CN112986545A - 一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，属于肿瘤研究技术领域，包括主体、半透膜、第一玻璃罩以及注射组件。主体包括宽度逐渐减小的流道，第一玻璃罩与主体间隔设置，半透膜位于主体和第一玻璃框之间，注射组件用于将含有肿瘤细胞的液体注入流道内，模拟肿瘤细胞在血管中的流动，液体在流动时会对肿瘤细胞施加流体剪切力。由于第一玻璃罩对应流道各个位置中的液体流速是不一样的，从而产生的流体剪切力也不一致。因此，可以根据第一玻璃罩上各个位置侵袭过半透膜的肿瘤细胞数量来判断液体流动产生的流体剪切力对肿瘤细胞侵袭和转移的影响，初步评判肿瘤细胞在体内不同力学刺激情况下的侵袭及转移行为的倾向性。

Description

一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置

技术领域

本发明涉及肿瘤研究技术领域，具体而言，涉及一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置。

背景技术

世界卫生组织/国际癌症研究署(WHO/IARC)于2020年发布了最新版全球癌症报告，即《2020全球癌症报告》，报告显示，2018年全球新发癌症例数为1810万，预计到2040年，全球癌症新发例数将超过2700万。2018年全球癌症死亡人数约955万人，较2014年增加72万。估计2010年由癌症导致的年度经济总费用约为1.16万亿美元。癌症严重危害着人类的生命健康，并给人类造成了巨大的经济负担。癌症带来的经济影响很大且在不断加剧。肿瘤细胞的迁移和侵袭是癌症致死的重要因素，因此，对于肿瘤细胞的迁移和侵袭的研究显得尤为重要。

肿瘤细胞在发生发展过程中受到多种生物化学及生物物理因素的影响与调控。大量研究证实，肿瘤细胞周围因液体流动而产生的流体剪切力，是影响肿瘤发生发展的重要影响因素，在调控肿瘤细胞的侵袭和转移中发挥重要作用。然而，现有的肿瘤研究模型无法实现在体内实时观测流体剪切力对肿瘤细胞迁移和侵袭行为的影响。此外，在体内，肿瘤细胞的侵袭具有十分显著的倾向性，不同力学刺激下其迁移和侵袭的能力及侵袭的对象组织和器官大相径庭。因此，迫切需要构建一种能够在体外对不同大小的流体剪切力调控肿瘤细胞迁移及侵袭进行实时观察的模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是公开一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，以改善上述的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于上述的目的，本发明公开了一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，包括：

主体，所述主体包括流道、进口和出口，所述进口和所述出口分别位于所述流道的两端，所述流道的宽度沿所述进口朝向所述出口的方向逐渐减小；

支撑框，所述支撑框与所述主体连接，所述支撑框包括开口，在所述主体朝向所述支撑框的方向上，所述流道的投影全部位于所述开口内；

半透膜，所述半透膜位于所述主体和所述支撑框之间，所述流道与所述开口通过所述半透膜形成隔离，所述半透膜允许肿瘤细胞通过；

第一玻璃罩，所述第一玻璃罩安装于支撑框背离所述主体的一侧，以使所述第一玻璃罩与所述主体间隔设置；

第二玻璃罩，所述第二玻璃罩安装于所述主体背离所述支撑框的一侧；以及

注射组件，所述注射组件用于将含有所述肿瘤细胞的液体注入所述流道内。

可选地：所述注射组件包括：

注射结构；

控速结构，所述控速结构安装于所述注射结构与所述主体之间，所述控速结构用于控制所述液体进入所述流道时的速度。

可选地：所述控速结构包括：

管道，所述管道与所述进口连通；

挡片，所述挡片安装于所述管道内，所述挡片上设置有进水口；

安装部，所述安装部安装于所述管道内，所述安装部与所述挡片间隔设置，所述安装部上设置有出水口，所述出水口与所述进口连通；

控制部，所述控制部位于所述管道内，且所述控制部能够在所述管道内移动，所述控制部位于所述挡片和所述安装部之间，所述控制部的直径沿朝向所述安装部的方向逐渐减小，所述控制部的最大直径大于所述进水口，且所述控制部的最小直径小于所述出水口；以及

