CN113373054A - 癌细胞扩散偏好模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种癌细胞扩散偏好模拟装置，包括：癌细胞扩散装置，用于表征癌细胞在人体内的扩散；人体环境模拟装置，用于模拟人体血道环境；所述癌细胞扩散装置上设置朝向人体环境模拟装置的通透部，使得癌细胞扩散装置内的癌细胞可向人体环境模拟装置扩散。通过改变人体环境模拟装置中温度、流速以及培养液中的各种营养成分，并观察和记录各种参数下癌细胞通过通透部向外扩散的数量，从而了解癌细胞扩散的偏好。

Description

癌细胞扩散偏好模拟装置
技术领域
本发明涉及一种用于模拟人体环境收集癌细胞扩散偏好特征的装置，尤其是一种模拟人体血道环境从而收集癌细胞扩散偏好特征的装置。
背景技术
癌细胞是一种变异的细胞，是产生癌症的病源。癌细胞与正常细胞不同，有无限增殖、可转化和易转移三大特点，能够无限增殖并破坏正常的细胞组织。癌细胞除了分裂失控外(能进行无限分裂)，还会局部侵入周围正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。
癌细胞对扩散环境有一定的偏好，通过掌握癌细胞的扩散偏好可以用于预测癌细胞在人体中的扩散趋势及扩散区域。现有的设备很难模拟出人体尤其是血道环境从而观察癌细胞扩散偏好。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种癌细胞扩散偏好模拟装置，通过模拟人体血道环境来观察和收集癌细胞扩散偏好特征。
本发明采用的技术方案为：一种癌细胞扩散偏好模拟装置，包括：癌细胞扩散装置，用于表征癌细胞在人体内的扩散；人体环境模拟装置，用于模拟人体血道环境；所述癌细胞扩散装置上设置朝向人体环境模拟装置的通透部，使得癌细胞扩散装置内的癌细胞可向人体环境模拟装置扩散。本发明的原理在于通过改变人体环境模拟装置中温度、流速以及培养液中的各种营养成分，并观察和记录各种参数下癌细胞通过通透部向外扩散的数量，从而了解癌细胞扩散的偏好。
作为一种改进，所述癌细胞扩散装置包括初始仓，所述通透部包括开设在初始仓上的镂空；所述镂空上敷设有微孔薄膜，并且所述微孔薄膜上位于初始仓内部的一面涂覆有基质胶层；所述人体环境模拟装置包括模拟仓，所述初始仓的镂空部分位于模拟仓中；所述模拟仓内灌注有培养液；还包括控制模拟仓内培养液温度、流速的辅助模拟装置。
作为一种改进，所述辅助模拟装置包括培养液储罐，所述培养液储罐通过进液管和回液管分别与模拟仓连接；所述进液管上安装有促使培养液循环的脉冲泵以及为培养液加热的加热装置。
作为一种改进，所述加热装置包括筒体以及设置在筒体内与筒体同轴的中心筒；所述中心筒内上端和下端分别与筒体的上顶面和下顶面连接；所述中心筒设置有加热盘管，所述中心筒与筒体之间为消泡腔，所述消泡腔内设置有消泡棉；所述中心筒上开有与消泡腔连通的流道孔；所述加热装置的进液口与中心筒内腔连通，出液口与消泡腔连通。人体血液具有一定的温度，并且人体血液中不含气泡，因此为了更进一步的模拟人体学到的真实环境，将培养液加热到与人体血液温度相似，并消除培养液中的气泡，使得收集的信息更加的准确。
作为一种改进，所述消泡腔内设置有筒状的均液板，所述均液板上开有若干均液孔。进一步提高消泡的效果。
作为一种改进，所述脉冲泵包括一端封闭一端开口的活塞筒，所述活塞筒内设置有活塞；还包括设置在活塞筒封闭端上的进液口和出液口；所述进液口上设置有仅可向活塞筒内开启的单向阀I，所述出液口内设置有仅可向活塞筒外开启的单向阀II；还包括用于驱动活塞沿活塞筒运动的驱动装置。人体中血液的供给是依靠心脏收缩来进行的，因此血液的供给具有脉冲的特性。而一般的常用的泵供给液体均无脉冲特性。本发明为了进一步精确的模拟人体环境，同样采用脉冲的样式供给培养液，进一步保证数据的准确性。
