CN112574882B - 一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，所述生物反应器设有集成了用于肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元、用于肿瘤干细胞耐药研究的第二液体培养单元、用于肿瘤干细胞迁移研究的第一凝胶培养单元和用于干细胞侵袭和诱导血管化研究的第二凝胶培养单元的细胞多功能培养模块。本发明将关于肿瘤干细胞功能研究的实验集成设计在小体积的微型生物反应器中，通过全自动化遥感控制，实现多组实验的无人操作与数据收集。每个液体培养单元都集成设计了各个培养单元的细胞进液通道、培养基进液通道和废液排出通道，可实现空间自动换液。水凝胶三维培养单元统一设计了自动微量加样枪，实现空间自动加样。

Description

一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器

技术领域

本发明涉及空间生物工程技术领域，尤其涉及一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器。

背景技术

肿瘤干细胞也被称作癌症干细胞，是指肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。肿瘤干细胞在肿瘤的形成、恶化、复发与转移起了重要作用。肿瘤干细胞和普通的肿瘤组织细胞不同。肿瘤干细胞自身分化较慢，但对很多物理化学损伤(如放疗和化疗)耐受，而且有研究证明化疗和放疗还能促进肿瘤干细胞的增殖。肿瘤干细胞被认为是肿瘤治疗复发的根源。因此研究肿瘤干细胞并开发靶向肿瘤干细胞的药物具有至关重要的意义和价值。

生物反应器(bioreactor)为干细胞培养提供了一种有效的方法，利用生物反应器培养干细胞能实现规模化扩增。并能有效地维持干细胞的未分化特性.进而满足临床上细胞治疗量的要求。至今，已经发展出了多种类型的生物反应器。

滚瓶式生物反应器(roller bottles bioreactor)：此种方法利用转瓶培养器在不断摇动的细胞培养箱中进行细胞培养。此种方法操作最简单，转瓶培养

器具有使用方便、价格低廉等特点。但此种培养体系只适合于贴壁依赖型细胞的培养。

搅动悬浮培养生物反应器(stirred suspension bioreactoq，SSB)，通常由罐体、管路、阀门、泵和马达等组成，由马达带动桨叶混合培养液，通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，罐体上安装的不同传感器在线持续检测培养液的pH、温度、溶氧等参数。SSB培养过程中的各种理化参数的变化可以得到更好的监控。但是搅动会对细胞造成一定的损伤，死细胞比较多，另外也会存在微载体黏连细胞或细胞聚团的现象发生。

平板型生物反应器(parallel plates bioreactor，PPB)：此系统通常由多层平板、中空支架和外壳三部分组成。平板与平板之间隔开固定于中空支架上，中空支架是直径为1cm的空心圆柱体，上端开口、下端封闭。每层平板上都有一层纤维支架，作为细胞附着的载体。在柱体上侧还开有四条纵长的侧孔，这些侧孔被层层支架分割成一个个小孔分布于每两层支架之间，这些小孔的作用是用于细胞的培养和培养液的循环。此种体系可实现细胞的大规模培养，其培养过程中细胞新陈代谢产生的副产物可以随时去除，使其有毒代谢物含量比较低，但是同时细胞培养中产生的分泌性因子也随之减少，对细胞培养也有一定的害处。

固定流化床式生物反应器(fixed and fluidized bed bioreactor)：通过3D支架来为细胞的贴壁和生长提供依附，细胞被固定在多孔的载体上，载体固定在中空管中，培养基在管内流动。在固定床中，培养基在载体间流通，在流化床中载体在培养基的上升流作用下流动，培养基在床体问流动，随着流动，床体高度增加。在此种体系中细胞与细胞间、细胞与基质间的相互作用能更好地模仿生物体内的复杂结构，更有助于细胞的生长。但相比于其他生物反应器，不能进行大规模的扩增细胞。

