CN113817605A - 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器 - Google Patents

一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器 Download PDF

Info

Publication number
CN113817605A
CN113817605A CN202111118450.7A CN202111118450A CN113817605A CN 113817605 A CN113817605 A CN 113817605A CN 202111118450 A CN202111118450 A CN 202111118450A CN 113817605 A CN113817605 A CN 113817605A
Authority
CN
China
Prior art keywords
culture
medium
gas
cell
cell culture
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.)
Granted
Application number
CN202111118450.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113817605B (zh
Inventor
胡伊乐
杨为民
卫志强
李伟
李三强
杜珂珂
杨晖
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.)
Henan University of Science and Technology
Original Assignee
Henan University of Science and Technology
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 Henan University of Science and Technology filed Critical Henan University of Science and Technology
Priority to CN202111118450.7A priority Critical patent/CN113817605B/zh
Priority claimed from CN202111118450.7A external-priority patent/CN113817605B/zh
Publication of CN113817605A publication Critical patent/CN113817605A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113817605B publication Critical patent/CN113817605B/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
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • 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
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • 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
    • C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
    • 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
    • C12M25/02—Membranes; Filters
    • 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
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • 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

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明属于动物细胞的培养方法和培养设备制造领域，具体涉及一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器。该细胞动态培养装置包括细胞培养模块，培养基供给模块及培养气体供给模块及循环泵。本发明的细胞动态培养装置，针对一种细胞的培养情形，可实现该细胞的近似5D培养；针对多种类细胞的培养情形，兼顾单种细胞的独立培养优势，并实现多种类细胞的独立培养及环境共享。

Description