弹性件，所述弹性件安装于所述控制部和所述安装部之间，所述弹性件令所述控制部具有朝向所述挡片移动的趋势。

可选地：所述安装部包括：

固定块，固定块安装于所述管道，所述弹性件与所述固定块连接；以及

安装块，所述安装块呈管状，所述出水口位于所述安装块，所述安装块与所述固定块滑动连接，且所述安装块沿所述挡片与所述固定块的连接线方向相对于所述管道滑动。

可选地：所述安装块背离所述挡片的一端通过软管与所述主体连接。

可选地：所述安装块包括：

滑动环，所述滑动环与所述固定块滑动连接；

安装环，所述安装环与所述滑动块背离所述安装部的一端连接，所述安装环与所述滑动环转动连接，且所述安装环与所述固定块螺纹连接；以及

连接环，所述连接环套设于所述安装环，且所述连接环与所述安装环转动连接，所述软管背离所述主体的一端与所述连接环连接。

可选地：所述安装块还包括控制杆，所述控制杆与所述安装环连接。

可选地：所述管道上设置有多个卡槽，多个所述卡槽沿所述主体的周向间隔设置，所述控制杆包括第一杆和第二杆，所述第一杆与所述安装环连接，所述第二杆与所述第一杆背离所述主体的一端转动连接，转动所述第二杆以使所述第二杆离开或者进入所述卡槽。

可选地：所述出水口大于所述进水口。

可选地：所述弹性件为呈压缩状态的弹簧。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明公开的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置在使用时，第二玻璃罩、主体、半透膜、支撑块和第一玻璃罩沿竖直方向依次设置，利用注射组件能够将含有肿瘤细胞的液体注入主体上的流道内，含有肿瘤细胞的液体在沿流道流动时，其中的肿瘤细胞会穿过半透膜，然后落到第一玻璃罩上，肿瘤细胞分布在第一玻璃罩的形状与流道的形状一致，利用显微镜等设备对第一玻璃罩上的肿瘤细胞进行观察，可以对第一玻璃罩上各个位置的肿瘤细胞的数量进行大致的观察，由于第一玻璃罩对应流道各个位置中的液体流速是不一样的，从而产生的流体剪切力也不一致。因此，可以根据第一玻璃罩上各个位置侵袭过半透膜的肿瘤细胞数量来判断液体流动产生的流体剪切力对肿瘤细胞侵袭和转移的影响，进而初步评判肿瘤细胞在体内不同力学刺激情况下的侵袭及转移行为的倾向性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例公开的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置的俯视图；

图2示出了本发明实施例公开的主体的示意图；

图3示出了本发明实施例公开的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置的主视剖视图；

图4示出了本发明实施例公开的注射组件的示意图；

图5示出了本发明实施例公开的控速结构的示意图；

图6示出了本发明实施例公开的注射组件的仰视图；

图7示出了本发明实施例公开的管道的示意图；

图8示出了本发明实施例公开的挡片的示意图；

图9示出了本发明实施例公开的安装部的示意图；

图10示出了本发明实施例公开的安装块的示意图；

图11示出了本发明实施例公开的另一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置的俯视图。

图中：

100-主体；110-流道；120-进口；130-出口；200-注射组件；210-注射结构；220-控速结构；221-管道；2211-卡槽；222-挡片；2221-进水口；223-安装部；2231-出水口；2232-固定块；2233-安装块；2234-控制杆；2235-滑动环；2236-安装环；2237-连接环；2238-第一杆；2239-第二杆；224-控制部；225-弹性件；226-软管；300-支撑框；400-半透膜；500-第一玻璃罩；600-第二玻璃罩；700-连接管；800-压力泵。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中公开的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

参阅图1至图10，本发明实施例公开了一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其包括主体100、支撑框300、半透膜400、第一玻璃罩500、第二玻璃罩600以及注射组件200。