航天技术的发展，使生命保障技术和生物学专家认识到，载人航天的目标不只是近地轨道上的短期飞行，还有月球基地、火星基地和更加遥远的深空探测和驻地，要实现伟大目标，必须依靠生物再生生命保障系统技术。在科学家基于空间环境特点，人工设计建造的密闭微生态循环系统中，生物技术，尤其是细胞学，承担了生命科学的主要任务。在太空中进行培养细胞，既可以了解在微重力环境中各类细胞的代谢活性改变，以便掌控物种的改变、太空人健康的改变，同时可以通过在太空中模拟地面重力环境进行各类细胞培养，以解决未来太空人长期在太空中需要进行机体健康提升、细胞抗衰老、细胞治疗等需求。

研究表明空间微重力会对细胞的增殖、分化和基因表达产生影响，如微重力可以加速内皮前体细胞向血管细胞分化，也会增强间充质干细胞的增殖与分化。也有研究表明微重力会降低非小细胞肺癌干细胞的干性并促使其凋亡，这对于彻底治愈癌症具有重要的意义，但关于微重力对肿瘤干细胞的研究很少，且已有的研究也仅仅停留在微重力模拟实验，很难严格意义模拟空间的微重力环境。随着微卫星的快速发展，可以为空间生物学研究提供便捷又经济的研究平台，因此设计发明基于微小卫星的肿瘤干细胞多功能生物反应器具有重大的研究意义和商业价值。

中国专利CN108715809A公开了一种空间站细胞培养瓶及辅助装置，包括培养瓶体和与其配合的辅助运转装置，细胞培养瓶包括连接培养瓶各环的端盖，端盖上开有通气孔；两侧端盖上设置有螺纹接头，端盖内部含有灌流通道，可将细胞液用注射器通过螺纹接头注入灌流通道，沿瓶体灌流通道经支流通道输送至培养室；细胞培养瓶辅助装置包括机架，机架上的传动固定机构，传动固定机构包括限位支架、限位轮与机架共同限制太空微重力环境细胞培养瓶的位置，并通过计算机与中央控制器对微电机经皮带，驱动转轮进行转速控制驱动细胞培养瓶旋转。

陈钰,杨春华,樊云龙,等.一种空间细胞培养与在线观测一体化装置的研制[J].生命科学仪器,2019(3):35-40.报道了一种空间细胞培养与在线观测一体化装置的研制与相关性能测试结果。该装置由专用培养单元、通用培养单元和通用操作单元组成，培养基由注射泵驱动，其余液体试剂由蠕动泵驱动。专用培养单元的主要功能是开展细胞间接共培养实验；通用培养单元是通用细胞培养平台；通用操作单元可驱动多种试剂进人通用培养单元中完成固定、裂解、染色或消化等操作。装置内通用培养模块和专用培养模块均配有可调焦可见光显微成像系统，可对培养的细胞进行实时观测并记录细胞的形态。

由于微小卫星的体积小、无人操作和不可回收等特征使得生物反应器的设计面临着较大的挑战与遇到以下问题：

(一)微小卫星重量轻、体积小，这就要求内部的实验装置都实现微型化，传统的陆地或空间站的细胞生物反应器已经不能满足微小卫星的要求。

(二)微小卫星不能搭载人，因此微小卫星上的实验都需要高度智能与自动化。

(三)微小卫星由于技术成本和技术实现，大部分不会回收，因此对生物反应器的设计需要高度集成并多功能化。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，所述生物反应器集成了用于肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元、用于肿瘤干细胞耐药研究的第二液体培养单元、用于肿瘤干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元和用于干细胞侵袭与血管化研究的第二水凝胶三维培养单元的细胞多功能培养模块。

根据一种优选的实施方式，所述生物反应器设置有独立地存储分别供给所述第一液体培养单元新鲜培养基和供给所述第二液体培养单元的药物培养基的存储模块。

根据一种优选的实施方式，所述新鲜培养基通过设置有遥控的第一蠕动泵和第一阀门的第一软管与所述第一液体培养单元连通，所述药物培养基通过设置有遥控的第二蠕动泵和第二阀门的第二软管与所述第二液体培养单元连通。

