CN107012092A - 一种生物反应器及其骨细胞培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物反应器及其骨细胞培养方法，包括：箱体，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间；固定设置在箱体内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件；固定设置在箱体的外壁上、且旋转轴与旋转组件连接的电机；设置在箱体内壁底部上的条状排料槽；设置在箱体外壁上并与条状排料槽连通的排料口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的进气口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的排气口。本发明中的接种在培养基溶液中的原始骨细胞逐渐分裂生长并逐渐渗透到骨组织的骨架微孔中，随后新生长的骨细胞逐渐固定在骨组织的骨架微孔中，新生长的骨细胞与原始骨组织逐渐融为一体，并共同组成新的骨组织。
Description
技术领域
本发明涉及生命细胞培养领域，尤其涉及的是可模拟生命体内环境的用于培养骨组织的生物反应器。
背景技术
近年以来，随着人们的生活水平的提高以及生活质量的提升，很多遭受伤病折磨的人们急切需要得到器官的移植，使身体得到恢复。而然而目前通过器官移植对患者进行治疗面临着严重的器官短缺的问题，器官的数量远远不能满足实际需求，并且价格高昂，许多普通家庭无法承受移植器官高昂的价格而使患者导致终身残疾，不仅患者生活受到影响，甚至还会导致心理上的疾病。而接收器官移植的患者由于生物学的排斥反应，需要服用许多药物有可能危害其健康，因而传统器官移植存在着明显弊端。
而21世纪生命科学的飞速发展为器官的生物学培育带来了可能，目前已经有许多器官通过生物学培育从实验室走到实际应用当中，给有相关需求的患者带来了福音。目前的技术上应用最多的是皮肤的生物学培育，传统的皮肤生物学培育的方法中，往往只能注重表面积的扩张，将患者体内的细胞接种到培养皿中，设定合适的温度并提供相应的营养物质，利用培养皿的二维结构进行表面积的扩张培养，得到大面积的皮肤组织，再进行移植。
虽然目前的生物学培育有很多优点，例如培育成本低、培育速度快、不存在生物学排斥反应，但目前的生物学培养装置无法进行三维立体培养。
因此现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物反应器及其骨细胞培养方法，旨在解决现有技术中无法进行三维立体培养的缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种生物反应器，包括：
箱体，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间；
固定设置在所述箱体内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件；
固定设置在所述箱体的外壁上、且旋转轴与旋转组件连接的电机；
设置在所述箱体内壁底部上的条状排料槽；
设置在所述箱体外壁上并与条状排料槽连通的排料口；
设置在所述箱体的外壁上、并与容纳空间连通的进气口；
设置在所述箱体的外壁上、并与容纳空间连通的排气口。
所述生物反应器，其中，所述旋转组件为沿轴向贯穿箱体、并固定在箱体内的360°细胞培养转动轴。
所述生物反应器，其中，还包括设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的PH检测管口。
所述生物反应器，其中，所述箱体外壁的底部上设置有垂直于箱体底部的电机放置平台，所述电机通过封合固定板螺接固定在所述电机放置平台上。
所述生物反应器，其中，所述箱体的内壁的远电机端设置有培养转动轴放置平台，所述360°细胞培养转动轴的一端与电机的转动轴连接，所述360°细胞培养转动轴的另一端由所述培养转动轴放置平台支撑。
所述生物反应器，其中，所述排料口、进气口及PH检测管口设置在箱体的同一侧外壁上，且排料口、进气口及PH检测管口从下到上依次设置。
所述生物反应器，其中，所述出气口设置在箱体的进气口所在一侧正对的另一侧外壁上，且出气口距离箱体底部的高度大于进气口距离箱体底部的高度。
所述生物反应器，其中，所述旋转组件具体包括固定在箱体内壁的近电机端、并与电机的转动轴连接的第一夹爪，及固定在箱体内壁的远电机端的第二夹爪，待培养的骨组织一端由第一夹爪固定，待培养的骨组织另一端由第二夹爪固定。
一种生物反应器的骨细胞培养方法，其中，所述方法包括以下步骤;
S1、将待培养的骨组织固定于旋转组件上，在箱体的容纳空间中加入成分为+HIF-1a的培养液，并将箱体内的温度设置为36.5~37.5℃；
