CN108753613A - 一种生物细胞环制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物细胞环制造装置，属于生物应用领域。所述装置包括：环形永磁铁、培养皿、细胞培养圆板、圆环形槽、固定基座和磁性微纤维；其中，所述培养皿位于环形永磁铁上表面，培养皿中心轴与环形永磁铁中心轴重合；所述细胞培养圆板位于培养皿底部内表面上，在细胞培养圆板上表面加工有呈圆周阵列分布的圆环形槽；所述固定基座位于细胞培养圆板与培养皿之间的空隙区域，用于将细胞培养圆板固定在培养皿内部，并使得细胞培养圆板中心轴与培养皿中心轴重合；所述磁性微纤维呈环形并离散分布在圆环形槽内。所述装置可实现利用圆环形槽加工以微纤维为微支架的细胞环，为后续构建用于移植的人工脉管组织提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物细胞环制造装置，属于生物应用领域。
背景技术
呼吸道、肠道、血管等生物脉管是能量物质在体内流通的重要通道，因此，脉管疾病极易造成体内物质循环的中断，导致器官坏死甚至危机生命。传统基于药物的脉管疾病治疗方法往往只能暂时缓解症状，无法从根本上改善已经发生病变的脉管组织。这一治疗的局限性可以通过移植替换的方法得以解决。但是，替换用的脉管组织来源极其有限，严重制约着移植方法的推广。
目前，组织工程正通过先构造细胞环，再将细胞环进行三维管状组装的“自下而上”型方法构造人工脉管组织，从而解决替换用脉管组织来源有限的问题。底部成弧形的疏水性环形槽可以促进细胞的环状聚合，为具有高细胞密度的生物细胞环的构造提供了一种有效工具。将细胞悬浮液与一定数量的生物材料制作的微支架混合，混合后的溶液灌入环形槽内进行长期培养。细胞可以在微支架表面贴覆、展开与增殖，同时，细胞与细胞，细胞与微支架，微支架与微支架之间通过细胞分泌的细胞外间质彼此粘结，最后形成包裹微支架的细胞环。通过上述方法制作的生物细胞环可作为组装单元，完成人工气管、人工血管的构造。
现有参与细胞环制作的微支架为多边形SU-8微块和明胶微球两种。相比于这些微支架，通过微流控液流模板法加工而成的微纤维，可以同时整合多种类的细胞生长因子，并且具备可调的微观外形，这些特点使得微纤维作为微支架更利于促进细胞的增殖。神经细胞、肝细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等多种细胞已经实现了在微纤维表面的培养。然而，微纤维的可操作性较差，目前，仍缺乏对微纤维进行组装的方法，使其表面培养的细胞相互连接形成更大的、形状规则的细胞组织。另外，由于微纤维外形连续狭长，不易进行微尺度弯曲，而且，微纤维密度低，在细胞培养液中通常呈悬浮状态的问题，无法通过直接与细胞混合，再灌入环形槽的传统方法，实现以微纤维作为微支架的生物细胞环的制造。
发明内容
为了解决传统的圆环形槽装置无法实现以微纤维作为微支架的生物细胞环制造的问题，本发明提供了一种生物细胞环制造装置，所述装置将圆环形槽与磁性微纤维组合，生物细胞粘附在磁性微纤维上，并在环形永磁铁的驱动下制造出生物细胞环。
本发明通过以下技术方案实现。
一种生物细胞环制造装置，所述装置包括：环形永磁铁、培养皿、细胞培养圆板、圆环形槽、固定基座和磁性微纤维；
其中，所述培养皿位于环形永磁铁上表面，培养皿中心轴与环形永磁铁中心轴重合；
所述细胞培养圆板位于培养皿底部内表面上，在细胞培养圆板上表面加工有呈圆周阵列分布的圆环形槽；
所述固定基座位于细胞培养圆板与培养皿之间的空隙区域，用于将细胞培养圆板固定在培养皿内部，并使得细胞培养圆板中心轴与培养皿中心轴重合；
所述磁性微纤维呈环形并离散分布在圆环形槽内。
进一步的，所述磁性微纤维通过基于表面张力作用的操作分散在圆环形槽内。
进一步的，所述一个圆环形槽中磁性微纤维的根数为10～20，一根磁性微纤维的长度为圆环形槽外圆周长的1～1.5倍。
具体的基于表面张力作用的操作过程为：通过显微剪剪取放置在液体中呈离散状态的磁性微纤维，并利用移液枪头进行整理，使磁性微纤维之间呈并列分布。随后，磁性微纤维的一端被移液枪头挑起，并逐渐拉出液体表面。由于表面张力的作用，在液体中呈离散状态的磁性微纤维在空气中形成了彼此紧密排列的纤维束。将纤维束放置在存在一层液体的细胞培养圆板表面，微纤维在保持束状外形下，彼此之间轻微的离散。将圆环形槽内的液体吸尽，在表面张力和移液枪头的共同作用下，纤维束被推入圆环形槽内，从而完成磁性微纤维在槽内的环形排布，并同时保持磁性微纤维之间的相对离散。
进一步的，所述环形永磁铁材料为钕铁硼，N极和S极分别位于永磁铁沿轴向方向的上端和下端。
进一步的，所述培养皿为细胞培养型塑料透明培养皿，培养皿内径大于环形永磁铁的外径1～4mm。
进一步的，细胞培养圆板的材料为琼脂糖凝胶，其外形为圆板状，厚度为3～5mm，细胞培养圆板的直径大于环形永磁铁外径1～2mm。
进一步的，圆环形槽的槽底部为半圆形，圆环形槽在环形永磁铁表面上映射的外圆周环与环形永磁铁的外圆周环相切；圆环形槽以细胞培养圆板的中心轴为圆心呈圆周阵列分布；圆环形槽的外径小于5mm，以保持环形永磁铁对磁性微纤维的最大牵引作用。
进一步的，磁性微纤维的材料为包裹磁性纳米粒子、具有细胞粘附点位的水凝胶。磁性微纤维的横截面为圆角矩形或圆形。圆角矩形截面的长边长度为20～40μm，短边长度为10～30μm。圆形截面的直径为10～40μm。
有益效果：
本发明所述的一种生物细胞环制造装置，以表面改性的磁性微纤维作为细胞生长所需的依附支架，通过表面张力和磁牵引作用，磁性微纤维被环形地固定在圆环形槽内，形成一种细胞培养装置。可以实现利用圆环形槽加工以微纤维为微支架的细胞环，为后续构建用于移植的人工脉管组织提供基础。
附图说明
图1是本发明装置的三维立体图；
图2是本发明装置的二维结构示意图；
图3是利用本发明装置制造的以微纤维作为微支架的细胞环。
其中，1-环形永磁铁；2-培养皿；3-细胞培养圆板；4-圆环形槽；5-固定基座；6-磁性微纤维；7-细胞环。
具体实施方式
一种生物细胞环制造装置，如图1和2所示，所述装置包括：环形永磁铁1，培养皿2，细胞培养圆板3，圆环形槽4，固定基座5，磁性微纤维6；
所述环形永磁铁1材料为钕铁硼，沿轴向方向充磁，使其N极和S极分别位于永磁铁沿轴向方向的上端和下端。环形永磁铁的内环半径为：5mm，外环半径为：24mm，厚为9mm。
所述培养皿2为细胞培养型塑料透明培养皿，培养皿内径大于环形永磁铁的外径3mm。所述培养皿2位于环形永磁铁1上表面，培养皿2中心轴与环形永磁铁1中心轴重合。
所述细胞培养圆板3位于培养皿2底部内表面上，所述细胞培养圆板3由琼脂糖凝胶加工而成，呈薄圆板状，半径为25mm，厚度为4mm；在其上表面有八孔尺寸相同的所述的圆环形槽4，槽内径0.4mm，槽宽0.8mm，槽底部为半圆形，半径为0.4mm，槽深0.7mm，圆环形槽在永磁铁表面上映射的外圆周环与永磁铁的外圆周环相切。8个圆环形槽4的中心轴等距分布在以培养圆板3中心轴为中心的半径为22.8mm的圆周上；所述培养圆板3放置在塑料透明培养皿2中，培养圆板3中心轴与培养皿2中心轴重合；将融化的琼脂糖凝胶倒入培养圆板与培养皿之间的缝隙中，待凝胶冷却固定即形成所述的固定基座5，其厚度为1毫米。
所述的磁性微纤维6位于圆环形槽内，呈环形分布。所述磁性微纤维6是基于1.5％w/v的海藻酸溶液，溶液中包裹浓度为0.005g/ml的四氧化三铁磁性纳米粒子和2％w/v的氯化钙溶液通过微流控液流模板法制备而成；微纤维横截面为圆角矩形，矩形长边长度为40μm，短边长度为20μm。在放入圆环形槽之前，磁性微纤维浸泡在0.1mg/ml的多聚赖氨酸溶液中20min，再放入0.5μg/ml的纤连蛋白溶液中1h，从而细胞能够贴附在磁性微纤维上增殖。
具体的基于表面张力作用的操作过程为：磁性微纤维在纤连蛋白溶液中呈现离散的状态。通过显微剪取10～20根、长度是圆环形槽外圆周周长1-1.5倍的磁性微纤维，并利用移液枪头进行整理，使不同磁性微纤维之间尽可能呈并列分布。随后，这些磁性微纤维的一端被移液枪头挑起，并逐渐拉出纤连蛋白溶液。由于表面张力的作用，在纤连蛋白溶液中松散的磁性微纤维在空气中形成了彼此紧密排列的纤维束，纤维束的长度应尽可能与圆环形槽外圆周近似相等。纤维束被放置在存在一层纤连蛋白溶液的细胞培养圆板表面。微纤维在保持束状外形下，彼此之间可轻微的离散。将圆环形槽内的纤连蛋白溶液吸尽，在表面张力和移液枪头的共同作用下，纤维束沿着逆时针方向分段被推入圆环形槽，从而完成磁性微纤维在槽内的环形排布，并同时保持磁性微纤维之间的相对离散。
使用本实施例所述的生物细胞环制造装置，以微纤维作为微支架的细胞环制作方法，包括以下步骤：
(1)用移液抢取细胞密度为1×107个/毫升的成纤维细胞(NIH/3T3)溶液10μL；
(2)将移液抢喷口正置于圆环形槽4上方，将10μL成纤维细胞溶液滴入圆环形槽内；
(3)将生物细胞环制造装置放入细胞培养箱中2h；
(4)将细胞培养液充满培养皿2，放入细胞培养箱中72h；在底部环形永磁铁1的吸引下，磁性微纤维6浸在细胞培养液中，在圆环形槽4内的环形分布被稳定保持。
(5)将环形永磁铁1移除，轻微抖动细胞环制造装置，以微纤维作为微支架的细胞环7将自动从圆环形槽4中释放，如图3所示。
发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物细胞环制造装置，其特征在于：所述装置包括：环形永磁铁(1)、培养皿(2)、细胞培养圆板(3)、圆环形槽(4)、固定基座(5)和磁性微纤维(6)；
其中，所述培养皿(2)位于环形永磁铁(1)上表面，培养皿(2)中心轴与环形永磁铁(1)中心轴重合；
所述细胞培养圆板(3)位于培养皿(2)底部内表面上，在细胞培养圆板(3)上表面加工有呈圆周阵列分布的圆环形槽(4)；
所述固定基座(5)位于细胞培养圆板(3)与培养皿(2)之间的空隙区域，用于将细胞培养圆板(3)固定在培养皿(2)内部，并使得细胞培养圆板(3)中心轴与培养皿(2)中心轴重合；
所述磁性微纤维(6)呈环形并离散分布在圆环形槽(4)内。
2.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：所述磁性微纤维(6)通过基于表面张力作用的操作分散在圆环形槽(4)内。
3.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：所述一个圆环形槽(4)中磁性微纤维(6)的根数为10～20，一根磁性微纤维(6)的长度为圆环形槽(4)外圆周长的1～1.5倍。
4.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：所述环形永磁铁(1)材料为钕铁硼，N极和S极分别位于永磁铁沿轴向方向的上端和下端。
5.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：所述培养皿(2)为细胞培养型塑料透明培养皿，培养皿内径大于环形永磁铁(1)的外径1～4mm。
6.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：细胞培养圆板(3)的材料为琼脂糖凝胶，厚度为3～5mm，细胞培养圆板(3)的直径大于环形永磁铁(1)外径1～2mm。
7.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：圆环形槽(4)的槽底部为半圆形，圆环形槽(4)在环形永磁铁(1)表面上映射的外圆周环与环形永磁铁(1)的外圆周环相切；圆环形槽(4)以细胞培养圆板(3)的中心轴为圆心呈圆周阵列分布，圆环形槽(4)的外径小于5mm。
8.如权利要求1所述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：磁性微纤维(6)的材料为包裹磁性纳米粒子、具有细胞粘附点位的水凝胶。
9.如权利要求8述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：磁性微纤维(6)的横截面为圆角矩形，圆角矩形截面的长边长度为20～40μm，短边长度为10～30μm。
10.如权利要求8述的一种生物细胞环制造装置，其特征在于：磁性微纤维(6)的横截面为圆形，圆形截面的直径为10～40μm。
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