根据一种优选的实施方式，所述第一水凝胶三维培养单元和第二水凝胶三维培养单元各自为封闭的结构，单元内填充供细胞生长的基质胶。

根据一种优选的实施方式，所述第一水凝胶三维培养单元和第二水凝胶三维培养单元分别配设有远程遥控的第一微量加液枪和第二微量加液枪。

根据一种优选的实施方式，所述第一液体培养单元和第二液体培养单元分别配设有第一废液回收单元和第二废液回收单元，所述第一液体培养单元与所述第一废液回收单元通过设有远程遥控的第三阀门的第三软管连通，所述第二液体培养单元与所述第二废液回收单元通过设有远程遥控的第四阀门的第四软管连通。

根据一种优选的实施方式，所述第一微量加液枪和第二微量加液枪内储备有待研究的干细胞，在进入空间分别对所述第一水凝胶三维培养单元和第二水凝胶三维培养单元进行加样。

本发明还公开一种基于微卫星的干细胞实验方法，集成了肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元、用于干细胞耐药研究的第二液体培养单元、用于干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元和用于干细胞侵袭研究的第二水凝胶三维培养单元的细胞多功能培养模块同步进行干细胞的自我更新与增殖、耐药、迁移和侵袭实验。

根据一种优选的实施方式，在地面进行所述第一液体培养单元和第二液体培养单元的细胞接种，将细胞输入培养单元直至充满，待卫星进入轨道后分别进行自我更新与增殖和耐药实验。

根据一种优选的实施方式，在地面上在所述第一水凝胶三维培养单元和第二水凝胶三维培养单元中加入液态的基质胶，于培养箱进行孵育，其中，所述第二水凝胶三维培养单元在地面上完成互作细胞的准备。

本发明的有益技术效果包括以下一项或多项：

由于在微小卫星平台具有无人操作、体积小，不回收等特点，而已有关于细胞，尤其是肿瘤干细胞的培养及实验都在低吸附的培养板和培养皿中进行，培养体积大，而且需要单孔单孔的人工操作，操作步骤繁琐且造成试剂的浪费，最重要的是不适于在微小卫星上应用。因此为了得到更多有用的研究数据，本发明将关于肿瘤干细胞功能研究的实验，包括自我更新、耐药、迁移和浸润，集成设计在小体积的反应器中，并通过全自动化遥感控制，实现多组实验的无人操作与数据收集。

在小体积的反应器上，设计了液体培养单元分别用于研究肿瘤干细胞的增殖和耐药。每个液体培养单元都集成设计了各个培养单元的细胞进液通道、培养基进液通道和废液排出通道，可实现空间自动换液。水凝胶三维培养单元分别包括了肿瘤干细胞的迁移单元和侵袭浸润单元。水凝胶三维培养单元统一设计了自动微量加样枪，实现空间自动加样。

附图说明

图1是本发明的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器的结构示意图。

附图标记列表

100：第一液体培养单元 200：第二液体培养单元

300：第一水凝胶三维培养单元 400：第二水凝胶三维培养单元

500：存储模块

101：新鲜培养基 201：药物培养基

102：第一蠕动泵 103：第一阀门

104：第一软管 105：第三阀门

106：第三软管 107：第一废液回收单元

108：第一细胞悬浮培养单元

202：第二蠕动泵 203：第二阀门

204：第二软管 205：第四阀门

206：第四软管 207：第二废液回收单元

208：第二细胞悬浮培养单元

301：第一微量加液枪 401：第二微量加液枪

具体实施方式

下面结合附图1进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种基于微卫星的空间全自动多功能肿瘤干细胞生物反应器，如图1所示，生物反应器集成了用于肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元100、用于干细胞耐药研究的第二液体培养单元200、用于干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元300和用于干细胞侵袭研究的第二水凝胶三维培养单元400的细胞多功能培养模块。