S2、向箱体内通入包括氧气、二氧化碳和氮气的混合气体，并将旋转组件的转速设置为25~35r/min，培养1天以上，得到骨细胞。
所述生物反应器的骨细胞培养方法还包括，其中，所述混合气体包括40%的氧气、6%的二氧化碳及54%的氮气。
本发明公开了一种生物反应器及其骨细胞培养方法，包括：箱体，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间；固定设置在箱体内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件；固定设置在箱体的外壁上、且旋转轴与旋转组件连接的电机；设置在箱体内壁底部上的条状排料槽；设置在箱体外壁上并与条状排料槽连通的排料口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的进气口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的排气口。本发明中的接种在培养基溶液中的原始骨细胞逐渐分裂生长并逐渐渗透到骨组织的骨架微孔中，随后新生长的骨细胞逐渐固定在骨组织的骨架微孔中，新生长的骨细胞与原始骨组织逐渐融为一体，并共同组成新的骨组织。
附图说明
图1为本发明所述生物反应器较佳实施例的正面结构示意图。
图2为本发明所述生物反应器较佳实施例的剖面图。
图3为本发明所述生物反应器较佳实施例的侧面结构示意图。
图4为本发明骨细胞培养方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种生物反应器及其骨细胞培养方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1-图3，其中图1为本发明所述生物反应器较佳实施例的正面结构示意图；图2为本发明所述生物反应器较佳实施例的剖面图；图3为本发明所述生物反应器较佳实施例的侧面结构示意图。如图1-图3所示的生物反应器，包括：
箱体100，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间101；
固定设置在箱体100内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件200；
固定设置在箱体100的外壁上、且旋转轴与旋转组件200连接的电机300；
设置在所述箱体100内壁底部上的条状排料槽400；
设置在所述箱体100外壁上并与条状排料槽连通的排料口500；
设置在箱体100的外壁上、并与容纳空间连通的进气口610；
设置在箱体100的外壁上、并与容纳空间连通的排气口620。
本发明的实施例中，打开箱体100顶部的顶盖102，在固定好待培养的骨组织（该骨组织可通过3D打印机打印出来）以后，通过电机300的工作，带动旋转组件200进行转动，通过旋转作用，待培养的骨组织中的骨架与培养基溶液充分接触，接种在培养基溶液中的原始骨细胞不断与待培养的骨组织中的骨架进行接触并吸附在骨组织的骨架表面，在进行培育期间所产生的废弃残渣、死亡的骨细胞可以通过条状排料槽400进行收集，并通过设置在所述箱体100外壁上并与条状排料槽连通的排料口500进行排出，通过进气口610输入培养所需的混合气体，并通过排气口620将废弃的气体排出。通过不断的培育，接种在培养基溶液中的原始骨细胞逐渐分裂生长并逐渐渗透到骨组织的骨架微孔中，随后新生长的骨细胞逐渐固定在骨组织的骨架微孔中，新生长的骨细胞与原始骨组织逐渐融为一体，并共同组成新的、有生命力的骨组织。
本发明的一个优选实施例中，所述旋转组件200采用沿轴向贯穿箱体100、并固定在箱体100内的360°细胞培养转动轴。旋转组件200的作用是通过其构件对待培养的骨组织进行固定，避免其脱落。在固定好待培养的骨组织以后，通过电机300的工作，带动360°细胞培养转动轴进行转动，待培养的骨组织通过旋转作用使待培养的骨组织中的骨架与培养基溶液充分接触。并且通过360°细胞培养转动轴带动代培养的骨组织的转动，并进一步带动并搅拌培养基溶液，使培养基溶液中的各组分充分接触、充分混匀，有利于培养过程的进行。而且本发明所述的生物反应器模仿人体内的动态及温度以及液体流速的环境，实现了还包括转动这一维度的三维立体培养，使得培养出来的骨组织更接近于人体原始的骨骼。
优选的，所述生物反应器还包括设置在箱体100的外壁上、并与容纳空间101连通的PH检测管口700。由于人体内部的环境是呈弱碱性的，机体的PH值应维持在7.3～7.4之间，因此通过PH检测管口700外接一个PH检测装置，可对生物反应器的内部环境进行实时PH监测，随着生物反应器中的培养过程的进行，在监测到生物反应器的内部PH偏离正常值时，可通过进气口610将PH值调节剂输送进入生物反应器内对培养基溶液的PH值进行调节。
