CN111748475A - 一种流体细胞培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体细胞培养装置，包括培养槽和覆盖所述培养槽的第一盖板，所述培养槽包括底板，所述底板上垂直设有多个隔板将所述培养槽进行分割；所述第一盖板上设有用于嵌入所述隔板的凹槽；所述底板表面铺覆有凝胶层；所述凝胶层表面粘附有基质蛋白层；所述流体细胞培养装置还包括第二盖板，所述第二盖板为与所述培养槽尺寸相匹配的平板，所述第二盖板在不使用所述第一盖板时覆盖所述培养槽。所述第一盖板、底板和隔板之间形成灌注缝隙，所述灌注缝隙内注入无菌聚丙烯酰胺溶液并且静置凝固，得到所述凝胶层。所述第二盖板、底板和隔板之间形成液流通道，所述液流通道用于灌注细胞悬液使细胞黏附于所述基质蛋白层表面。

Description

一种流体细胞培养装置
技术领域
本发明属于在生物反应器的领域，具体涉及一种流体细胞培养装置。
背景技术
目前，体外细胞培养是细胞实验的重要基础，通过培养技术实现对于细胞在体内所处的微环境(微环境指的是细胞在体内所处的生存环境，包括细胞间质、体液成分以及细胞-细胞与细胞-间质之间的物理化学作用等)的模拟，使得体外培养的细胞状态与体内自然细胞状态接近，是细胞培养的核心要求，也是细胞实验数据可靠性的重要保证。现有细胞体外培养方式主要包括静态黏附培养和悬浮培养，多数组织细胞(内皮细胞、肝细胞、肌细胞等)由于自身黏附特性，采用黏附培养方式，即细胞与培养瓶黏附面接触并黏附，置于细胞培养箱中静置培养；部分细胞(淋巴细胞等)由于在机体内自然处于悬浮状态，因此采用非黏附的悬浮培养方式。但组织微环境并非仅包含营养、氧气，黏附与非黏附等特点，物理机械作用(血流流体剪切力作用和物理硬度变化)也是其中的重要影响因素。比如在血管和肝血窦中，血液流动过程中产生的剪切力会作用于内皮细胞和肝细胞，此种剪切力恒定适宜，能够促进细胞功能表达以及组织微结构形成，但目前静态黏附培养技术并不能模拟稳定血流作用，因此导致体外培养内皮细胞及肝细胞特性与机体内部实际特性存在差异；在肺纤维化及肝硬化中，细胞所处环境的物理硬度发生变化，在针对此疾病的研究中，采用单纯细胞黏附培养，细胞培养瓶黏附面硬度高且恒定，也不能真实反映组织内部的切实状态。
现有细胞培养装置不能模拟组织微环境中存在的稳定流体剪切力作用；当研究针对纤维化疾病的不同病理阶段，现有培养装置不能提供可调硬度的黏附面，不能对于不同疾病阶段实现精准模拟。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种流体细胞培养装置，可以将稳定的流体剪切力引入培养体系之中，也可以实现细胞黏附面的硬度可调，能够模拟不同组织硬度的细胞培养环境。
为了实现上述目的，本发明提供的一种流体细胞培养装置，包括培养槽和覆盖所述培养槽的第一盖板，所述培养槽包括底板，所述底板上垂直设有多个隔板将所述培养槽进行分割；
所述第一盖板上设有用于嵌入所述隔板的凹槽；
所述底板表面铺覆有凝胶层；所述凝胶层表面粘附有基质蛋白层；
所述流体细胞培养装置还包括第二盖板，所述第二盖板为与所述培养槽尺寸相匹配的平板，所述第二盖板在不使用所述第一盖板时覆盖所述培养槽。
优选地，多个所述隔板等间距平行排列，所述隔板之间的相距5-7mm，所述隔板的高度为5-7mm。
进一步地，所述第一盖板、底板和隔板之间形成灌注缝隙，所述灌注缝隙内注入无菌聚丙烯酰胺溶液并且静置凝固，得到所述凝胶层。
优选地，所述凝胶层的厚度为2-4mm。
进一步地，所述基质蛋白层的制备过程包括：在所述凝胶层表面铺光交联剂工作液，使用紫外光照射激活，去除光交联剂工作液，将基质胶工作液铺于所述凝胶层表面，3-5℃下静置交联，交联构建得到基质蛋白层；
所述基质胶工作液的蛋白浓度为140-160μg/mL。
进一步地，所述第二盖板、底板和隔板之间形成液流通道。
优选地，所述液流通道用于灌注细胞悬液使细胞黏附于所述基质蛋白层表面。
进一步地，所述流体细胞培养装置连接蠕动泵和培养液管道系统进行恒流培养。
本发明提供的一种流体细胞培养装置，具有如下有益效果：
1、拟体内微环境的细胞培养装置；隔板能够分割并引导液流，实现恒定流体剪切力细胞培养，为内皮细胞及肝细胞培养；
2、能够配置不同物理硬度的凝胶层，提供黏附面可调物理硬度，为肝硬化以及其他组织纤维化的研究提供更为精准的体外实验装置。
附图说明
图1为本具体实施方式中第一盖板覆盖培养槽时流体细胞培养装置的结构示意图；
图2为本具体实施方式中第二盖板覆盖培养槽时流体细胞培养装置的结构示意图。
图中：1、底板，2、隔板，3、液流通道，4、外壳，5、凝胶层，6、基质蛋白层，7、第一盖板，8、灌注缝隙，9、第二盖板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1-2所示，一种流体细胞培养装置，包括外壳4、培养槽、第一盖板7和第二盖板9，培养槽置于外壳4内部，培养槽包括底板1和底板1上等间距平行设置的隔板2将底板1进行分割，其中底板1和隔板2相垂直。第一盖板7上设有能够使隔板2嵌入的凹槽，第一盖板7盖到培养槽上，第一盖板7、底板1和隔板2之间形成灌注缝隙8，将无菌聚丙烯酰胺溶液注入灌注缝隙8，整装置置于细胞培养箱中静置凝固，得到凝胶层5。去除第一盖板7，凝胶层5表面铺有一层基质蛋白层6，第二盖板9为与培养槽尺寸相匹配的平板，将第二盖板9盖到培养槽上，第二盖板9、底板1和隔板2之间形成液流通道3，液流通道3用于灌注细胞悬液进行恒流培养。