优选地，第一液体培养单元100由多个第一细胞悬浮培养单元108优选级联或串联地构成。第二液体培养单元200由多个第二细胞悬浮培养单元208级联或串联构成。每个第一细胞悬浮培养单元108和第二细胞悬浮培养单元208均设有进液口和出液口。培养基的出液口设置有细胞截留微柱阵列，以阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞随废液排出。第一和第二水凝胶三维培养单元顶部安装自动微型进样器。优选的，进液口设置有过滤膜以缓冲培养基的进液速度从而减小培养液剪切力对细胞的损伤，同时阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞返流回培养基的进液管道。流体剪切力对于细胞的形态和生长具有一定影响。过大的剪切力可能造成细胞的损伤。优选的，进液口的过滤膜能够缓冲培养基的进液速度。根据一种优选的实施方式，培养基进液口设置有孔径在0.1μm至2.0μm范围内的不同孔径的过滤膜，过滤膜可进行切换。通过进液速度和过滤膜孔径的协同调整配合观察形成的不同流体剪切力对第一和第二细胞悬浮培养单元中的肿瘤干细胞的生长增殖的影响。

优选的，过滤膜的孔径为0.22μm。通过该方式，不仅可以缓冲进液的速度，减少培养液剪切力对细胞的损伤，还可以对培养基起到过滤及除菌的作用，阻止培养单元的细胞返流回进液管道。

根据一种具体的实施方式，过滤膜设置在第一和第二培养单元的进液口的共同的上游，即，多个培养单元共用相同的过滤膜。根据另一种具体的实施方式，第一和第二培养单元分别设置单独的过滤膜。通过这种设置方式，不仅能够减小培养液剪切力对细胞的损伤，同时还能够阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞返流回培养基的进液管道。

本实施例的空间全自动多功能生物反应器，设计了多功能培养单元，包含了第一和第二液体培养单元以及第一和第二水凝胶三维培养单元，可在无人操作的微卫星环境同时实现多组肿瘤干细胞实验，即肿瘤干细胞自我更新与增殖、肿瘤干细胞耐药实验和肿瘤干细胞的迁移侵袭实验。本实施例通过模块化设计，将肿瘤干细胞功能研究的不同模块集成在一个小体积的反应器中，并设计小体积的培养液供给模块和废液回收模块，通过远程遥控的手段，实现微卫星上的全自动的肿瘤干细胞功能实验与数据收集。

优选地，生物反应器设置有独立地存储分别供给第一液体培养单元100的新鲜培养基101和供给第二液体培养单元200的药物培养基201的存储模块500。优选地，新鲜肿瘤干细胞培养基101成分为DMEM/F12、B27、EGF和FGF，药物培养基201成分为加入抗肿瘤药物5-FU的肿瘤干细胞培养基。优选地，新鲜培养基101和药物培养基201分别以存储包的形式存放于存储模块500中。存储包的封口处连接医用的无菌硅胶软管，用于液体输送。软管上安装了微型蠕动泵和阀门，用于将存储包中的液体泵出并输送至细胞培养单元。阀门的设置用于阻止管路中液体的回流。

优选地，新鲜培养基101通过设置有遥控的第一蠕动泵102和第一阀门103的第一软管104与第一液体培养单元100连通，药物培养基201通过设置有遥控的第二蠕动泵202和第二阀门203的第二软管204与第二液体培养单元200连通。第一蠕动泵和第二蠕动泵按照以下方式设置，即第一蠕动泵以第一功率工作，第二蠕动泵以第二功率工作，第一功率小于第二功率，第一功率和第二功率具有功率差以克服细胞截留微柱阵列的粘性力和表面张力的阻滞作用，使得第一速度和第二速度大致相等，并可通过调节第一功率和第二功率的相对大小并与细胞截留微柱阵列的参数，例如直径和间距相配合，调控新鲜培养基的进液速度和细胞培养代谢废物的排出速度，维持第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞培养环境稳定，提高空间中三维细胞培养的成功率。