优选的，所述箱体100外壁的底部上设置有垂直于箱体100底部的电机放置平台310，所述电机300通过封合固定板螺接固定在所述电机放置平台310上。由于转动齿轮轴与箱体100底部有一定的距离，为了保证电机300旋转的工作质量，使电机300在工作的过程中不发生偏移、抖动，稳定地带动转动齿轮轴旋转，因此将电机300通过封合固定板螺接固定在所述电机放置平台310上。电机300带动转动齿轮轴旋转，转动齿轮轴再带动旋转组件200旋转，达到培养骨组织所需的旋转、搅拌的目的。
优选的，所述箱体100的内壁的远电机300端设置有培养转动轴放置平台210，所述360°细胞培养转动轴的一端与电机300的转动轴连接，所述360°细胞培养转动轴的另一端由所述培养转动轴放置平台210支撑。培养转动轴放置平台210的高度与转动齿轮轴高度相适应，通过转动齿轮轴与转动轴放置平台210的支撑，使旋转组件200处于水平位置。通过设置转动轴放置平台210，可以使旋转组件200处于水平位置，并能够稳固地沿着旋转组件200的长轴方向进行旋转。
优选的，所述排料口500、进气口610及PH检测管口700设置在箱体的同一侧外壁上，且排料口500、进气口610及PH检测管口700从下到上依次设置。在进行培育期间所产生的废弃残渣、死亡的骨细胞可以通过条状排料槽400进行收集，并通过设置在所述箱体100外壁上并与条状排料槽连通的排料口500进行排出，通过进气口610输入培养所需的混合气体。
优选的，所述出气口设置在箱体100的进气口610所在一侧正对的另一侧外壁上，且出气口620距离箱体100底部的高度大于进气口610距离箱体底部的高度。通过设置进气口610输入培养所需的混合气体，并通过排气口620将废弃的气体排出。由于出气口设置在箱体100的进气口610所在一侧正对的另一侧外壁上，且出气口620距离箱体100底部的高度大于进气口610距离箱体底部的高度，气体会从进气口610的一侧流动到出气口620一侧横穿整个箱体100，并且由于进气口610与出气口620的设置存在一定落差，气体被迫从低处流向高处，气体流动期间将扰动流通路径附近的培养基溶液，通过气体的不断流动，可以带动生物反应器内部的溶液不断流动，使培养基溶液中的各组分充分接触、充分混匀，有利于培养过程的进行。此外，由于培养过程对培养基溶液中的营养物质的不断消耗，因此需要在合适的时间对培养基溶液中缺失的营养物质进行补充，因此，进气口610不仅需要对生物反应器输入空气，还需要通过进气口610补充液体营养物来补充培养基溶液中的营养物质。
优选的，所述旋转组件200具体包括固定在箱体内壁的近电机端、并与电机的转动轴连接的第一夹爪，及固定在箱体内壁的远电机端的第二夹爪，待培养的骨组织一端由第一夹爪固定，待培养的骨组织另一端由第二夹爪固定。此装置作为本发明优选的第二实施例，第一夹爪与第二夹爪组合所实现的功能与第一实施例中的360°细胞培养转动轴相同，均是用来对待培养的骨组织进行固定，避免其脱落，进而带动待培养的骨组织在培养基溶液中进行旋转。
此外，还可以根据需要，在箱体100的侧面设置温度计、温度调节装置、温度控制装置，来测量培养过程中反应器内培养基溶液的实时温度，并根据需要进行温度的补偿调整，可预先在温度控制装置中设定目标温度范围，并通过温度控制装置发出调节指令控制温度调节装置对反应器内的温度进行调节。温度计通过与容纳空间101连通的温度计管口来对生物反应器内的温度进行测量。
基于上述生物反应器的具体实施例，本发明还包括一种生物反应器的骨细胞培养方法，图4为本发明骨细胞培养方法的较佳实施例的流程图，所述一种生物反应器的骨细胞培养方法具体包括以下步骤：
步骤S1、将待培养的骨组织固定于旋转组件上，在箱体的容纳空间中加入成分为+HIF-1a的培养液，并将箱体内的温度设置为36.5~37.5℃；
步骤S2、向箱体内通入包括氧气、二氧化碳和氮气的混合气体，并将旋转组件的转速设置为25~35r/min，培养1天以上，得到骨细胞。其中，优选的培养时间为1-7天。
本发明的实施例中，待培养的骨组织在箱体内至少培养1天，根据骨细胞后续应用的不同需要来确定更具体的培养时间。
优选的，生物反应器的骨细胞培养方法具体包括，所述混合气体包括40%的氧气、6%的二氧化碳及54%的氮气。
综上所述，本发明公开了一种生物反应器及其骨细胞培养方法，包括：箱体，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间；固定设置在箱体内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件；固定设置在箱体的外壁上、且旋转轴与旋转组件连接的电机；设置在箱体内壁底部上的条状排料槽；设置在箱体外壁上并与条状排料槽连通的排料口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的进气口；设置在箱体的外壁上、并与容纳空间连通的排气口。本发明中的接种在培养基溶液中的原始骨细胞逐渐分裂生长并逐渐渗透到骨组织的骨架微孔中，随后新生长的骨细胞逐渐固定在骨组织的骨架微孔中，新生长的骨细胞与原始骨组织逐渐融为一体，并共同组成新的骨组织。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物反应器，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体内部为空心的、用于容纳培养液的容纳空间；