一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器
技术领域
本发明属于动物细胞的培养方法和培养设备制造领域，具体涉及一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器。
背景技术
细胞培养是指在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞，这是克隆技术必不可少的环节，而且细胞培养本身就是细胞的克隆。细胞培养技术是细胞生物学研究方法中重要和常用技术，通过细胞培养既可以获得大量细胞，又可以借此研究细胞的信号转导、细胞的合成代谢、细胞的生长增殖等。
类器官培养旨在构建更接近于来源组织器官特性的细胞模型。当前在模拟人体器官的类器官培养中存在细胞种类多为1-2种、多种类细胞同时培养难以实现、培养环境不稳定、培养条件难以实时调控等难题，也会造成后期评价难以有效进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细胞动态培养装置，针对一种细胞的培养情形，可实现该细胞的近似5D培养；针对多种类细胞的培养情形，兼顾单种细胞的独立培养优势，并实现多种类细胞的独立培养及环境共享。
本发明的第二个目的在于提供一种单种细胞培养器。
为实现上述目的，本发明的细胞动态培养装置的技术方案是：
一种细胞动态培养装置，包括：
细胞培养模块；包括一个单种细胞培养器或者通过串联和/并联连接在一起的两个以上所述单种细胞培养器；所述单种细胞培养器包括：密闭培养腔，所述密闭培养腔连接有至少一个培养基进入通道、至少一个培养基流出通道、培养气体流入通道和培养气体流出通道；细胞附着膜，竖直设置在所述密闭培养腔内，所述细胞附着膜的外周对应连接到密闭培养腔的腔壁面上，将密闭培养腔分隔为左侧腔室、右侧腔室；所述培养气体流入通道和培养气体流出通道分别设置在所述细胞附着膜的两侧；
培养基供给模块；所述培养基供给模块包括培养基储罐，培养基储罐上设置有培养基流出口和培养基回流口，由所述培养基流出口向所述细胞培养模块输送培养基，所述培养基回流口用于接收所述细胞培养模块流出的培养基；
培养气体供给模块；所述培养气体供给模块包括培养气体储罐，培养基储罐上设置有培养气体流出口，由所述培养气体流出口向所述细胞培养模块输送培养气体，培养气体流经细胞培养模块后排出；
循环泵，设置在连接所述细胞培养模块和培养基供给模块的连接管线上，使培养基循环流动。
本发明的细胞动态培养装置，可以实现单种细胞或者多种类细胞的动态培养。培养单种细胞时，不同于现有技术中的贴壁培养或沉底培养，附着在细胞附着膜上的细胞以三维立体的方式悬浮在培养基中，保证与培养基360度无死角接触，利于细胞与培养基的物质交换；同时使培养基和培养气体以动态方式与细胞进行物质交换，基本实现了细胞的5D培养。多种类细胞同时培养时，在以上单种细胞培养器的培养特点之上，可以模拟对培养基和培养气体流动顺序有要求的人体组织、器官环境，实现细胞培养独立、培养环境共享。
优选的，左侧腔室上连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道；右侧腔室上也连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道。此情形左、右腔室上各连接有两个培养基输送通道，为培养基左进左出+右进右出情形，适用于绝大多数情形。更优选的，左侧腔室上的培养基进入通道、培养基流出通道前后设置，右侧腔室上的培养基进入通道、培养基流出通道后前设置。
优选的，所述单种细胞培养器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体对插后围成所述密闭培养腔，所述细胞附着膜夹在第一壳体与第二壳体之间。进一步优选的，所述第一壳体上设置有第一阶梯面，第二壳体上设置有第二阶梯面，第一阶梯面与第二阶梯面相吻合，以在第一壳体与第二壳体对插后通过第一阶梯面与第二阶梯面夹紧细胞附着膜。
优选的，所述密闭培养腔为扁平柱体。
优选的，上述设备还包括对培养温度进行控制的温度控制系统，和/或对细胞进行震荡培养的震荡培养系统。
本发明的单种细胞培养器的技术方案是：
一种单种细胞培养器，包括：
密闭培养腔，所述密闭培养腔连接有至少一个培养基进入通道、至少一个培养基流出通道、培养气体流入通道和培养气体流出通道；
细胞附着膜，竖直设置在所述密闭培养腔内，所述细胞附着膜的外周对应连接到密闭培养腔的腔壁面上，将密闭培养腔分隔为左侧腔室、右侧腔室；所述培养气体流入通道和培养气体流出通道分别设置在所述细胞附着膜的两侧。
本发明的单种细胞培养器，实现细胞以三维立体的方式悬浮在培养基中，同时使培养基和培养气体以动态方式与细胞进行物质交换，基本实现了细胞的5D培养。
优选的，左侧腔室上连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道；右侧腔室上也连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道。