优选地，第一水凝胶三维培养单元300和第二水凝胶三维培养单元400各自为封闭的结构，单元内填充供细胞生长的基质胶。第一和第二水凝胶三维培养单元采用ECM基质，用于实现CSC的迁移和侵袭实验。

优选地，第一水凝胶三维培养单元300和第二水凝胶三维培养单元400分别配设有远程遥控的第一微量加液枪301和第二微量加液枪401。每个水凝胶三维培养单元的顶端安装了自动的微量加液枪，用于在空间实现自动向基质胶加细胞样本的功能。优选地，每个自动微量加样枪可实现同时对6至12的单元自动定量加样。

优选地，第一液体培养单元100和第二液体培养单元200分别配设有第一废液回收单元107和第二废液回收单元207，第一液体培养单元100与第一废液回收单元107通过设有远程遥控的第三阀门105的第三阀门106连通，第二液体培养单元200与第二废液回收单元207通过设有远程遥控的第四阀门205的第四软管206连通。第一和第二废液回收单元包括了废液回收包及回收管道上的阀门。所有液体，包括液体培养基和废液的输送都是由无菌的医用硅胶软管连接，软管开头端安装蠕动泵，用于液体出入的控制。

优选地，第一微量加液枪301和第二微量加液枪401内储备有待研究的肿瘤干细胞，在进入空间分别对第一水凝胶三维培养单元300和第二水凝胶三维培养单元400进行加样，并通过全自动聚焦荧光显微镜定点观察干细胞的迁移与侵袭能力。

优选地，所有的进液管道上都设有微型蠕动泵和阀门，在出液管道设置了阀门，蠕动泵和阀门通过电子遥感技术控制开关，可以实现液体的进入和流出，阀门的设置为了防止液体的回流。

实施例2

本实施例公开一种基于微卫星的肿瘤干细胞实验方法，集成了肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元100、用于干细胞耐药研究的第二液体培养单元200、用于干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元300和用于干细胞侵袭与血管化研究的第二水凝胶三维培养单元400的细胞多功能培养模块同步进行干细胞的自我更新与增殖、耐药、迁移和侵袭实验。

优选地，在地面进行第一液体培养单元100和第二液体培养单元200的细胞接种，将细胞输入培养单元直至充满，待卫星进入轨道后分别进行自我更新与增殖和耐药实验。

优选地，在地面上在第一水凝胶三维培养单元300和第二水凝胶三维培养单元400中加入低温液化的基质胶，于培养箱进行孵育，优选于37℃培养箱孵育半小时，其中，第二水凝胶三维培养单元400在地面上完成互作细胞血管内皮细胞(HUVEC)细胞的铺备。

本实施例提供的基于微卫星的干细胞实验方法为：

将生物反应器的新鲜培养基存储包、药物培养基存储包、液体管道和细胞培养模块、第一和第二废液回收单元、第一和第二微量加样枪灭菌后，在超净工作台组装。

第一和第二液体培养单元100和200，可以在地面上实现细胞接种。将细胞通过进液口输入培养单元直至液体充满。待卫星进入轨道后进行后续实验自动操作。第一和第二水凝胶三维培养模块，可在地面上通过加样枪加入处于液态的基质胶，而后放置在37度培养箱孵育半小时，实现细胞基质胶的铺备。其中，第二水凝胶三维培养单元400，在地面上将在4℃液化的基质胶注入各个培养单元中，置于37℃培养箱中固化孵育30分钟，而后将带有红色荧光蛋白(RFP)标记的血管内皮细胞(HUVEC)悬液铺在固化的基质胶上，充满空腔，培养24小时。在地面上在加样枪的管腔中吸入含有绿色荧光蛋白(GFP)标记的肿瘤干细胞微球(直径50um)的干细胞悬液，在太空中，经过遥感控制加样器统一将干细胞肿瘤球加入培养单元中的基质胶内，具体地，直接利用自动加样器外力将少量细胞挤入细胞悬浮培养单元的水凝胶中，而后每隔12小时，用全自动共聚焦显微镜拍摄一次，观察肿瘤球在培养腔基质胶中的浸润与对血管内皮层细胞的侵袭及诱导血管化的能力。