固定设置在所述箱体内、用于带动待培养的骨组织轴向旋转的旋转组件；
固定设置在所述箱体的外壁上、且旋转轴与旋转组件连接的电机；
设置在所述箱体内壁底部上的条状排料槽；
设置在所述箱体外壁上并与条状排料槽连通的排料口；
设置在所述箱体的外壁上、并与容纳空间连通的进气口；
设置在所述箱体的外壁上、并与容纳空间连通的排气口。
2.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于，所述旋转组件为沿轴向贯穿箱体、并固定在箱体内的360°细胞培养转动轴。
3.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于，还包括设置在所述箱体的外壁上、并与容纳空间连通的PH检测管口。
4.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于，所述箱体外壁的底部上设置有垂直于箱体底部的电机放置平台，所述电机通过封合固定板螺接固定在所述电机放置平台上。
5.根据权利要求2所述生物反应器，其特征在于，所述箱体的内壁的远电机端设置有培养转动轴放置平台，所述360°细胞培养转动轴的一端与电机的转动轴连接，所述360°细胞培养转动轴的另一端由所述培养转动轴放置平台支撑。
6.根据权利要求3所述生物反应器，其特征在于，所述排料口、进气口及PH检测管口设置在箱体的同一侧外壁上，且排料口、进气口及PH检测管口从下到上依次设置。
7.根据权利要求6所述生物反应器，其特征在于，所述出气口设置在箱体的进气口所在一侧正对的另一侧外壁上，且出气口距离箱体底部的高度大于进气口距离箱体底部的高度。
8.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于，所述旋转组件具体包括固定在箱体内壁的近电机端、并与电机的转动轴连接的第一夹爪，及固定在箱体内壁的远电机端的第二夹爪，待培养的骨组织一端由第一夹爪固定，待培养的骨组织另一端由第二夹爪固定。
9.一种生物反应器的骨细胞培养方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤;
S1、将待培养的骨组织固定于旋转组件上，在箱体的容纳空间中加入成分为+HIF-1a的培养液，并将箱体内的温度设置为36.5~37.5℃；
S2、向箱体内通入包括氧气、二氧化碳和氮气的混合气体，并将旋转组件的转速设置为25~35r/min，培养1-7天，得到骨细胞。
10.根据权利要求9所述生物反应器的骨细胞培养方法，其特征在于，所述混合气体包括40%的氧气、6%的二氧化碳及54%的氮气。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010043918A1 (en) * | 2000-05-05 | 2001-11-22 | Masini Michael A. | In vitro mechanical loading of musculoskeletal tissues |
| US20060223175A1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-05 | National Tsing Hua University | Bioreactor for cultivating tissue cells |
| CN101837152A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-09-22 | 南方医科大学珠江医院 | 辐射式流向生物反应器控制系统和方法 |
| CN101914438A (zh) * | 2010-08-12 | 2010-12-15 | 中山大学 | 一种低强度脉冲超声波辅助下的旋转管式细胞/组织培养系统 |
| CN205275479U (zh) * | 2015-12-23 | 2016-06-01 | 北京中源创能工程技术有限公司 | 有机固体废物堆肥发酵仓及堆肥反应器 |
-
2017
- 2017-04-26 CN CN201710283673.6A patent/CN107012092A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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