CN113736658B - 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统 - Google Patents

人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113736658B
CN113736658B CN202111291792.9A CN202111291792A CN113736658B CN 113736658 B CN113736658 B CN 113736658B CN 202111291792 A CN202111291792 A CN 202111291792A CN 113736658 B CN113736658 B CN 113736658B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bioreactor
culture solution
oxygen
culture
stem cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111291792.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113736658A (zh
Inventor
李晓玉
陈晖�
马浩天
武威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Guowei Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Beijing Guowei Biotechnology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Guowei Biotechnology Co ltd filed Critical Beijing Guowei Biotechnology Co ltd
Priority to CN202111291792.9A priority Critical patent/CN113736658B/zh
Publication of CN113736658A publication Critical patent/CN113736658A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113736658B publication Critical patent/CN113736658B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20—Material Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10—Hollow fibers or tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/14—Scaffolds; Matrices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M37/00—Means for sterilizing, maintaining sterile conditions or avoiding chemical or biological contamination
    • C12M37/04—Seals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/26—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/32—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of substances in solution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/36—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/38—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of metabolites or enzymes in the cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control

Abstract

本发明提出了人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统，包括：培养模块，由多个纳米纤维管和一个基体而形成；所述基体具有由多条纤维支撑布形成的三维网状结构，多条纤维支撑布构成的基体上面形成有无数个小孔；生物反应器，上端具有输入管，其连接培养液存储器，用于接收从培养液存储器按照控制的流速和流量输入的培养液，生物反应器下端具有输出管，其通过阀门周期性地排出内部的培养液；生物反应器中包含有多孔载体，用于吸附所述培养液；培养液存储器，用于存储有培养液，起其底部设置有氧气容纳空间；控制系统，包括电子逻辑模块和远程计算装置，所述电子逻辑模块无线通信地耦合到远程计算装置。

Description