优选地，使用商业化的基质胶作为水凝胶，其分离自小鼠肉瘤的可溶性基底膜提取物，该肿瘤富含ECM蛋白，如层粘连蛋白(主要成分)、IV型胶原、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖、巢蛋白和多种生长因子。

待微卫星进入轨道后，可地面遥控实现第一液体培养单元100的自动换液，遥控第一阀门103、第三阀门105和第一蠕动泵102的开关。打开蠕动泵和液流通路的阀门，新鲜培养基101可以在第一蠕动泵102的推力下进入培养小室的通道进而进入第一液体培养单元100，将旧的培养基挤出培养小室，流到第一废液回收单元107中。根据流速判定流入体积，待液新鲜培养液再次充满培养小室，遥控关闭第一阀门103、第三阀门105和第一蠕动泵102。

第二液体培养单元200的实施方式类似于第一液体培养单元100。遥控自动聚焦显微镜拍摄肿瘤干细胞肿瘤微球，待微球直径在50μm左右，开始遥控第二阀门203、第四阀门205和第二蠕动泵202的打开，实施药物培养基201的添加，待药物培养基201完成替换后，遥控关闭第二阀门203、第四阀门205和第二蠕动泵202。

第一水凝胶三维培养单元300，待微小卫星进入轨道后，遥控第一微量加样枪，将一定体积的肿瘤干细胞基质胶轻轻加入到第一水凝胶三维培养单元300的基质胶中，完成加样。

第二水凝胶三维培养单元400待微小卫星进入轨道后，遥控第二微量加样枪，将一定体积的肿瘤干细胞基质胶轻轻加入到已经长有互作细胞的第二水凝胶三维培养单元400的基质胶中，完成加样。

以上所有模块的实验数据可通过自动聚焦荧光显微镜实现数据采集，并将图片信息传递回地球。

根据一种具体的实时方式，在卫星发射前1小时，将消化好的乳腺癌肿瘤干细胞以100个/孔接种在第一和第二液体培养单元。第一和第二水凝胶三维培养单元则用4℃融化的液态基质胶灌注到培养小室，放置于37℃培养箱中孵育半小时，之后将混有乳腺癌肿瘤干细胞的粘性生物墨水吸入第一和第二微量进样枪，而后将活塞顶部与电控外力探头连接。第一液体培养单元100与新鲜培养基存储包和第一废液回收单元107连接。第二液体培养单元200与药物培养基存储包和第二废液回收单元207连接。待微卫星进入轨道后，遥控打开第一水凝胶三维培养模块的第一微量加样枪，第二水凝胶三维培养模块的第二微量加样枪，将固定体积的包含乳腺癌干细胞的生物墨水挤压进第一和第二水凝胶三维培养单元。每天遥控自动聚焦显微镜，收集细胞迁移的实验结果。待微卫星在轨道运行4天后，肿瘤干细胞悬浮培养成50μm的肿瘤微球，地面遥控打开新鲜或药物培养基的蠕动泵及相应的进液和废液阀门，将新鲜或药物培养基泵入进液管道，流入液体培养单元并将旧的培养基挤出液体培养单元。待废液流出后，关闭废液通道的阀门，继续泵入新鲜或药物培养基，待液体再次充满培养小室，则遥控关闭蠕动泵和进液通道的阀门，对肿瘤干细胞实现了自动换液和自动加药的过程。后期通过遥控每天遥控自动聚焦显微镜，收集细胞增殖与耐药的实验结果。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，其特征在于，所述生物反应器集成了用于肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元（100）、用于肿瘤干细胞耐药研究的第二液体培养单元（200）、用于肿瘤干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元（300）和用于肿瘤干细胞侵袭与诱导血管化研究的第二水凝胶三维培养单元（400）的细胞多功能培养模块；