作为一种改进，所述驱动装置为电机，所述电机输出端连接有曲轴；还包括连杆，所述连杆一端与活塞活动连接，另一端与曲轴连接。
作为一种改进，所述模拟仓为横卧的圆筒状，其下方设置有底座；所述模拟仓顶面开有若干螺纹孔；所述初始仓为管状，其外壁设置有与螺纹孔配合的外螺纹；所述初始仓一端敷设微孔薄膜，另一端设置有盖体。螺纹配合使得初始仓内稳固的固定在模拟仓上，并且通过旋动初始仓，可以调整初始仓探入模拟仓的深度。
作为一种改进，所述模拟仓上设置有泄压阀；所述泄压阀包括与模拟仓连接的阀体，所述阀体上开有泄压进口和泄压出口；所述泄压进口与泄压出口之间设置有活动的阀芯；还包括为阀芯施加预紧力的预紧弹簧，并且当泄压进口端的液压大于预紧弹簧的预紧力后阀芯开启使得泄压进口和泄压出口连通；所述泄压进口与模拟仓连接，所述泄压出口与培养液储罐连接。模拟仓内如果压力过大会影响癌细胞扩散，使得实验数据不准确。因此在模拟仓上设置一个泄压阀，利用泄压阀设定一个最大压力，使得压力超载后培养液会顶开阀芯流走，从而实现泄压的目的。
作为一种改进，所述预紧弹簧前端抵于阀芯上，后端抵于弹簧座上；所述弹簧座位置可调使得预紧弹簧的预紧力变化。调节弹簧座的位置可以让预紧弹簧压缩或者舒展，从而调整其对阀芯的预紧力。
本发明的有益之处在于：具有上述结构的癌细胞扩散偏好模拟装置，可以模拟设置人体血道环境并改变环境中温度、流速、营养成分等参数，并通过观察癌细胞在各种参数下的扩散情况，从而收集癌细胞扩散偏好的特征。该数据对癌症的预防和治疗具有重大参考意义。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为脉冲泵的结构示意图。
图3为加热装置的结构示意图。
图4为初始仓的结构示意图。
图5为泄压阀的结构示意图。
图中标记：1初始仓、2模拟仓、3培养液储罐、4脉冲泵、5加热装置、6泄压阀。
11初始仓本体、12微孔薄膜、13基质胶层、14盖体。
41活塞筒、42活塞、43进液口、44出液口、45单向阀I、46单向阀II、47连杆、48曲轴、49电机。
51筒体、52中心筒、53流道孔、54均液板、55消泡棉、56进液口、57出液口、58加热盘管。
61阀体、62阀座、63阀芯、64预紧弹簧、65弹簧座、66凹槽。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，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-图5所示，本发明包括：
癌细胞扩散装置，用于表征癌细胞在人体内的扩散；
人体环境模拟装置，用于模拟人体血道环境；
所述癌细胞扩散装置上设置朝向人体环境模拟装置的通透部，使得癌细胞扩散装置内的癌细胞可向人体环境模拟装置扩散。
具体地，所述癌细胞扩散装置包括初始仓1，所述通透部包括开设在初始仓1上的镂空；所述镂空上敷设有微孔薄膜12，并且所述微孔薄膜12上位于初始仓1内部的一面涂覆有基质胶层13；所述人体环境模拟装置包括模拟仓2，所述初始仓1的镂空部分位于模拟仓2中；所述模拟仓2内灌注有培养液。模拟仓2为横卧的圆筒状，其下方设置有底座；所述模拟仓2顶面开有若干螺纹孔；所述初始仓1包括管状的初始仓本体11，初始仓本体11外壁设置有与螺纹孔配合的外螺纹；所述初始仓1一端敷设微孔薄膜12，另一端设置有盖体14。为了方便观察，初始仓1和模拟仓2可选用亚克力制作。
其中，微孔薄膜12选用孔径为7.9～8.1μm的聚碳酸酯膜，而基质胶层13是从小鼠EHS肉瘤中提取的基质成分。将基层胶层13铺设在微孔薄膜12上能在微孔处形成基质膜，该基质膜与天然基质膜结构极为相似。由于微孔被基质膜覆盖，癌细胞无法自由穿过。而癌细胞为了通过该基质膜，必须分解水解酶并进行变形运动才能穿过，这又与人体内的情况极为相似。