人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统
技术领域
本发明属于干细胞技术领域，具体涉及人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统。
背景技术
间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSC)是指一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞，主要来源于中胚层组织。从上世纪60年代，MSC首次在骨髓中发现并成功分离培养以来，后续研究者又从脂肪、胎盘、脐带、牙髓等组织分离得到MSC。MSC能够分化为多胚层多类型细胞，如外胚层的上皮样细胞；中胚层的脂肪细胞、软骨细胞、骨细胞等；内胚层的胰岛素分泌细胞等。MSC来源多样、易分离扩增培养、免疫原性低、更新和分化能力强、治疗范围广等。
间充质干细胞培养研究中普遍应用的是静态培养系统，如孔板和方瓶，静态培养中由于培养环境不均一，因此培养基中pH、溶氧和代谢物都存在浓度梯度。这些浓度梯度会由于所培养细胞的初始条件如接种密度、细胞类型分布、细胞本身扩增潜力不同而在各批之间造成很大的差异。而且静态培养不能实现在线监控，采集数据烦琐。另外静态培养系统能提供的表面积有限，不适合进行大规模培养。在实验室中生长骨移植物的传统尝试是基于在骨生成诱导因子存在下在静态条件下培养细胞/支架构建体。然而，由于营养供应差和代谢废物的去除，静态培养对于生长用于临床转化的厘米大小的骨移植物不是最佳的。
生物反应器能提供均一的环境，在取样、数据采集和培养条件控制等方面都优于静态培养。而且搅拌式反应器具有结构简单、易于放大、细胞收获方便、细胞培养环境易于控制、检测和优化等特点，因此目前已经为很多种动物细胞的培养所采用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统，包括：
培养模块，由多个纳米纤维管和一个基体而形成；所述基体具有由多条纤维支撑布形成的三维网状结构，多条纤维支撑布构成的基体上面形成有无数个小孔，所述无数个小孔具有不同的尺寸并且按照尺寸从上至下依次增大的顺序均匀地形成在所述基体上；所述多个纳米纤维管均匀间隔地布置在所述基体中，每个纳米纤维管中装有用于扩增的人脐带间充质干细胞，所述多个纳米纤维管的壁部形成有纳米尺寸气孔，所述纳米尺寸气孔三维地相互连接；
生物反应器，上端具有输入管，其连接培养液存储器，用于接收从培养液存储器按照控制的流速和流量输入的培养液，生物反应器下端具有输出管，其通过阀门周期性地排出内部的培养液；生物反应器中包含有多孔载体，用于吸附所述培养液；
培养液存储器，用于存储有培养液，起其底部设置有氧气容纳空间；所述氧气容纳空间通过上方的隔离膜隔离而成，用以向上方培养液中递送氧气；
控制系统，包括电子逻辑模块和远程计算装置，所述电子逻辑模块无线通信地耦合到远程计算装置，所述远程计算装置建立的生物反应器内流体流动和反应的三维稳态数学模型，根据细胞扩增速率调节三维稳态数学模型的输入参数，通过电子逻辑模块自动生成控制参数，控制氧气和培养液的输送速度；
代谢物浓度测量装置，用于测量来自生物反应器培养液的细胞代谢物的浓度；
生长速率测量装置，用于从一个纳米纤维管中测量干细胞培养物的生长速率。
进一步地，所述三维稳态数学模型采用下式进行表示：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
(1)；
式中：V表示生物反应器内培养液流动的速度；ｐ为生物反应器内压力；μ表示培养液的动力粘度；ρ为培养液密度；
生物反应器氧气的分布模型可用下式表示：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
式中：CO2表示氧气在生物反应器内的浓度；DO2则表示氧气在生物反应器内的扩散系数。
进一步地，所述基体通过不定向地多次层叠纤维支撑布来形成三维网状结构，在不同的纤维支撑布相接触的表面进行融合。
进一步地，所述三维网状结构的多条纤维支撑布中形成有使培养液通过的流路，从而向位于纳米纤维管内部的干细胞供给营养。
进一步地，所述纤维支撑布的形成成分选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰胺、聚氨基酸、聚丙烯胺组成的组中的一种以上的非生物降解性成分。
进一步地，所述输入管和输出管与生物反应器连接部周边包括防止流体从生物反应器泄漏或溢出的密封机构。
进一步地，所述电子逻辑模块根据远程计算装置的模拟结果，对泵送培养液的阀门的开闭以及对氧气泵的泵送启动进行控制，从而控制培养液的流速、流量和保证培养液存储器中培养液的氧气含量，并周期性地控制所述输出管的阀门的开闭，从而保证生物反应器内的培养液的更新。
进一步地，所述多孔载体为藻酸盐，N，O-羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素。
进一步地，所述生物反应器采用玻璃或者聚四氟乙烯材料制备。
附图说明
附图1为本发明的生物反应器的主视结构示意图；
附图2为本发明的扩增生物反应系统的整体结构示意图。
具体实施方式
通过参考该详细发明内容，可以更容易地理解本发明。本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并且不限制权利要求，除非本文具体定义，否则本文使用的术语将被赋予其相关领域中已知的传统含义。