优选的，所述单种细胞培养器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体对插后围成所述密闭培养腔，所述细胞附着膜夹在第一壳体与第二壳体之间。
进一步优选的，所述第一壳体上设置有第一阶梯面，第二壳体上设置有第二阶梯面，第一阶梯面与第二阶梯面相吻合，以在第一壳体与第二壳体对插后通过第一阶梯面与第二阶梯面夹紧所述细胞附着膜。
附图说明
图1为本发明的细胞动态培养装置实施例1的结构示意图；
图2为图1中第一半圆柱的结构示意图；
图3为图1中第二半圆柱的结构示意图；
图4为第一半圆柱、第二半圆柱对合形成单种细胞培养器的结构示意图；
图5为本发明的细胞动态培养装置实施例2的结构示意图；
图6为本发明的细胞动态培养装置实施例3的结构示意图；
图7为本发明的细胞动态培养装置实施例4的结构示意图；
图中，1-培养器本体，100-第一半圆柱，101-第一半圆筒身，102-第一底板，103-第一盖板，104-第一培养基流入通道，105-第一培养基流出通道，106-第一培养气体通道，200-第二半圆柱，201-第二半圆筒身，202-第二底板，203-第二盖板，204-第二培养基流入通道，205-第二培养基流出通道，206-第二培养气体通道；
2-第一培养基流通阀门，3-第二培养基流通阀门，4-第三培养基流通阀门，5-第四培养基流通阀门，6-培养气体流出通道阀门，7-培养气体流入通道阀门；
8-细胞培养模块，9-培养基储罐，10-罐体下端流出通道，11-罐体下端流出通道阀门，12-流量蠕动泵，13-培养基过滤器，14-培养基回流总管道阀门，15-罐体顶部回流通道，16-罐体顶部加料通道，17-罐体顶部加料通道阀门，18-罐体底部放料通道，19-罐体底部放料通道阀门；
20-培养气体储罐，21-罐体顶部气体流出通道，22-罐体顶部气体流出阀门，23-末端培养气体放空阀门，24-培养气体组分检测通道，25-培养气体组分检测通道阀门，26-第一组分气体通道，27-第二组分气体通道，28-第三组分气体通道，29-第一组分气体通入阀门，30-第二组分气体通入阀门，31-第三组分气体通入阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
一、细胞动态培养装置的具体实施例
实施例1
本实施例的细胞动态培养装置，结构示意图如图1～图4所示，包括细胞培养模块、培养基供给模块、培养气体供给模块及培养温度调节控制系统、震荡培养调节控制系统。
(1)细胞培养模块
细胞培养模块包括一个单种细胞培养器，如图1所示，示出了一个单种细胞培养器独立进行使用时的示意图。
单种细胞培养器包括培养器本体1，培养器本体1由第一半圆柱100、第二半圆柱200对接形成扁平中空圆柱体。第一半圆柱100包括第一半圆筒身101、第一底板102和第一盖板103，三者围成一侧开口的半圆柱空腔；第一半圆筒身101上连接有第一培养基流入通道104、第一培养基流出通道105和第一培养气体通道106，第一培养基流入通道104、第一培养基流出通道105分别位于第一半圆筒身101的相对两端，第一培养气体通道106位于第一培养基流入通道104、第一培养基流出通道105之间，且第一培养气体通道106与筒身的连接位置高于第一培养基流入、流出通道与筒身的相应连接位置，从而保证培养气体的顺利通入。
第二半圆柱200包括第二半圆筒身201、第二底板202和第二盖板203，三者围成相应的半圆柱空腔，该半圆柱空腔与第一半圆柱围成的半圆柱空腔对合后，形成完整圆柱形中空腔体。第二半圆筒身上连接有第二培养基流入通道204、第二培养基流出通道205和第二培养气体通道206，它们在第二半圆筒身上的位置关系与第一半圆柱相同。
第一盖板103、第二盖板203的对接端面加工成适配的阶梯结构，以方便插接并有利于插接位置的密封；第一半圆筒身101、第二半圆筒身201的对接端面，以及第一底板102、第二底板202的对接端面进行相同处理。培养器本体的材质可以为不锈钢、玻璃、塑料等。
细胞附着膜300设置在第一半圆柱100、第二半圆柱200之间，将第一半圆柱100、第二半圆柱200隔开，并为细胞提供附着表面。可将细胞附着膜的端部粘结在第一半圆柱100、第二半圆柱200的对接端面上，并借助两半圆柱的插接实现固定。细胞附着膜允许培养基及培养气体透过，不允许细胞透过；其性质为生物亲和性有机膜，可选用现有市售成熟产品。细胞培养时，在细胞附着膜的一侧接种细胞，细胞两侧均有培养基流过，细胞附着膜两侧的代谢物质也可实现一定程度的互换。
(2)培养基供给模块
培养基供给模块包括培养基储罐9，培养基储存罐9为一圆柱形罐体，培养基储罐上设置有罐体顶部加料通道16、罐体下端流出通道10、罐体顶部回流通道15，罐体下端流出通道10通过流入管线将培养基注入细胞培养模块，细胞培养模块流出的培养基通过流出管线与罐体顶部回流通道15相连。流入管线上设置有罐体下端流出通道阀门11、流量蠕动泵12、培养基过滤器13；流出管线上设置有培养基回流总管道阀门14。
流量蠕动泵12为一压力和流量可调的蠕动泵。培养基过滤器13的最大滤过孔径不大于细胞附着膜的滤过孔径，能对培养基种的大粒径杂质进行过滤清除。与罐体顶部加料通道16连接的加料管线上设置有罐体顶部加料通道阀门17。培养基储罐底部设置有罐体底部放料通道18，与罐体底部放料通道18连接的放料管线上设置有罐体底部放料通道阀门19。