主体100包括流道110、进口120和出口130，进口120和出口130分别位于流道110的两端，流道110的宽度沿进口120朝向出口130的方向逐渐减小，含有肿瘤细胞的液体在流道110内流动；支撑框300与主体100连接，支撑框300包括开口，在主体100朝向支撑框300的方向上，流道110的投影全部位于开口内，即当有物质在主体100朝向支撑框300的方向上移动时，不会受到支撑框300的阻挡；半透膜400位于主体100和支撑框300之间，流道110与开口通过半透膜400形成隔离，在本实施例中，半透膜400被配置为只允许肿瘤细胞通过，以便将肿瘤细胞从液体中分离出来；第一玻璃罩500安装于支撑框300背离主体100的一侧，以使第一玻璃罩500与主体100间隔设置，第一玻璃罩500与主体100所形成的腔体可以用于暂时容置肿瘤细胞，侵袭过半透膜400的肿瘤细胞可以直接落在第一玻璃罩500上，方便后续的观察和研究；第二玻璃罩600安装于主体100背离支撑框300的一侧；注射组件200用于将含有肿瘤细胞的液体注入流道110内，注射组件200能够持续灌注液体，使含有肿瘤细胞的液体持续流动，其中液体对肿瘤细胞施加流体剪切力。

在本实施例中，流道110的高度可以是均匀设置，即当流道110的宽度发生改变时，其横截面积也就发生改变，对应的，当单位体积的流体在经过流道110的不同位置时，其流速也就不同，流道110可以是呈直线形，也可以是呈曲线形。

本实施例公开的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置在使用时，第二玻璃罩600、主体100、半透膜400、支撑块和第一玻璃罩500沿竖直方向依次设置，利用注射组件200能够将含有肿瘤细胞的液体注入主体100上的流道110内，含有肿瘤细胞的液体在沿流道110流动时，其中的肿瘤细胞会穿过半透膜400，然后落到第一玻璃罩500上，肿瘤细胞分布在第一玻璃罩500的形状与流道110的形状一致，利用显微镜等设备对第一玻璃罩500上的肿瘤细胞进行观察，可以对第一玻璃罩500上各个位置的肿瘤细胞的数量进行大致的观察，由于第一玻璃罩500对应流道110各个位置中的液体流速是不一样的，从而产生的流体剪切力也不一致。因此，可以根据第一玻璃罩500上各个位置侵袭过半透膜的肿瘤细胞数量来判断液体流动产生的流体剪切力对肿瘤细胞侵袭和转移的影响，进而初步评判肿瘤细胞在体内不同力学刺激情况下的侵袭及转移行为的倾向性。

在本实施例的一些实施方式中，注射组件200可以包括注射结构210和控速结构220，注射结构210用于暂存液体，并可以将液体注入控速组件内，控速结构220安装于注射结构210与主体100之间，控速结构220用于控制液体进入流道110时的速度。

具体的，控速结构220可以包括管道221、挡片222、安装部223、控制部224以及弹性件225。

管道221安装于主体100和注射结构210之间，主体100上的进口120通过该管道221与注射结构210形成连通，液体可以沿该管道221进入流道110内。挡片222安装于管道221内，在挡片222上可以设置进水口2221，安装部223与挡片222相对设置，在安装部223对应的位置上设置有出水口2231，安装部223同样位于管道221内，且安装部223与挡片222之间间隔一段距离。控制部224位于管道221内，且控制部224能够在管道221内移动，控制部224位于挡片222和安装部223之间，控制部224的直径沿朝向安装部223的方向逐渐减小，控制部224的最大直径大于进水口2221，且控制部224的最小直径小于出水口2231。弹性件225安装于控制部224和安装部223之间，且弹性件225令控制部224具有朝向挡片222移动的趋势，在常规状态下，在弹性件225的作用力下，控制部224抵接于挡片222，并将进水口2221封闭。