在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对各种公开的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，或者利用其他方法、组件、材料等来实践实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述与包括客户端和服务器计算系统的计算系统以及网络相关联的公知结构，以避免不必要地模糊对实施例的描述。
如图2所示，人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统包括：生物反应器10，培养模块20，培养液存储器30和控制系统40；
如图1所示，培养模块20由多个纳米纤维管22和一个基体21而形成，基体21具有由多条纤维支撑布形成的三维网状结构。具体地，可通过不定向地多次折叠和排列或层叠该多条纤维支撑布来形成三维网状结构，或可通过独立地折叠和/或在没有限定纤维长度方向的情况下分别排列或层叠各个纤维支撑布来形成三维网状结构。折叠和排列或层叠时，在一条纤维支撑布中不同位置之间接触的表面和/或不同的纤维支撑布相接触的表面发生融合。上述纤维支撑布的形成成分可选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰胺、聚氨基酸、聚丙烯胺组成的组中的一种以上的非生物降解性成分。
多条纤维支撑布构成的三维网状结构的基体21上面形成有无数个小孔23，这些无数个小孔23具有不同的尺寸并且按照尺寸依次增大的顺序均匀地形成在基体21上，无数个小孔23起到模拟现实成骨细胞切口的作用，小孔的平均孔径优选地为0.05～10µm，更优选地可以为10nm～1µm，从而使得基体21提供适合于充质干细胞生长的环境。
并且，为了增加纳米纤维管内部或外部培养的充质干细胞的增殖率及存活率，三维网状结构的基体21中形成有复杂多样的使培养液通过的流路，从而能够容易地向位于纳米纤维管内部的充质干细胞供给营养以防止充质干细胞凋亡并提高充质干细胞增殖率及存活率。
多个纳米纤维管22均匀间隔地布置在基体21中，且每个纳米纤维管上下端均伸出基体21的上侧和下侧。纳米纤维管22中装有用于扩增的人脐带间充质干细胞，纳米纤维管22的壁部形成有孔径为1nm至100nm范围的纳米尺寸气孔，这个气孔三维地相互连接，使得纳米纤维管22的壁部表面具有非常大的表面积，加载有大量的用于促进充质干细胞生长的生长因子。在优选实施例中，纳米纤维管可以由具有适当孔隙率、孔径和机械性质的任何适应性生物材料制成。这种合适的材料必须是无毒的、生物相容的和/或可生物降解的，并且能够被所承载的充质干细胞所浸润，例如天然或合成聚合物或复合材料，包括但不限于陶瓷/聚合物复合材料。
生物反应器10中包含有多孔载体11，多孔载体11例如可以为藻酸盐，N，O-羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素；生物反应器10优选地采用玻璃或者聚四氟乙烯材料制备而成。
参考附图2，生物反应器10的上端具有输入管，输入管连接培养液存储器30，用于接收从培养液存储器30按照控制的流速和流量输入的培养液31；生物反应器10的下端具有输出管，输出管通过阀门24周期性地排出其内部的培养液31。
在优选实施例中，输入管和输出管与生物反应器连接部周边可包括防止流体从生物反应器泄漏或溢出的密封机构，例如，一个或多个垫圈或O形环等，密封机构可以由任何合适的材料制成，包括但不限于橡胶、硅树脂或塑料。
培养液存储器30中存储有培养液31，培养液存储器30底部设置有氧气容纳空间33，氧气容纳空间33为通过上方的隔离膜34隔离培养液31而形成，隔离膜34由气体可透过但液体不可渗透的聚合物片材制备而成，用以向培养液31递送氧气，氧气容纳空间33的下部连接有氧气泵35，用于向氧气容纳空间33泵送氧气，从而使得氧气容纳空间33中的气压能够保证氧气通过隔离膜而进入培养液31。
培养液存储器30与生物反应器10之间的输入管中部设置有泵送阀门32，将含有培养液31的培养液存储器30的泵送阀门32打开以后，培养液31被泵送阀门32泵送到生物反应器10，此时，多孔载体11将培养液31吸附，均匀地悬浮在生物反应器10中。
当培养模块20从上至下插入进入生物反应器10，并完全浸泡在吸附有培养液31的多孔载体11中时，吸附有培养液31的多孔载体11在三维网状结构的基体21中形成的复杂多样的流路中流动，从而能够容易地向位于纳米纤维管内部的充质干细胞供给营养以防止充质干细胞凋亡并提高充质干细胞增殖率。
控制系统40，包括电子逻辑模块41和远程计算装置42，电子逻辑模块41无线通信地耦合到远程计算装置42。电子逻辑模块41可以被操作者输入控制该控制系统40的操作参数，也可以经由远程计算装置的模拟计算结果，自动生成控制该控制系统40的操作参数。
例如，操作者可以在充质干细胞扩增生物反应过程中测定基体21中的培养基的浓度变化，根据测定结果手动向电子逻辑模块41输入培养基浓度控制信号，电子逻辑模块41控制培养液存储器30的泵送阀门32和输出管的阀门24的开闭，将已经消耗了一定时间的生物反应器10中的培养液释放掉一部分，并将培养液存储器30中的培养液31输入到生物反应器10中，进而使得基体21中的培养基的浓度变化。当然在该补给过程中，对于多孔载体11的补充也需要随之进行，在此不详细描述。
