细胞的半数活力抑制浓度。药物的半数活力抑制浓度反映药物对细胞的毒性。该值越小，说明该药物对细胞代谢的毒性越强。通过阿拉马兰测定的辛伐他汀对小鼠心脏成纤维细胞的剂量-反应曲线如图6所示。
通过这两种不同的方式测得的小鼠心脏成纤维细胞的剂量-反应曲线可以在同一个生物反应装置上进行，并可以对这两个值进行分析比较。在本实施例中，反应药物抑制细胞收缩能力的半数收缩抑制浓度为178.3微摩尔每升，反应细胞毒性的半数活力抑制浓度为765.9微摩尔每升，从结果可以看出，半数收缩抑制浓度明显小于半数活力抑制浓度，说明该药物能在产生明显细胞毒作用之前已发挥出了明显的抑制细胞的收缩能力，具有很大潜在的抑制心肌纤维化的功能。这与辛伐他汀的确有抑制心肌纤维化的药理作用相符，说明该系统具有筛选抑制纤维化药物的巨大潜在用途。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (23)

1.一种用于细胞水凝胶培养的生物反应装置，包含：
细胞载板，所述细胞载板上形成有多个第一通孔，所述第一通孔中限定出细胞培养空间，并含有突起，所述突起位于所述第一通孔的侧壁上，其中，所述突起的长度小于所述第一通孔直径；以及
储液板，所述储液板上形成有多个第二通孔，所述第二通孔中限定出储液空间，
其中，所述多个第一通孔与所述多个第二通孔一一对应，
所述第一通孔和所述第二通孔均为阵列式排布。
2.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述细胞载板为厚度为0.3-0.7mm的有机玻璃板，所述储液板为厚度为0.8-1.2mm的有机玻璃板。
3.根据权利要求2所述的生物反应装置，其特征在于，所述细胞载板为厚度为0.5mm的有机玻璃板，所述储液板为厚度为1mm的有机玻璃板。
4.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔每一个的通孔间距分别独立地与标准384孔板相同。
5.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述细胞载板和所述储液板的通孔阵列设置均为：6列X 16行。
6.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述第一通孔直径为0.6-1.0mm。
7.根据权利要求6所述的生物反应装置，其特征在于，所述第一通孔直径为0.8mm。
8.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述突起的长度为0.2mm。
9.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述第二通孔的直径为2-4mm。
10.根据权利要求9所述的生物反应装置，其特征在于，所述第二通孔的直径为3mm。
11.根据权利要求1所述的生物反应装置，其特征在于，所述生物反应装置的两个侧边分别设置有突出部。
12.一种生物反应系统，其特征在于，包括：
权利要求1～11任一项所述的生物反应装置；以及
保湿培养装置，
其中，所述生物反应装置设置在所述保湿培养装置中，并且所述保湿培养装置用于保持所述生物反应装置的湿度。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述保湿培养装置包括：
壳体，所述壳体内限定出保湿空间；
基座，所述基座设置在所述保湿空间的底部中并且在所述基座上形成有第一支撑部、第二支撑部和水槽；
隔板，所述隔板设置在所述保湿空间中，并且设置在所述基座的上方，
其中，
所述第二支撑部用于支撑所述隔板，
所述第一支撑部用于支撑所述生物反应装置，
所述第二支撑部的高度高于所述第一支撑部，以及
所述生物反应装置设置在所述基座和所述隔板之间，并且与所述基座和所述隔板均无相互接触。
14.利用权利要求1-11任一项生物反应装置、权利要求12或13所述的生物反应系统培养细胞的方法，包括：
将凝胶预聚物与细胞混合，以便获得细胞悬液；
将所述细胞悬液加至所述第一通孔内，以便在所述第一通孔中形成水凝胶单元；以及
将生物反应装置置于适于细胞生长的条件下。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述生物反应装置置于保湿培养装置中进行培养。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
所述生物反应装置被预先使用伽马射线或者紫外线灭菌；所述凝胶预聚物为凝胶和凝胶稀释液的混合物；
在将生物反应装置置于适于细胞生长的条件下之前或者过程中，在所述储液板中加入添加剂。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述细胞悬液的细胞浓度为1×105至5×107个细胞/ml。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述水凝胶单元的上下表面悬空。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述水凝胶单元的面积和体积均可被细胞改变。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述凝胶包含天然高分子材料和人工合成高分子材料的至少之一，
其中，
所述天然高分子材料选自明胶、明胶衍生物、藻酸盐、藻酸盐衍生物、琼脂、基质胶、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、层连接蛋白和纤维连接蛋白的至少之一；
所述人工合成高分子材料选自聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氧化乙烯的至少之一。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述水凝胶单元的直径为20μm-5mm。
22.权利要求1-11任一项所述生物反应装置、权利要求12或13所述的生物反应系统在细胞培养中的用途。
23.权利要求1-11任一项所述生物反应装置、权利要求12或13所述的生物反应系统在药物筛选中的用途。
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