涂覆有基质胶层13的微孔薄膜12位于初始仓1和模拟仓2之间，癌细胞位于初始仓1内。在模拟仓2内培养液的诱导下，癌细胞进行穿膜运动。通过一段时间的扩散，微孔薄膜12上附着的癌细胞的数量可对癌细胞扩散偏好进行判断。
为了进一步模拟人体血道内的情况，还可以设置控制模拟仓2内培养液温度、流速的辅助模拟装置。
具体地，辅助模拟装置包括培养液储罐3，所述培养液储罐3通过进液管和回液管分别与模拟仓2连接；所述进液管上安装有促使培养液循环的脉冲泵4以及为培养液加热的加热装置5。
加热装置5包括筒体51以及设置在筒体51内与筒体51同轴的中心筒52；所述中心筒52内上端和下端分别与筒体51的上顶面和下顶面连接；所述中心筒52设置有加热盘管58，加热盘管58最好为加热电阻丝。所述中心筒52与筒体51之间为消泡腔，所述消泡腔内设置有消泡棉55；所述中心筒52上开有与消泡腔连通的流道孔53；所述加热装置5的进液口56与中心筒52内腔连通，出液口57与消泡腔连通(位于消泡棉55外侧)。消泡腔内设置有筒状的均液板54，所述均液板54上开有若干均液孔。
脉冲泵4包括一端封闭一端开口的活塞筒41，所述活塞筒41内设置有活塞42；还包括设置在活塞筒封闭端上的进液口43和出液口44；所述进液口43上设置有仅可向活塞筒41内开启的单向阀I45，所述出液口44内设置有仅可向活塞筒41外开启的单向阀II；还包括用于驱动活塞42沿活塞筒41运动的驱动装置。所述驱动装置为电机49，所述电机49输出端连接有曲轴48；还包括连杆47，所述连杆47一端与活塞42活动连接，另一端与曲轴48连接。
另外，模拟仓2上设置有泄压阀6；所述泄压阀6包括与模拟仓2连接的阀体61，所述阀体61上开有泄压进口和泄压出口；所述泄压进口与泄压出口之间设置有活动的阀芯62；还包括为阀芯62施加预紧力的预紧弹簧64，并且当泄压进口端的液压大于预紧弹簧64的预紧力后阀芯63开启使得泄压进口和泄压出口连通；所述泄压进口与模拟仓2连接，所述泄压出口与培养液储罐3连接。
预紧弹簧64前端抵于阀芯62上，后端抵于弹簧座65上；阀体61内设置有阀座62，阀座62上开有通孔，弹簧座65上也开有通孔。阀芯63将阀座62上的通孔堵塞时，泄压进口和泄压出口就断开。所述弹簧座65位置可调使得预紧弹簧的预紧力变化。具体调节方式如下，弹簧座65与阀体61内壁为螺纹配合，通过弹簧座65背部的凹槽66可以旋动弹簧座65，使得弹簧座65的位置发生改变，从而压缩或者放松预紧弹簧64。
进行实验的时候，在初始仓1内注入营养成分较为稀薄的培养液，并将癌细胞植入其中。然后将初始仓1设置有通透部的一端旋入模拟仓2内。由于通透部具有通透性，使得模拟仓2内的营养液能对初始仓1中的癌细胞进行诱导。启动电机49，使得电机49带动曲轴48运动，曲轴48的旋转使得活塞42上下运动。活塞42向上运动的时候进液口43抽取培养液储罐3中的培养液，而出液口44上的单向阀II46封闭。活塞42向下运动时，进液口43上的单向阀I45封闭，培养液被压送到加热装置5，完全模拟人体心脏脉冲式的供血。培养液进入加热装置5后，利用加热盘管58加热到设定的温度，并通过消泡棉55消除气泡后进入模拟仓2。
癌细胞扩散实验以16小时左右为宜，时间太长癌细胞有可能完全穿透微孔薄膜从而被模拟仓内的培养液带走，使得实验结果不准确。
对癌细胞进行计数的方式如下：首先清理微孔薄膜涂覆有角质基层一面的非扩散癌细胞。然后将卡在微孔薄膜上癌细胞进行染色。最后进行拍照计数。通过扩散细胞的数量可以判断癌细胞对某个模拟参数的偏好度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于包括：
癌细胞扩散装置，用于表征癌细胞在人体内的扩散；
人体环境模拟装置，用于模拟人体血道环境；
所述癌细胞扩散装置上设置朝向人体环境模拟装置的通透部，使得癌细胞扩散装置内的癌细胞可向人体环境模拟装置扩散。
2.根据权利要求1所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述癌细胞扩散装置包括初始仓，所述通透部包括开设在初始仓上的镂空；所述镂空上敷设有微孔薄膜，并且所述微孔薄膜上位于初始仓内部的一面涂覆有基质胶层；
所述人体环境模拟装置包括模拟仓，所述初始仓的镂空部分位于模拟仓中；所述模拟仓内灌注有培养液；还包括控制模拟仓内培养液温度、流速的辅助模拟装置。
3.根据权利要求2所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述辅助模拟装置包括培养液储罐，所述培养液储罐通过进液管和回液管分别与模拟仓连接；所述进液管上安装有促使培养液循环的脉冲泵以及为培养液加热的加热装置。
4.根据权利要求3所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述加热装置包括筒体以及设置在筒体内与筒体同轴的中心筒；所述中心筒内上端和下端分别与筒体的上顶面和下顶面连接；所述中心筒设置有加热盘管，所述中心筒与筒体之间为消泡腔，所述消泡腔内设置有消泡棉；所述中心筒上开有与消泡腔连通的流道孔；所述加热装置的进液口与中心筒内腔连通，出液口与消泡腔连通。
5.根据权利要求4所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述消泡腔内设置有筒状的均液板，所述均液板上开有若干均液孔。
6.根据权利要求3所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述脉冲泵包括一端封闭一端开口的活塞筒，所述活塞筒内设置有活塞；还包括设置在活塞筒封闭端上的进液口和出液口；所述进液口上设置有仅可向活塞筒内开启的单向阀I，所述出液口内设置有仅可向活塞筒外开启的单向阀II；还包括用于驱动活塞沿活塞筒运动的驱动装置。
7.根据权利要求6所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述驱动装置为电机，所述电机输出端连接有曲轴；还包括连杆，所述连杆一端与活塞活动连接，另一端与曲轴连接。
8.根据权利要求3所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述模拟仓为横卧的圆筒状，其下方设置有底座；所述模拟仓顶面开有若干螺纹孔；所述初始仓为管状，其外壁设置有与螺纹孔配合的外螺纹；所述初始仓一端敷设微孔薄膜，另一端设置有盖体。
9.根据权利要求8所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述模拟仓上设置有泄压阀；所述泄压阀包括与模拟仓连接的阀体，所述阀体上开有泄压进口和泄压出口；所述泄压进口与泄压出口之间设置有活动的阀芯；还包括为阀芯施加预紧力的预紧弹簧，并且当泄压进口端的液压大于预紧弹簧的预紧力后阀芯开启使得泄压进口和泄压出口连通；所述泄压进口与模拟仓连接，所述泄压出口与培养液储罐连接。
10.根据权利要求9所述的一种癌细胞扩散偏好模拟装置，其特征在于：所述预紧弹簧前端抵于阀芯上，后端抵于弹簧座上；所述弹簧座位置可调使得预紧弹簧的预紧力变化。
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