远程计算装置42，用于建立生物反应器内流体流动和氧气反应的三维稳态数学模型，能更深入直观地理解生物反应器内部培养液浓度的分布和氧气的消耗，通过数学模型能够快速预测生物反应器中的培养液浓度以及氧气的分布是否合理，为电子逻辑模块的优化和控制系统操作条件的确定提供理论依据。
具体地，生物反应器内流体流动模型采用下式进行表示：
Figure 127194DEST_PATH_IMAGE002
(1)；
式中：V表示生物反应器内培养液流动的速度；ｐ为生物反应器内压力；μ表示培养液的动力粘度；ρ为培养液密度。
生物反应器内的细胞对氧的消耗导致氧在生物反应器内的传递包含对流传递及扩散传递，生物反应器氧气的分布模型可用下式表示：
Figure 575493DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
式中：CO2表示氧气在生物反应器内的浓度；DO2则表示氧气在生物反应器内的扩散系数。由于纳米纤维管中物质传递主要以扩散方式进行，培养液的流动速度能够直接影响扩散效率，同时培养液的流动对充质干细胞施加了一定的剪切力，促进充质干细胞生长并改善组织的均匀性，对充质干细胞的分化和扩增起到一定的调控作用。因此，远程计算装置通过其建立的生物反应器内流体流动和氧气反应的三维稳态数学模型，保证了生物反应器内的培养液和氧气的供给平衡。
同时，通过生物反应器的输出管定期排出输出的培养液，测量排出输出的培养液中一种或多种充质干细胞的代谢物的浓度；以及通过测量其中一个纳米纤维管中充质干细胞的生长速率，根据细胞扩增速率动态地调节三维稳态数学模型的输入参数，即生物反应器内培养液流动的速度V，生物反应器内压力P和氧气在生物反应器内的浓度CO2。
因此，本扩增生物反应系统还包括图中未视出的代谢物浓度测量装置和生长速率测量装置。代谢物浓度测量工装置用于使用标准实验室方案测量来自生物反应器培养液中的充质干细胞代谢物的浓度。应当理解，不是充质干细胞中的所有代谢物都需要测量，可以测量细胞中多种代谢物的任何适当子集。生长速率测量装置被配备为从其中一个纳米纤维管中的充质干细胞的光密度量化来计算充质干细胞的生长速率，或者，也可以根据仪器例如细胞计数器获得充质干细胞的倍增率来测量。
电子逻辑模块41根据远程计算装置42的模拟结果，对泵送阀门32的开闭进行控制，从而控制培养液的流速和流量，并周期性地控制阀门24的开闭，从而保证生物反应器内的培养液的更新及浓度的控制；电子逻辑模块41根据远程计算装置42的模拟结果，对氧气泵35的泵送启动进行控制，从而保证培养液存储器30中培养液31的氧气含量。
具体地，周期性地控制阀门24的开闭可以设定为每6天开启一次阀门24，释放生物反应器内的一半的培养液；控制培养液的流速和流量的具体参数可以设定为注入流速为0.5-1.5mm/s，随着细胞的扩增，动态地增加流速。
在优选实施例中，生物反应器10的温度控制为37℃，pH控制在7.15，溶氧控制为饱和溶解空气的25％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，这些实施例在本文中是为了说明而非限制的目的而呈现的。此外，为了便于描述，本文已经任意定义了功能构建块的边界。只要适当地执行指定的功能及其关系，就可以定义替代边界。
基于本文包含的教导，替代方案（包括本文描述的那些的等同物、扩展、变化、偏差等）对于相关领域的技术人员将是显而易见的替代方案均落入所公开的实施例的范围和精神内。此外，词语“包括”、“具有”、“含有”和“包括”以及其他类似形式旨在在含义上是等同的并且是开放式的，因为这些词语中的任何一个之后的一个或多个项目并不意味着是这样的一个或多个项目的详尽列表，或者意味着仅限于所列出的一个或多个项目。还必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统，其特征在于，包括：
培养模块，由多个纳米纤维管和一个基体而形成；所述基体具有由多条纤维支撑布形成的三维网状结构，多条纤维支撑布构成的基体上面形成有无数个小孔，所述无数个小孔具有不同的尺寸并且按照尺寸从上至下依次增大的顺序均匀地形成在所述基体上；所述多个纳米纤维管均匀间隔地布置在所述基体中，每个纳米纤维管中装有用于扩增的人脐带间充质干细胞，所述多个纳米纤维管的壁部形成有纳米尺寸气孔，所述纳米尺寸气孔三维地相互连接；
生物反应器，上端具有输入管，其连接培养液存储器，用于接收从培养液存储器按照控制的流速和流量输入的培养液，生物反应器下端具有输出管，其通过阀门周期性地排出内部的培养液；生物反应器中包含有多孔载体，用于吸附所述培养液；
培养液存储器，用于存储培养液，其底部设置有氧气容纳空间；所述氧气容纳空间通过上方的隔离膜隔离而成，用以向上方培养液中递送氧气；
控制系统，包括电子逻辑模块和远程计算装置，所述电子逻辑模块无线通信地耦合到远程计算装置，所述远程计算装置建立生物反应器内流体流动和氧气反应的三维稳态数学模型，根据细胞扩增速率动态调节三维稳态数学模型的输入参数，通过电子逻辑模块自动生成控制参数，控制氧气和培养液的输送速度；
代谢物浓度测量装置，用于测量来自生物反应器培养液的细胞代谢物的浓度；
生长速率测量装置，用于从一个纳米纤维管中测量充质干细胞的生长速率；
所述三维稳态数学模型采用下式进行表示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)；
