CN112457979A - 一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，包括分离支撑组件、双筒培养组件以及翻转组件，分离支撑组件包括电动离心转盘、桥接板和分别设置于桥接板两端的U型支撑臂；双筒培养组件包括两细胞培养筒和分别设置于细胞培养筒两侧壁的左固定轴和右固定轴，细胞培养筒通过其两侧壁设置的左固定轴和右固定轴固定连接U型支撑臂；以及翻转组件包括翻转电机、传动皮带和翻转轮，两翻转轮之间通过传动皮带连接。本发明的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，将双筒结构布置与翻转电机及电动离心转盘相结合，实现细胞培养筒自翻转搅拌和离心分离功能，其结构设计新颖，操作简便，运行可靠，能稳定的针对悬浮细胞进行大规模扩增培养。

Description

一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置
技术领域
本发明涉及细胞培养设备领域，尤其涉及一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置。
背景技术
目前癌症治疗以手术和放化疗为主，复发可能性较高。医生为了更好的保护病人身体功能，手术时会尽可能的保留器官功能，但可能残留的肿瘤细胞会成为复发的隐患，放化疗对人正常细胞也有很大的破环作用，此时如果通过技术提前将患者的免疫细胞扩增纯化，等患者做完手术放化疗时，补充免疫细胞可大大的提高患者生存几率和生活品质。
现在免疫细胞大量运用于临床，免疫细胞治疗已成为全世界医疗领域内对难治性疾病(如恶性肿瘤)进行治疗的新的重要医疗手段，如采用CAR-T细胞对B细胞淋巴瘤进行治疗。对科学界和医疗界而言，获得质量稳定可靠、功能优良的免疫细胞对获得良好的临床治疗效果非常关键。
传统的免疫细胞培养装置结构简单，且在进行生长中一般采用持续补加培养基的方式进行培养，无法将细胞代谢产物排出；或将培养液整体取出后再进行离心分离，分离出上层含有细胞代谢产物的培养液，下层培养细胞送回培养装置补加培养基后继续进行培养，这不可避免的导致免疫细胞与外部环境接触，容易遇到细菌、病毒、支原体、衣原体、真菌等的污染情况改变免疫细胞的生长环境。
因此，如何避免这些微生物污染免疫细胞且有效地保证免疫细胞常规适量的培养是现代细胞学、毒理学非常重要的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的上述缺陷，提供一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，包括分离支撑组件、设置于所述分离支撑组件上的双筒培养组件以及用于驱动所述双筒培养组件转动的翻转组件，其中：
所述分离支撑组件包括电动离心转盘、桥接板和分别设置于所述桥接板两端的U型支撑臂，且所述桥接板固定设置于所述电动离心转盘的旋转台面上；
所述双筒培养组件包括两细胞培养筒和分别通过轴承活动设置于所述细胞培养筒两侧壁的左固定轴和右固定轴，所述细胞培养筒通过其两侧壁设置的所述左固定轴和右固定轴固定连接所述U型支撑臂，所述细胞培养筒以所述左固定轴和右固定轴为中心轴在所述U型支撑臂上进行翻转；以及
所述翻转组件包括翻转电机、传动皮带和分别套设于所述左固定轴上的翻转轮，所述翻转轮固定焊接于所述细胞培养筒上，两所述翻转轮之间通过所述传动皮带连接，且所述传动皮带连接所述翻转电机，所述翻转电机设置于所述桥接板上。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述分离支撑组件还包括底座和设置于所述底座上的支撑柱，所述支撑柱顶部固定设置有所述电动离心转盘。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述细胞培养筒为双锥形细胞培养筒，其顶部设置有接种口，其底部设置有排料口。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述细胞培养筒顶部设置有排气管道。
进一步优选地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述右固定轴为中空轴，其内设置有延伸至所述细胞培养筒内的进气管道。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述左固定轴和所述右固定轴之间通过U型固定桨连接，且所述U型固定桨上开设有若干通孔。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述翻转轮端面开设有若干呈圆形分布的限位孔。
进一步优选地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述U型支撑臂的一端焊接有与所述翻转轮相对应布置的具有穿孔的限位板，所述限位板和所述翻转轮之间通过限位插销限位连接。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述翻转组件还包括设置于所述桥接板上的可调节张紧轮，所述可调节张紧轮与所述传动皮带相配合布置。
进一步地，在所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置上，所述电动离心转盘采用电动旋转台，启动所述电动离心转盘进行离心时，两所述细胞培养筒向内侧倾斜30-60°固定于所述U型支撑臂上。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)通过翻转组件控制左右两侧的细胞培养筒进行滚动翻转，从而对细胞培养筒内培养基进行滚动式搅拌，对细胞的损伤大大低于叶轮搅拌式培养，培养基不会产生泡沫，且其结构简单、操作方便，可用于大规模的悬浮细胞培养，与传统的悬浮细胞静置培养相比，可获得更大的细胞密度且不会影响到细胞活性，且培养过程中滚动温和；
(2)通过分离支撑组件可控制左右两侧倾斜固定的细胞培养筒在电动离心转盘的作用下进行离心运动，使得细胞培养筒内的培养细胞与培养基离心分离，培养细胞积聚在细胞培养筒的底部，便于抽出使用后的培养基，更换新的培养基，而无需将细胞悬浮液整体倒出进行单独分离，大大缩短的培养时间，减少了对细胞的损伤，提高了细胞培养效率；
(3)该双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，将双筒结构布置与翻转电机及电动离心转盘相结合，实现细胞培养筒自翻转搅拌和离心分离功能，其结构设计新颖，操作简便，运行可靠，能稳定的针对悬浮细胞进行大规模扩增培养，具有较好的实验室应用和工业过程放大前景。
附图说明
图1为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置的具体结构示意图；
图3为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置中翻转组件的局部放大结构示意图；
图4为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置的后视结构示意图一；
图5为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置的后视结构示意图二；
图6为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置中右固定轴和进气管道的局部放大结构示意图；
图7为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置进行翻转状态时的主视结构示意图；
图8为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置进行翻转状态时的后视结构示意图；
图9为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置进行离心状态时的主视结构示意图；
图10为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置的侧视结构示意图；
图11为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置中U型固定桨的主视结构示意图；
图12为本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置中U型固定桨的后视结构示意图；
图13为采样本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置培养制备的NK细胞悬液在10倍物镜下的细胞图片一；
图14为采样本发明一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置培养制备的NK细胞悬液在10倍物镜下的细胞图片二；
其中，各附图标记为：
100-分离支撑组件，101-底座，102-支撑柱，103-电动离心转盘，104-桥接板，105-U型支撑臂；
200-双筒培养组件，201-细胞培养筒，202-接种口，203-排料口，204-排气管道，205-左固定轴，206-右固定轴，207-进气管道，208-U型固定桨，209-通孔；
300-翻转组件，301-翻转电机，302-传动皮带，303-翻转轮，304-限位孔，305-限位板，306-限位插销，307-可调节张紧轮。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
在一些实施例中，如图1所示，提供一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，用于各种免疫细胞的培养，如NK细胞、CIK细胞、Car-T细胞、γδT细胞等，其包括分离支撑组件100、设置于所述分离支撑组件100上的双筒培养组件200以及用于驱动所述双筒培养组件200转动的翻转组件300。该双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，将双筒培养组件200与翻转电机301及电动离心转盘103相结合，实现左右两个细胞培养筒201自翻转搅拌和离心分离功能，其结构设计新颖，操作简便，运行可靠，能稳定的针对悬浮细胞进行大规模扩增培养，具有较好的实验室应用和工业过程放大前景。
在其中的一个实施例中，如图1、图2、图4、图5和图9所示，所述分离支撑组件100包括电动离心转盘103、桥接板104和分别设置于所述桥接板104两端的U型支撑臂105，且所述桥接板104固定设置于所述电动离心转盘103的旋转台面上，所述电动离心转盘103采用高效电动旋转台，用于控制细胞培养筒201内的培养细胞与培养基进行离心分离，转速为1200-1500r/min，优选为1200r/min，离心10min。