注射结构210安装于挡片222背离控制部224的一侧，通过注射结构210注射的液体沿进水口2221进入控速结构220内。

由于注射结构210在将液体注入控速结构220时，液体压力无法随时保持不变，这会影响后续的检测结果。而设置上述的控速结构220后可以克服这一问题。

液体进入管道221达到进水口2221时，在控制部224上形成作用力，该作用力令控制部224克服弹性件225的弹力朝向安装部223移动，此时进水口2221被打开；

当注射结构210的压力较大时，控制部224所受的作用力也就较大，控制部224朝向安装部223移动的距离就相对较大，此时控制部224在安装部223的出水口2231处的直径较大，液体能够沿出水口2231流动的开口就较小；而当注射结构210的压力较小时，控制部224所受的作用力也就较小，控制部224朝向安装部223移动的距离就相对较小，此时控制部224在安装部223的出水口2231处的直径较小，液体能够沿出水口2231流动的开口就较大。需要说明的是，当注射器压力较大时，沿控制部224与安装部223之间所形成的开口进入出水口2231的液体的速度较大，但此时控制部224与安装部223之间所形成的开口较小，而当注射器压力较小时，沿控制部224与安装部223之间所形成的开口进入出水口2231的液体的速度较小，但此时控制部224与安装部223之间所形成的开口较大，因此，即便注射结构210的压力改变，但是单位时间沿控制部224与安装部223之间所形成的开口进入出水口2231的液体的体积是相同的，而这可以保证当注射器压力改变时，液体进入流道110的流速始终保持一致。

进一步地，可以令出水口2231大于进水口2221。由于控制部224的一部分会位于出水口2231内，因此，液体只能沿控制部224与安装部223之间所形成的开口进入出水口2231内，令出水口2231大于进水口2221可以尽量扩大控制部224与安装部223之间所形成的开口，从而减缓液体进入出水口2231的流速，进而更加容易让进入流道110的液体保持匀速。

在本实施例中，安装部223可以包括固定块2232和安装块2233。固定块2232安装于管道221，弹性件225背离挡片222的一端与固定块2232连接；安装块2233呈管状，出水口2231位于安装块2233，安装块2233与固定块2232滑动连接，且安装块2233沿挡片222与固定块2232的连接线方向相对于管道221滑动。安装块2233背离挡片222的一端可以是通过软管226与主体100连接，以方便安装块2233来回滑动。

在安装块2233滑动时，不会对弹性件225造成影响，也不会对控制部224的位置造成影响，也就不会对挡片222与固定块2232之间的液体的压力造成影响，但是当安装块2233移动后，会改变控制部224与安装部223之间所形成的开口的大小，而当控制部224与安装部223之间所形成的开口变小时，液体的流量也就变小，此时液体进入流道110的初始速度变小，当控制部224与安装部223之间所形成的开口变大时，液体的流量也就变大，此时液体进入流道110的初始速度变大。

安装块2233可以包括滑动环2235、安装环2236以及连接环2237，滑动环2235、安装环2236以及连接环2237均呈管状。滑动环2235与固定块2232滑动连接，安装环2236与滑动块背离安装部223的一端连接，安装环2236与滑动环2235转动连接，且安装环2236与固定块2232螺纹连接，连接环2237套设于安装环2236，且连接环2237与安装环2236转动连接，软管226背离主体100的一端与连接环2237连接。

连接环2237的设置可以令软管226不受安装环2236转动的影响。在安装环2236转动时，能够带动滑动环2235移动，从该改变控制部224与安装部223之间所形成的开口的大小。在本实施例中，出水口2231可以设置的较长，由滑动环2235和安装环2236的空心部分共同组成该出水口2231，且出水口2231的直径可以是与进口120的直径相等。

作为本实施例的较优实施方式，安装块2233还可以包括控制杆2234，所述管道221上设置有多个卡槽2211，多个所述卡槽2211沿所述主体100的周向间隔设置，所述控制杆2234包括第一杆2238和第二杆2239，所述第一杆2238与所述安装环2236连接，所述第二杆2239与所述第一杆2238背离所述主体100的一端转动连接，转动所述第二杆2239以使所述第二杆2239离开或者进入所述卡槽2211。

在需要对液体的流速进行控制时，拨开第二杆2239，当第二杆2239离开卡槽2211后，可以通过第二杆2239和第一杆2238带动安装环2236转动，从而对滑动环2235的位置进行调控，操作简单省力。当滑动环2235被移动至合适的位置后，转动第二杆2239，令第二杆2239卡入就近的卡槽2211内，此时，利用第二杆2239的限制，可以将安装环2236与滑动环2235固定。