式中：V表示生物反应器内培养液流动的速度；ｐ为生物反应器内压力；μ表示培养液的动力粘度；ρ为培养液密度；
生物反应器氧气的分布模型用下式表示：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
式中：CO2表示氧气在生物反应器内的浓度；DO2则表示氧气在生物反应器内的扩散系数。
2.根据权利要求1所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述基体通过不定向地多次折叠和排列或层叠所述多条纤维支撑布来形成三维网状结构，或通过独立地折叠和/或在没有限定纤维长度方向的情况下分别排列或层叠各条纤维支撑布来形成三维网状结构；折叠和排列或层叠时，在一条纤维支撑布中不同位置之间接触的表面和/或不同的纤维支撑布相接触的表面发生融合。
3.根据权利要求2所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述三维网状结构的基体中形成有使培养液通过的流路，从而向位于纳米纤维管内部的充质干细胞供给营养。
4.根据权利要求2所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述纤维支撑布的形成成份选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰胺、聚氨基酸、聚丙烯胺组成的组中的一种以上的非生物降解性成分。
5.根据权利要求2所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述输入管和输出管与生物反应器连接部周边包括防止流体从生物反应器泄漏的密封机构。
6.根据权利要求1所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述电子逻辑模块根据远程计算装置的模拟结果，对泵送培养液的阀门的开闭以及对氧气泵的泵送启动进行控制，从而控制培养液的流速、流量和保证培养液存储器中的氧气含量，并周期性地控制所述输出管的阀门的开闭，从而保证生物反应器内的培养液的更新。
7.根据权利要求1所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述多孔载体为藻酸盐，N，O-羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素。
8.根据权利要求1所述的扩增生物反应系统，其特征在于，所述生物反应器采用玻璃或者聚四氟乙烯材料制备。
CN202111291792.9A 2021-11-03 2021-11-03 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统 Active CN113736658B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111291792.9A CN113736658B (zh) 2021-11-03 2021-11-03 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111291792.9A CN113736658B (zh) 2021-11-03 2021-11-03 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113736658A CN113736658A (zh) 2021-12-03
CN113736658B true CN113736658B (zh) 2022-01-25

Family

ID=78727198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111291792.9A Active CN113736658B (zh) 2021-11-03 2021-11-03 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113736658B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013027962A2 (ko) * 2011-08-22 2013-02-28 인제대학교 산학협력단 조혈모세포 또는 전구 세포의 체외 확대 성장을 위한 스캐폴드 어셈블리, 이를 이용하는 관류형 생물 반응기 및 생물 반응 시스템
WO2015069943A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-14 L & J Biosciences Inc. Continuously controlled hollow fiber bioreactor
CN112442484A (zh) * 2020-11-25 2021-03-05 大连普瑞康生物技术有限公司 一种基于多孔纳米级温敏软胶体的细胞大规模培养的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101955053B1 (ko) * 2011-06-06 2019-03-06 리제네시스 비브이비에이 중공 섬유 생물 반응기에서의 줄기 세포의 확장