在其中的一个实施例中，如图1、图2、图4和图5所示，所述双筒培养组件200包括两细胞培养筒201和分别通过轴承活动设置于所述细胞培养筒201两侧壁的左固定轴205和右固定轴206。所述细胞培养筒201的体积为3～15L，优选为5～12L，所述细胞培养筒201通过其两侧壁设置的所述左固定轴205和右固定轴206固定连接所述U型支撑臂105，所述细胞培养筒201以所述左固定轴205和右固定轴206为中心轴可在所述U型支撑臂105上进行翻转，从而对细胞培养筒201的悬浮细胞培养液进行搅拌混合，对细胞的损伤大大低于叶轮搅拌式培养，培养基不会产生泡沫，且其结构简单、操作方便，可用于大规模的悬浮细胞培养，与传统的悬浮细胞静置培养相比，可获得更大的细胞密度且不会影响到细胞活性，且培养过程中滚动温和。
在其中的一个实施例中，如图1、图2、图3、图4、图5、图7、图8和图9所示，所述翻转组件300包括翻转电机301、传动皮带302和分别套设于所述左固定轴205上的翻转轮303，所述翻转轮303固定焊接于所述细胞培养筒201上，两所述翻转轮303之间通过所述传动皮带302连接，且所述传动皮带302连接所述翻转电机301，所述翻转电机301设置于所述桥接板104上。通过翻转电机301、传动皮带302和翻转轮303可控制左右两侧倾斜固定的细胞培养筒201进行离心运动，使得细胞培养筒201内的培养细胞与培养基离心分离，培养细胞积聚在细胞培养筒201的底部，便于抽出使用后的培养基，以便更换新的培养基，而无需将细胞悬浮液整体倒出进行单独分离，大大缩短的培养时间，减少了对细胞的损伤，提高了细胞培养效率。
在其中的一个实施例中，如图2、图4和图5所示，所述分离支撑组件100还包括底座101和设置于所述底座101上的支撑柱102，所述支撑柱102顶部固定设置有所述电动离心转盘103，所述底座101整体呈椭圆形固定设置在地面上，以保证该双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置在使用时的稳定性和安全性。
在其中的一个实施例中，如图2、图4、图5和图6所示，所述细胞培养筒201为双锥形细胞培养筒，其外壁设置有电加热套，其顶部设置有接种口202，其底部设置有排料口203。且所述细胞培养筒201顶部设置有排气管道204，在所述右固定轴206为中空轴，其内设置有延伸至所述细胞培养筒201内的进气管道207，通过进气管道207向细胞培养筒201内供气。
在其中的一个实施例中，如图2、图4、图5、11和图12所示，所述左固定轴205和所述右固定轴206之间通过U型固定桨208连接，且所述U型固定桨208上开设有若干通孔209。所述U型固定桨208固定设置在其两端的左固定轴205和所述右固定轴206上，并随左固定轴205和所述右固定轴206固定不动，当细胞培养筒201在翻转电机301的驱动下进行自翻转时，带动其内的细胞悬浮液相对U型固定桨208产生相对移动，继而对细胞悬浮液实现搅拌目的。
在其中的一个实施例中，如图2和图4所示，所述翻转轮303端面开设有若干呈圆形分布的限位孔304。相应地，在所述U型支撑臂105的一端焊接有与所述翻转轮303相对应布置的具有穿孔的限位板305，所述限位板305和所述翻转轮303之间通过限位插销306限位连接。所述细胞培养筒201通过嵌设于所述限位孔304和限位板305穿孔内的限位插销306固定于所述U型支撑臂105上。
在其中的一个实施例中，如图8和图9所示，所述翻转组件300还包括设置于所述桥接板104上的可调节张紧轮307，所述可调节张紧轮307与所述传动皮带302相配合布置，以对传动皮带302进行调节。
如图9所示，本发明提供的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其工作原理如下：通过接种口202将培养基和免疫细胞接种液接入12L的细胞培养筒201内，并通过进气管道207补气进行免疫细胞的培养；在培养过程中，当需补加培养基时，需将免疫细胞与培养基分离以更换新的培养基，此时关闭翻转电机301，将两所述细胞培养筒201向内侧倾斜30-60°，并采用限位插销306将细胞培养筒201倾斜固定在所述U型支撑臂105上，启动所述电动离心转盘103以1200r/min进行高速转动，运行10min，对细胞培养筒201内的免疫细胞与培养基进行离心分离，分离后的上层培养基采用吸管从接种口202抽出，并从接种口202补加新的培养基，补加完毕后，抽掉限位插销306，继续启动翻转电机301进行缓慢翻转，实现培养过程中滚动温和，创造良好的悬浮细胞培养条件，从而实现细胞的动态培养。
该双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置通过简化免疫细胞的培养步骤，来促进癌症和其他疾病治疗，开创性取代传统细胞培养板、细胞培养瓶、细胞培养袋，克服了免疫细胞治疗(如NK细胞、CIK细胞、Car-T细胞、γδT细胞等)大规模应用的细胞培养障碍。该双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置专为悬浮细胞培养设计，相对传统细胞培养瓶、细胞培养板、细胞培养袋，更利于悬浮细胞的生长。
使用时，氧气从右固定轴内的进气管道进入细胞培养筒中培养体系内，为细胞培养提供更好的氧气交换，二氧化碳直接从排气管道排出不会影响细胞培养环境。细胞培养筒内的培养基的液面很高，远超过普通培养瓶或者培养袋的限度；且通过翻转组件控制左右两侧的细胞培养筒进行滚动翻转，从而对细胞培养筒内培养基进行滚动式搅拌，以使培养基中的溶质自由移动至细胞，不需要复杂的混合设备。以及还可通过分离支撑组件可控制左右两侧倾斜固定的细胞培养筒在电动离心转盘的作用下进行离心运动，使得细胞培养筒内的培养细胞与培养基离心分离，培养细胞积聚在细胞培养筒的底部，便于抽出使用后的培养基，更换新的培养基，而无需将细胞悬浮液整体倒出进行单独分离，大大缩短的培养时间，减少了对细胞的损伤，提高了细胞培养效率。
根据上述使用方法，采用本发明提供的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置对NK细胞进行扩增培养，培养制备的NK细胞悬液在10倍物镜下的细胞图片如图13和图14所示。
此外，将采用本发明提供的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置培养获得的NK细胞悬液采样送上海金域医学检验所进行检测，采样时间为2020年01月14日，送检时间为2020年01月14日，试验号为XKY-IP0853，具体检测结果如下表所示：
项目 送检标本 检测方法 结果％
CD3-CD56+NK细胞/淋巴细胞 无肉眼可见异常 流式细胞术 92.00
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，包括分离支撑组件(100)、设置于所述分离支撑组件(100)上的双筒培养组件(200)以及用于驱动所述双筒培养组件(200)转动的翻转组件(300)，其中：
所述分离支撑组件(100)包括电动离心转盘(103)、桥接板(104)和分别设置于所述桥接板(104)两端的U型支撑臂(105)，且所述桥接板(104)固定设置于所述电动离心转盘(103)的旋转台面上；
所述双筒培养组件(200)包括两细胞培养筒(201)和分别通过轴承活动设置于所述细胞培养筒(201)两侧壁的左固定轴(205)和右固定轴(206)，所述细胞培养筒(201)通过其两侧壁设置的所述左固定轴(205)和右固定轴(206)固定连接所述U型支撑臂(105)，所述细胞培养筒(201)以所述左固定轴(205)和右固定轴(206)为中心轴在所述U型支撑臂(105)上进行翻转；以及
所述翻转组件(300)包括翻转电机(301)、传动皮带(302)和分别套设于所述左固定轴(205)上的翻转轮(303)，所述翻转轮(303)固定焊接于所述细胞培养筒(201)上，两所述翻转轮(303)之间通过所述传动皮带(302)连接，且所述传动皮带(302)连接所述翻转电机(301)，所述翻转电机(301)设置于所述桥接板(104)上。
2.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述分离支撑组件(100)还包括底座(101)和设置于所述底座(101)上的支撑柱(102)，所述支撑柱(102)顶部固定设置有所述电动离心转盘(103)。
3.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养筒(201)为双锥形细胞培养筒，其顶部设置有接种口(202)，其底部设置有排料口(203)。
4.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养筒(201)顶部设置有排气管道(204)。
5.根据权利要求4所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述右固定轴(206)为中空轴，其内设置有延伸至所述细胞培养筒(201)内的进气管道(207)。
6.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述左固定轴(205)和所述右固定轴(206)之间通过U型固定桨(208)连接，且所述U型固定桨(208)上开设有若干通孔(209)。
7.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述翻转轮(303)端面开设有若干呈圆形分布的限位孔(304)。
8.根据权利要求7所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述U型支撑臂(105)的一端焊接有与所述翻转轮(303)相对应布置的具有穿孔的限位板(305)，所述限位板(305)和所述翻转轮(303)之间通过限位插销(306)限位连接。
9.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，所述翻转组件(300)还包括设置于所述桥接板(104)上的可调节张紧轮(307)，所述可调节张紧轮(307)与所述传动皮带(302)相配合布置。
10.根据权利要求1所述的双筒离心式大规模悬浮型细胞培养装置，其特征在于，启动所述电动离心转盘(103)进行离心时，两所述细胞培养筒(201)向内侧倾斜30-60°固定于所述U型支撑臂(105)上。
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