流体细胞培养装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)培养槽结构的制备，培养槽选用聚丙烯材质，培养槽包括底板1和底板1上等间距平行设置的隔板2将底板1间通道进行分割，底板1长度选择为80mm，其中底板1和隔板2相垂直，隔板2之间间距可以为6mm左右，隔板2的高度为6mm左右。第一盖板7上设有能够使隔板2嵌入的凹槽，凹槽深度为3mm，第一盖板7盖到培养槽上，第一盖板7、底板1和隔板2之间形成高度约为3mm的灌注缝隙8，灌注缝隙8内液体流动距离为底板1长度80mm。第二盖板9为与培养槽尺寸相匹配的平板，将第一盖板7、第二盖板9和培养槽灭菌后使用PBS溶液冲洗晾干。
将单体丙烯酰胺，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，过硫酸铵，四甲基乙二胺以及灭菌三蒸水混合制备无菌聚丙烯酰胺溶液。将无菌聚丙烯酰胺溶液注入灌注缝隙8，整个装置置于细胞培养箱中静置2h凝固，将整个装置放在4℃的PBS溶液中浸泡过夜，除去未交联的聚丙烯酰胺，得到高度为3mm的凝胶层5。可以配置不同浓度的单体丙烯酰胺以及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，混合后配置不同物理硬度的凝胶层5，如表1。
表1，单体丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的含量与凝胶层硬度的关系
Figure BDA0002583524730000041
(2)凝胶层5表面涂覆基质蛋白层6，去除第一盖板7，将光交联剂Sulfo-SANPAH配置为1mg/ml的光交联剂工作液，在凝胶层5上铺光交联剂工作液，之后使用紫外光(350nm)照射30min，激活后去除光交联剂工作液。将Matrigel基质胶原液1:100稀释为基质胶工作液(蛋白浓度约为150μg/mL)，将基质胶工作液铺于凝胶层5表面，4℃下静置交联过夜，交联构建得到单层基质蛋白层6。制备完成后此装置通过凝胶层5提供不同细胞黏附物理硬度，通过一层单层基质蛋白层6为细胞提供黏附位点。
(3)构建流体细胞培养的液流通道3，使用PBS溶液灌注清洗基质蛋白层6表层，将第二盖板9盖到培养槽上，第二盖板9、底板1和隔板2之间形成液流通道3，液流通道3宽约6mm，高约3mm，长约80mm液流通道3下为厚约3mm的凝胶层5和基质蛋白层6。将细胞悬液灌注入液流通道3中，静置黏附，细胞黏附于凝胶层5表面，将流体细胞培养装置连接蠕动泵及管道系统进行恒流培养，隔板2能够分割并引导液流，实现恒定剪切力培养。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种流体细胞培养装置，其特征在于，包括培养槽和覆盖所述培养槽的第一盖板，所述培养槽包括底板，所述底板上垂直设有多个隔板将所述培养槽进行分割；
所述第一盖板上设有用于嵌入所述隔板的凹槽；
所述底板表面铺覆有凝胶层；所述凝胶层表面粘附有基质蛋白层；
所述流体细胞培养装置还包括第二盖板，所述第二盖板为与所述培养槽尺寸相匹配的平板，所述第二盖板在不使用所述第一盖板时覆盖所述培养槽。
2.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，多个所述隔板等间距平行排列，所述隔板之间的相距5-7mm，所述隔板的高度为5-7mm。
3.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述第一盖板、底板和隔板之间形成灌注缝隙，所述灌注缝隙内注入无菌聚丙烯酰胺溶液并且静置凝固，得到所述凝胶层。
4.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述凝胶层的厚度为2-4mm。
5.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述基质蛋白层的制备过程包括：在所述凝胶层表面铺光交联剂工作液，使用紫外光照射激活，去除光交联剂工作液，将基质胶工作液铺于所述凝胶层表面，3-5℃下静置交联，交联构建得到基质蛋白层；
所述基质胶工作液的蛋白浓度为140-160μg/mL。
6.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述第二盖板、底板和隔板之间形成液流通道。
7.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述液流通道用于灌注细胞悬液使细胞黏附于所述基质蛋白层表面。
8.根据权利要求1所述的流体细胞培养装置，其特征在于，所述流体细胞培养装置连接蠕动泵和培养液管道系统进行恒流培养。
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