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013027962A2 (ko) * 2011-08-22 2013-02-28 인제대학교 산학협력단 조혈모세포 또는 전구 세포의 체외 확대 성장을 위한 스캐폴드 어셈블리, 이를 이용하는 관류형 생물 반응기 및 생물 반응 시스템
WO2015069943A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-14 L & J Biosciences Inc. Continuously controlled hollow fiber bioreactor
CN112442484A (zh) * 2020-11-25 2021-03-05 大连普瑞康生物技术有限公司 一种基于多孔纳米级温敏软胶体的细胞大规模培养的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113736658A (zh) 2021-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8865460B2 (en) Co-culture bioreactor system
US9217129B2 (en) Oscillating cell culture bioreactor
US8546142B2 (en) Reverse flow perfusion of three-dimensional scaffolds
US20210062147A1 (en) Method of manufacturing or differentiating mammalian pluripotent stem cellsor progenitor cells using a hollow fiber bioreactor
JP6408910B2 (ja) 細胞培養システム及び細胞培養方法
Ball et al. 3D printed vascular networks enhance viability in high-volume perfusion bioreactor
Terai et al. In vitro engineering of bone using a rotational oxygen-permeable bioreactor system
WO2006106748A1 (ja) 生体有機体の生産方法および培養容器
CN111876329A (zh) 一种用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养生物反应器
CN109082378B (zh) 骨软骨微流控芯片培养设备、包含其的骨软骨微流控芯片分析设备
Ye et al. Studies on the use of hollow fibre membrane bioreactors for tissue generation by using rat bone marrow fibroblastic cells and a composite scaffold
Janssen et al. Online measurement of oxygen consumption by goat bone marrow stromal cells in a combined cell‐seeding and proliferation perfusion bioreactor
CN113736658B (zh) 人脐带间充质干细胞长期大规模扩增生物反应系统
Dermenoudis et al. Bioreactors in tissue engineering
Song et al. Three-dimensional expansion: in suspension culture of SD rat's osteoblasts in a rotating wall vessel bioreactor
US20090215176A1 (en) Differential Pressure Pump System
CN113755425B (zh) 一种载三维胰岛β细胞聚集体的多孔微载体的制备方法
JP4445765B2 (ja) 細胞培養装置
CN207713752U (zh) 活细胞培养装置
JP5816073B2 (ja) 組織再生材料の作製方法及び組織再生材料
Goralczyk et al. A multiparallel bioreactor for the cultivation of mammalian cells in a 3D‐ceramic matrix
Badhe et al. Design and functioning of new flow chamber bioreactor for skin tissue engineering applications
JPH0568230B2 (zh)
Orr et al. Co-Culture Bioreactor System
CN110129261A (zh) 一种成纤维细胞规模化的培养方法及其培养装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant