CN108384719B - 细胞共培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了细胞共培养装置，属于细胞培养技术领域，细胞共培养装置包括细胞共培养单元，所述细胞共培养单元具有至少两个层叠设置的培养皿，相邻的两个培养皿之间设有连通两者内腔的内流通通道或内渗流通道，其中至少一个培养皿上连接有供营养液流动的外流通管路，外流通管路上设有驱动各个培养皿中的营养液流动的泵送装置。将细胞共培养单元连接在管路上，通过泵送装置的泵送使营养液在细胞共培养单元内流动模拟机体血管的流动，从而模拟真实的机体内环境，解决了现有技术中的细胞共培养装置不能真实模拟机体内环境的问题。

Description

细胞共培养装置
技术领域
本发明涉及细胞共培养装置。
背景技术
目前体外毒理和药理学实验中对采用传统的单层面细胞培养，该培养方式不能够真实地模拟细胞所处的体内微环境，在研究外源物质对机体影响时可能造成一定的偏差。为了更好地建立类似于体内环境的培养体系，20世纪80年代后期，研究者在原有的二维单层细胞培养的基础上发展出了细胞共培养技术。
细胞共培养技术是将两种或两种以上的细胞共同培养于统一环境中的技术，对比单细胞单层培养而言，具有更好地反应体内环境的优点。目前，现有的共培养方式有直接接触共培养和间接接触共培养两种，直接接触共培养虽然可以解决多种细胞共培养的状态，但是针对不同组织来源的细胞混在一起培养，不能独立的区分，不同细胞在生长过程中相互接触互相影响，使混在一起的细胞的各自功能的表达或者引起各种细胞的性状发生改变，对于后期在研究细胞的相互影响及各自效应时，常无法辨别或失去真实反应；目前使用的间接接触共培养通常涉及两种细胞，最多三种细胞，虽然可以对细胞之间进行良好的区分，但是由于受到当前共培养装置及技术上的限制，通常仅共培养三种细胞，另外细胞外培养基通常为静止状态，这些都对体外细胞培养尽可能模拟良好的细胞在机体的内在环境产生了一定障碍。
常艳，魏伟在2009年7月发表的名为《细胞共培养及其应用的研究进展》的综述，其中提到了一种Millicell插入式细胞培养皿（又称Transwell小室），在进行细胞共培养时，将Transwell小室放入培养板中，分别在上室和下室中种入细胞A和细胞B，并且上室底部设有能够连通上室和下室的具有通透性的薄膜，使细胞B在其培养液中的成分影响到细胞A，从而研究细胞B分泌或代谢产生的物质对细胞A生长、运动等的影响。但在实际的机体环境内，处于不同组织上的细胞一般都是通过血液来进行物质和信息的传递，因此，此种插入式细胞培养皿对于不同组织的细胞来说脱离实际机体的情况，不能真实的模拟出细胞在机体中的情形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细胞共培养装置，以解决现有技术中的细胞共培养装置不能真实模拟机体内环境的问题。
为实现上述目的，本发明的细胞共培养装置的技术方案是：
细胞共培养装置包括细胞共培养单元，所述细胞共培养单元具有至少两个层叠设置的培养皿，相邻的两个培养皿之间设有连通两者内腔的内流通通道或内渗流通道，其中至少一个培养皿上连接有供营养液流动的外流通管路，外流通管路上设有驱动各个培养皿中的营养液流动的泵送装置。
本发明的有益效果是：将细胞共培养单元连接在管路上，通过泵送装置的泵送使营养液在细胞共培养单元内流动模拟机体血管的流动，从而模拟真实的机体内环境，解决了现有技术中的细胞共培养装置不能真实模拟机体内环境的问题。
所述细胞共培养单元中处于最下层的培养皿上设有与外流通管路连通的入口和出口，便于外流通管路的布置。
所述外流通管路上连通有至少两个所述细胞共培养单元，通过在不同的细胞共培养单元里模拟不同的机体组织器官，以观察不同的机体组织器官间的相互影响。
相邻的细胞共培养单元之间串联设置，更利于各个细胞共培养单元之间的相互影响。
相邻的两个培养皿中处于上层的培养皿的底壁上设有所述内渗流通道，简化结构，使相邻的培养皿之间能够更好的进行物质传递。
相邻的两个层叠设置的培养皿中处于上层的培养皿上设有上挡板，所述上挡板搭接在处于下层的培养皿的口沿处，且上挡板和/或处于下层的培养皿上设有用于使处于下层的培养皿的内腔与外界连通的上透气结构，便于各个培养皿之间的组装。
所述上挡板上设有供移液枪插入以对处于其下层的培养皿添加液体的连接孔，所述连接孔构成所述上透气结构，设置连接孔不仅能够使相邻的培养皿中处于下层的培养皿能够与外部空气进行气体交换，而且可以在营养液液面高度不够时随时通过连接孔添加营养液，还可以通过连接孔向各自对应的培养皿中滴加染毒液、消化液等其他成分，便于实验操作。
处于同一个上挡板上的连接孔设有至少两个且沿周向均匀布置，增加连接孔的数量，避免细胞因供氧不足导致细胞的死亡。
同一细胞共培养单元中处于最上层的培养皿上设有顶盖，处于最下层的培养皿上设有下挡板，所述顶盖搭接在下挡板上，且顶盖和处于最上层的培养皿的口沿处间隔设置，所述顶盖和/或下挡板上还设有连通顶盖内外的透气结构，避免细胞与空气大范围接触污染细胞。
每个培养皿的内侧底壁上均设有帮助细胞贴壁的助贴壁层，帮助细胞更好的贴壁。
附图说明
图1为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的结构示意图；
图2为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的底部培养皿的主视图；
图3为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的底部培养皿的俯视图；
图4为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的中间培养皿的主视图；
图5为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的中间培养皿的俯视图；
图6为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的顶部培养皿的主视图；
图7为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的顶部培养皿的俯视图；
图8为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的顶盖的轴测图；
图9为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的顶盖的主视图；
图10为本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的链接管的轴测图；
图11为本发明的细胞共培养装置的具体实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的细胞共培养装置的具体实施例1，如图1至图10所示，细胞共培养装置包括一个供营养液流动的管路5，管路5上串联有蠕动泵6及两个用于细胞共培养的细胞共培养单元，通过蠕动泵6来驱动营养液在管路5中流动并且不产生阻滞并破坏细胞的作用，营养液在两个共培养单元中流动，不仅可以为细胞提供营养，而且可以带走细胞的新陈代谢产物，也就是说，利用营养液的流动模拟机体的血液的流动，特别是对于不同组织器官的细胞来说，一般在机体内都是通过血液来进行信息传递和物质交换的，因此能够更好的模拟细胞在机体内的微环境。其中，蠕动泵6构成驱动各个培养皿中的营养液流动的泵送装置。
本实施例中，细胞共培养单元包括三个上下间隔布置的培养皿和倒扣在三个培养皿上的顶盖4，其中三个培养皿从上到下分别为顶部培养皿3、中间培养皿2和底部培养皿1，为了减少搭建细胞共培养单元时的难度，因此，三个培养皿之间搭接在一起，且顶部培养皿3、中间培养皿2和底部培养皿1的直径大小依次增大，顶部培养皿3、中间培养皿2和底部培养皿1的侧围上分别设有顶部环形挡板301、中间环形挡板201和底部环形挡板101，其中顶部环形挡板301的下侧面与中间培养皿2的口沿搭接配合，中间环形挡板201的下侧面与底部培养皿1的口沿处搭接配合，底部环形挡板101与顶盖4的口沿搭接配合，并且顶部环形挡板301的外圈直径小于中间环形挡板201的外圈直径，中间环形挡板201的外圈直径小于底部环形挡板101的外圈直径，另外顶盖4的内侧底壁和顶部培养皿3的口沿处之间留有1-2mm的垂直间隔，提高顶部培养皿3的通透性，通过三个培养皿的依次搭接，然后将顶盖4倒扣在底部环形挡板101上，使细胞共培养单元更容易组装，便于实验人员的操作。其中，顶部环形挡板301和中间环形挡板201构成上挡板，底部环形挡板101构成下挡板。
底部培养皿1上设有与管路5连接的入口103和出口104，入口103和出口104上分别与管路5螺纹连接，且两个细胞共培养单元的底部培养皿1之间连接有链接管7，链接管7的材质为透明材料且链接管7具有一定的弹性，使其能够达到密封的效果，链接管7的一端与其中一个细胞共培养单元的底部培养皿1的出口104螺纹连接，链接管7的另一端与另一个细胞共培养单元的底部培养皿1的入口103螺纹连接，且链接管7均能与两个底部培养皿1之间实现密封配合，避免外界空气污染营养液。底部培养皿1、中间培养皿2和顶部培养皿3的内侧底壁上均涂覆有帮助细胞贴壁的助贴壁层102，本实施例中选用多聚赖氨酸材料涂覆在底部培养皿1的内侧底壁上来帮助细胞贴壁，且底部培养皿1的外侧底壁下方设有支撑底部培养皿1的支撑结构，使底部培养皿1放置在工作台上进行操作时，底部培养皿1的入口和出口与工作台之间保持间隔，便于链接管7和底部培养皿1的入口及出口的对接，便于操作。当然，在其他实施例中，也可使底部培养皿1的入口和出口高于底部培养皿1的底壁，便于链接管7和底部培养皿1的入口及出口的对接。其中，管路5和链接管7构成供营养液流动的外流通管路。
中间培养皿2和顶部培养皿3的内侧底壁均为PVDF膜，其中中间培养皿2的PVDF膜为中间PVDF膜202，顶部培养皿3的PVDF膜为顶部PVDF膜302，当然在其他实施例中，能够使细胞生长且有一定孔径便于物质交换的材料都是可以的，比如膜类、水凝胶或者3D微孔类材料等。其中，培养皿的内侧底壁构成培养皿的细胞接种面，PVDF膜302中的微孔构成连通相邻两个培养皿内腔内渗流通道，且顶部培养皿3、中间培养皿2和底部培养皿1的细胞接种面均置于底部培养皿1的口沿处的下方，使营养液能够浸没置于同一个细胞共培养单元的三个细胞接种面。当然，在其他实施例中，可以通过设置管路将相邻的培养皿之间连通，也可以在中间培养皿2和顶部培养皿3的内侧底壁上开设微孔，来将底部培养皿1和中间培养皿2之间、顶部培养皿3和中间培养皿2之间连通起来以进行物质交换和信息传递。
本实施例中，底部环形挡板101距底部培养皿1的口沿处之间的距离等于底部培养皿1的口沿处到底部培养皿1的底壁之间的距离的五分之一，中间环形挡板201距中间培养皿2的口沿处之间的距离等于中间培养皿2的口沿处到中间培养皿2的底壁之间的距离的五分之一，顶部环形挡板301距顶部培养皿3的底壁之间的距离等于顶部培养皿3的口沿处到顶部培养皿3的底壁之间的距离的五分之一，尽可能的减少细胞共培养单元的高度，提高安全性。
本实施例中，中间环形挡板201和顶部环形挡板301上分别沿周向均匀布置有八个连接孔，其中置于中间环形挡板201上的连接孔为中间连接孔203，置于顶部环形挡板301上的连接孔为顶部连接孔303，便于在后续的操作中加入培养基、营养液或染毒液等，并且中间环形挡板201上的中间连接孔203使底部培养皿1和顶盖4之间保持连通，顶部环形挡板301上的顶部连接孔303使中间培养皿2和顶盖4之间保持连通，保证底部培养皿1和中间培养皿2的通透性，且顶盖4直接搭接在底部环形挡板101上会有一部分气体进入顶盖4内，避免细胞因为供氧不足而死亡。顶盖4和底部环形挡板101之间的间隙构成连通顶盖4内外的透气结构，当然，在其他实施例中，考虑到细胞共培养单元的通透性，保证细胞的正常呼吸，因此，透气结构也可以在顶盖4的口沿处设置若干凹槽，或者也可以在底部环形挡板101上设置透气孔，来提高顶盖4内的空气进入量。还可以在顶盖4与底部环形挡板101的搭接处设置透气纸，或者在底部环形挡板101与顶盖4的口沿处搭接位置处设有若干个支点来使顶盖4与底部环形挡板101之间保持一定的间隔进而保证通透性。其中，中间连接孔203和顶部连接孔303构成供移液枪插入以对处于下层的培养皿添加液体的连接孔，连接孔构成用于使处于下层的培养皿的内腔与外界连通的上透气结构。当然，在其他实施例中，上透气结构可以设置在中间环形挡板201和顶部环形挡板301的扇形槽。
优选的，链接管7上还可以连接一个分流管，可以从分流管的一端补充液体。本实施例中，分流管为四向分流管，两向分别与培养皿的链接管7连通，其余两向中，一向用来排出细胞共培养单元内循环的液体，另一向可以在口部塞入橡皮塞，在液体或者移除液体的时候可以通过注射器针头插透橡皮带进行液体补充或吸除。
在准备进行细胞共培养作业时，先将细胞共培养单元的底部培养皿1与管路5、链接管7、蠕动泵6依次连接好，然后再将细胞接种于两个细胞共培养单元的底部培养皿1的细胞接种面上，接着利用移液枪将营养液加入到底部培养皿1中，轻微震荡等步骤之后使细胞悬液在底部培养皿1中均匀分布，然后按照相同的方式将中间培养皿2、顶部培养皿3依次放置在底部培养皿1上，如果营养液的液面高度不够时可以通过中间连接孔203和顶部连接孔303添加营养液，以使营养液达到一定的液面高度，使顶部培养皿3的细胞接种面置于营养液的液面之下，然后将顶盖4盖上，放入培养箱中细胞培养。待培养完成后，即可进行后续试验。当然，在其他实施例中，可以在细胞共培养时不将蠕动泵串联到管路5上，底部培养皿1、管路5和链接管7依然保持连通，避免底部培养皿中的液体从底部培养皿中流出。
本实施例中以肺细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞与肝细胞共培养以研究经肺染毒有肝脏代谢引起的相关炎症或代谢效应。其中接种有肺细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞的细胞共培养单元模拟器官肺，接种有肝细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞的细胞共培养单元模拟器官肝。
接种细胞时，其中一个细胞共培养单元内的底部培养皿1上接种巨噬细胞，中间培养皿2上接种血管内皮细胞，顶端培养皿3中接种肺细胞，另一个细胞共培养单元内的底部培养皿1接种巨噬细胞，中间培养皿2中接种血管内皮细胞，顶端培养皿3中接种肝细胞，模拟正常的由肺经血管内物质流动到肝的一个循环过程。当接种有肺细胞的培养皿中的肺细胞染毒时，巨噬细胞可以在蠕动泵的驱动下在各个培养皿中游走，类似血管中血液的流动，检测相关的接种有肝细胞的培养皿的细胞存活及相关代谢产物的变化，或研究炎症因子水平的相关表达和巨噬细胞的迁移。
同时，采用该细胞共培养装置进行染毒实验，可以使染毒物依次通过顶部培养皿中的肺细胞、中间培养皿的血管内皮细胞、底部培养皿的巨噬细胞，模拟机体真实的染毒过程，更符合机体内真实的细胞染毒环境。
当然在其他实施例中任何的细胞均可以通过该细胞共培养装置来培养，如果需要进行共培养更多的细胞只需多设置中间培养皿2或者在管路5上串联更多的细胞共培养单元即可，另外，本发明的细胞共培养单元也可单独串联在管路5上使用。
本发明的细胞共培养装置的具体实施例2，与本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的区别仅在于：如图11所示，底部培养皿21的外围内侧壁上设有供中间环形挡板2201和顶部环形挡板2301搭接的环形挡块2102，且各环形挡块2102上下间隔设置。
本发明的细胞共培养装置的具体实施例3，与本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的区别仅在于：中间培养皿设置两个，且两个中间培养皿的直径从上到下依次增大。
本发明的细胞共培养装置的具体实施例4，与本发明的细胞共培养装置的具体实施例1的区别仅在于：底部培养皿与管路、链接管通过喉箍或抱箍连接。

Claims (10)

1.细胞共培养装置，包括细胞共培养单元，所述细胞共培养单元具有三个层叠设置的培养皿，相邻的两个培养皿之间设有连通两者内腔的内流通通道或内渗流通道，其特征在于：其中至少一个培养皿上连接有供营养液流动的外流通管路，外流通管路上设有驱动各个培养皿中的营养液流动的泵送装置；相邻的两个层叠设置的培养皿中处于上层的培养皿上设有上挡板，所述上挡板搭接在处于下层的培养皿的口沿处；培养皿的内侧底壁构成培养皿的细胞接种面，同一个细胞共培养单元的三个细胞接种面均置于最下层培养皿的口沿处的下方。
2.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述细胞共培养单元中处于最下层的培养皿上设有与外流通管路连通的入口和出口。
3.根据权利要求1所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述外流通管路上连通有至少两个所述细胞共培养单元。
4.根据权利要求3所述的细胞共培养装置，其特征在于：相邻的细胞共培养单元之间串联设置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的细胞共培养装置，其特征在于：相邻的两个培养皿中处于上层的培养皿的底壁上设有所述内渗流通道。
6.根据权利要求5所述的细胞共培养装置，其特征在于：上挡板和/或处于下层的培养皿上设有用于使处于下层的培养皿的内腔与外界连通的上透气结构。
7.根据权利要求6所述的细胞共培养装置，其特征在于：所述上挡板上设有供移液枪插入以对处于其下层的培养皿添加液体的连接孔，所述连接孔构成所述上透气结构。
8.根据权利要求7所述的细胞共培养装置，其特征在于：处于同一个上挡板上的连接孔设有至少两个且沿周向均匀布置。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的细胞共培养装置，其特征在于：同一细胞共培养单元中处于最上层的培养皿上设有顶盖，处于最下层的培养皿上设有下挡板，所述顶盖搭接在下挡板上，且顶盖和处于最上层的培养皿的口沿处间隔设置，所述顶盖和/或下挡板上还设有连通顶盖内外的透气结构。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的细胞共培养装置，其特征在于：每个培养皿的内侧底壁上均设有帮助细胞贴壁的助贴壁层。
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