所述生物反应器设置有分别供给所述第一液体培养单元（100）的新鲜培养基（101）和供给所述第二液体培养单元（200）的药物培养基（201）的培养基存储模块（500）；

所述新鲜培养基（101）通过设置有遥控的第一蠕动泵（102）和第一阀门（103）的第一软管（104）与所述第一液体培养单元（100）连通，所述药物培养基（201）通过设置有遥控的第二蠕动泵（202）和第二阀门（203）的第二软管（204）与所述第二液体培养单元（200）连通；

其中，第一液体培养单元（100）由多个第一细胞悬浮培养单元（108）级联或串联地构成；第二液体培养单元（200）由多个第二细胞悬浮培养单元（208）级联或串联构成；每个第一细胞悬浮培养单元（108）和第二细胞悬浮培养单元（208）均设有进液口和出液口；

培养基的出液口设置有细胞截留微柱阵列，以阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞随废液排出，进液口设置有过滤膜以缓冲培养基的进液速度从而减小培养液剪切力对细胞的损伤，同时阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞返流回培养基的进液管道。

2.如权利要求1所述的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，其特征在于，所述第一水凝胶三维培养单元（300）和第二水凝胶三维培养单元（400）各自为封闭的结构，单元内填充供细胞生长的基质胶。

3.如权利要求2所述的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，其特征在于，所述第一水凝胶三维培养单元（300）和第二水凝胶三维培养单元（400）分别配设有远程遥控的第一微量加液枪（301）和第二微量加液枪（401）。

4.如权利要求3所述的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，其特征在于，所述第一液体培养单元（100）和第二液体培养单元（200）分别配设有第一废液回收单元（107）和第二废液回收单元（207），所述第一液体培养单元（100）与所述第一废液回收单元（107）通过设有远程遥控的第三阀门（105）的第三软管（106）连通，所述第二液体培养单元（200）与所述第二废液回收单元（207）通过设有远程遥控的第四阀门（205）的第四软管（206）连通。

5.如权利要求4所述的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器，其特征在于，所述第一微量加液枪（301）和第二微量加液枪（401）内储备有待研究的肿瘤干细胞，在进入空间后分别对所述第一水凝胶三维培养单元（300）和第二水凝胶三维培养单元（400）进行加样。

6.一种使用根据权利要求1至5之一所述的基于微卫星的空间全自动多功能生物反应器进行干细胞实验的方法，其特征在于，生物反应器集成了用于肿瘤干细胞更新与增殖的第一液体培养单元（100）、用于肿瘤干细胞耐药研究的第二液体培养单元（200）、用于肿瘤干细胞迁移研究的第一水凝胶三维培养单元（300）和用于干细胞侵袭与诱导血管生成研究的第二水凝胶三维培养单元（400）的细胞多功能培养模块，同步进行肿瘤干细胞的自我更新与增殖、耐药、迁移和侵袭实验；

在地面进行所述第一液体培养单元（100）和第二液体培养单元（200）的细胞接种，将细胞输入培养单元直至充满，待卫星进入轨道后分别进行自我更新与增殖和耐药实验；

在地面上在所述第一水凝胶三维培养单元（300）和第二水凝胶三维培养单元（400）中加入液态的基质胶，于37度培养箱进行孵育，其中，所述第二水凝胶三维培养单元（400）在地面上完成互作细胞的准备，用于卫星平台研究肿瘤干细胞的迁移、侵袭及诱导血管化的研究；

其中，第一液体培养单元（100）由多个第一细胞悬浮培养单元（108）级联或串联地构成；第二液体培养单元（200）由多个第二细胞悬浮培养单元（208）级联或串联构成；每个第一细胞悬浮培养单元（108）和第二细胞悬浮培养单元（208）均设有进液口和出液口；

培养基的出液口设置有细胞截留微柱阵列，以阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞随废液排出，进液口设置有过滤膜以缓冲培养基的进液速度从而减小培养液剪切力对细胞的损伤，同时阻止第一和第二细胞悬浮培养单元内的细胞返流回培养基的进液管道。

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