其中，弹性件225可以是呈压缩状态的弹簧，弹性件225可以是套设在滑动环2235外，但弹性件225与安装环2236不接触。

参阅图11，在本实施例中，还可以在主体100的出口130与注射组件200之间设置一根连接管700，令含有肿瘤细胞的液体在体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置内形成循环。

由于肿瘤细胞再循环液体中黏附并侵袭半透膜所需时间较长，且液体在流道内的流速较快，因此，从出口130处流出的液体内仍可能包含有大量的肿瘤细胞，设置连接管700可以令液体在流道110内进行多次循环，从而有效的提升肿瘤细胞在该装置中的滞留时间，给予其充足的黏附及侵袭时间，较充分的模拟体内肿瘤系统所处的循环环境。

在连接管700上可以设置一个压力泵800，用于将液体送入注射组件200，并为注射组件200提供一个初步的动力，以便于液体可以经由控速结构220进入流道110内。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，包括：

主体，所述主体包括流道、进口和出口，所述进口和所述出口分别位于所述流道的两端，所述流道的宽度沿所述进口朝向所述出口的方向逐渐减小；

支撑框，所述支撑框与所述主体连接，所述支撑框包括开口，在所述主体朝向所述支撑框的方向上，所述流道的投影全部位于所述开口内；

半透膜，所述半透膜位于所述主体和所述支撑框之间，所述流道与所述开口通过所述半透膜形成隔离，所述半透膜允许肿瘤细胞通过；

第一玻璃罩，所述第一玻璃罩安装于支撑框背离所述主体的一侧，以使所述第一玻璃罩与所述主体间隔设置；

第二玻璃罩，所述第二玻璃罩安装于所述主体背离所述支撑框的一侧；以及

注射组件，所述注射组件用于将含有所述肿瘤细胞的液体注入所述流道内。

2.根据权利要求1所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述注射组件包括：

注射结构；

控速结构，所述控速结构安装于所述注射结构与所述主体之间，所述控速结构用于控制所述液体进入所述流道时的速度。

3.根据权利要求2所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述控速结构包括：

管道，所述管道与所述进口连通；

挡片，所述挡片安装于所述管道内，所述挡片上设置有进水口；

安装部，所述安装部安装于所述管道内，所述安装部与所述挡片间隔设置，所述安装部上设置有出水口，所述出水口与所述进口连通；

控制部，所述控制部位于所述管道内，且所述控制部能够在所述管道内移动，所述控制部位于所述挡片和所述安装部之间，所述控制部的直径沿朝向所述安装部的方向逐渐减小，所述控制部的最大直径大于所述进水口，且所述控制部的最小直径小于所述出水口；以及

弹性件，所述弹性件安装于所述控制部和所述安装部之间，所述弹性件令所述控制部具有朝向所述挡片移动的趋势。

4.根据权利要求3所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述安装部包括：

固定块，固定块安装于所述管道，所述弹性件与所述固定块连接；以及

安装块，所述安装块呈管状，所述出水口位于所述安装块，所述安装块与所述固定块滑动连接，且所述安装块沿所述挡片与所述固定块的连接线方向相对于所述管道滑动。

5.根据权利要求4所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述安装块背离所述挡片的一端通过软管与所述主体连接。

6.根据权利要求5所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述安装块包括：

滑动环，所述滑动环与所述固定块滑动连接；

安装环，所述安装环与所述滑动块背离所述安装部的一端连接，所述安装环与所述滑动环转动连接，且所述安装环与所述固定块螺纹连接；以及

连接环，所述连接环套设于所述安装环，且所述连接环与所述安装环转动连接，所述软管背离所述主体的一端与所述连接环连接。

7.根据权利要求6所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述安装块还包括控制杆，所述控制杆与所述安装环连接。

8.根据权利要求7所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述管道上设置有多个卡槽，多个所述卡槽沿所述主体的周向间隔设置，所述控制杆包括第一杆和第二杆，所述第一杆与所述安装环连接，所述第二杆与所述第一杆背离所述主体的一端转动连接，转动所述第二杆以使所述第二杆离开或者进入所述卡槽。

9.根据权利要求3所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述出水口大于所述进水口。

10.根据权利要求3所述的体外模拟肿瘤细胞侵袭的力学实验装置，其特征在于，所述弹性件为呈压缩状态的弹簧。

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