细胞培养模块8中，单种细胞培养器左、右两个腔室各设置一对培养基流入/流出通道，并且在与培养基储罐9的连接管线上相应设置第一培养基流通阀门2，第二培养基流通阀门3，第三培养基流通阀门4，第四培养基流通阀门5。在该实例中，培养基自第四培养基流通阀门5进入单种细胞培养器，由第三培养基流通阀门4流出，由第一培养基流通阀门2进入单种细胞培养器，由第二培养基流通阀门3流出，两路流出汇流后流经培养基回流总管道阀门14，然后回流到培养基储罐9中，按此方式循环进行。
细胞培养模块进出管路上设置的阀门，能够控制培养基流量和压力；单种细胞培养器的培养基进出口设置的阀门，能对单种细胞培养器中的培养基进行流量、压力的精细控制。
(3)培养气体供给模块
培养气体供给模块包括培养气体储罐20，培养气体储罐20为一圆柱形罐体，罐体承受的最大压力为0.4MPa；培养气体储罐上设置有组分气体流入通道、罐体顶部气体流出通道21和培养气体组分检测通道24，罐体顶部气体流出通道21通过通气管线将培养气体通入细胞培养模块，细胞培养模块流出的培养气体由末端培养气体放空管线放空。通气管线上设置有罐体顶部气体流出阀门22，末端培养气体管线上设置有末端培养气体放空阀门23。
组分气体流入通道包括第一组分气体通道26、第二组分气体通道27、第三组分气体通道28，在与第一组分气体通道26、第二组分气体通道27、第三组分气体通道28相连连接的组分气体通入管线上分别设置有第一组分气体通入阀门29、第二组分气体通入阀门30、第三组分气体通入阀门31。与培养气体组分检测通道24相连的检测管线上设置有培养气体组分检测通道阀门25。例如，对氧气、氮气、二氧化碳、含硫气体、含氮气体、含磷气体等进行检测，检测范围0.1ppm至100％。
细胞培养模块中，单种细胞培养器的第一培养气体通道通过连接管线与培养气体储罐20的通气管线相连，连接管线上设置有培养气体流入通道阀门7，阀门打开后将培养气体通入单种细胞培养器内，单种细胞培养器的第二培养气体通道通过连接管线连接到末端培养气体放空管线上，连接管线上设置有培养气体流出通道阀门6，阀门打开后将流经细胞培养模块的培养气体放空(或无害化处理)。
细胞培养模块培养气体进出管路设置的阀门，控制培养气体流量和压力；单种细胞培养器的培养气体进出口设置的阀门，能对单种细胞培养器中的培养气体进行流量、压力的精细控制。
培养温度调节控制系统能对细胞培养模块、培养基动态循环系统、培养气体储气罐进行温度控制，例如调节温度范围0-40℃，精度0.1℃；震荡培养调节控制系统能将细胞培养模块置于震荡环境中。
可根据需要实时调整培养基组成，例如使培养基流速在0-0.1m/s之间，使培养基压力与培养气体压力处于平衡状态，例如可控制培养基压力为0-0.05MPa(相对于大气压)。
按要求进行组分气体的配制和检测，通入按要求组装好的细胞培养模块，培养气体出细胞培养模块后汇成一路并最终排空，使培养气体处于持续流动状态。
上述细胞动态培养装置的主要过程如下：
(1)细胞接种着床
将含有细胞的接种液通过单种细胞培养器一侧培养基通道注入单种细胞培养器，然后将单种细胞培养器的细胞附着膜置于与地面水平，接种液在细胞附着膜的正上方，除细胞外其它液体都被细胞附着膜滤过，细胞被固载在细胞附着膜表面。
(2)细胞培养基及细胞培养气氛动态循环
将配制好的细胞培养基以及细胞培养气体通入细胞培养模块中，培养基在培养基供给模块和细胞培养模块之间动态循环，细胞培养气体持续流经细胞培养模块。
该实施例的模型可以替代当前的单细胞培养方式，使细胞附着在细胞附着膜上，实现细胞以三维立体的方式悬浮在培养基中，同时使培养基和培养气体以动态方式与细胞进行物质交换，基本实现了细胞的5D培养。
实施例2
本实施例的细胞动态培养装置，如图5所示，与实施例1相比，主要在于细胞培养模块中单种细胞培养器的数量和连接方式不同。
图5显示的是4个单种细胞培养器以串联的方式组成多种细胞培养器阵列，该阵列不局限于4个单种细胞培养器，大于等于2个都可以该方式进行串联组成串联阵列。
培养气体和培养基的流动方式如图5所示。该模型可以模拟对培养基和培养气体流动顺序有要求的人体组织、器官环境，比如研究PM2.5污染物对呼吸系统表皮细胞的影响，具体实施方案如下：将PM2.5污染物中可以溶解于培养基的组分添加到培养基中，将PM2.5污染物中不可以溶解于培养基的组分以添加到培养气体中，然后将培养基和培养气体自左向右分别流经第一单种细胞培养器、第二单种细胞培养器、第三单种细胞培养器、第四单种细胞培养器，最后培养气体流经末端培养气体放空阀门23后排空，培养基流经培养基回流总管道阀门14后回流至培养基储罐9；第一单种细胞培养器接种鼻腔表皮细胞，第二单种细胞培养器接种主气管表皮细胞，第三单种细胞培养器接种支气管表皮细胞，第四单种细胞培养器接种肺泡表皮细胞，该过程模拟了PM2.5污染物从鼻腔进入呼吸系统，并最终流入肺泡的整个过程。
该模型的主要优点：1)能够体现并控制培养基和培养气体流经不同种类的顺序，比较真实地模拟一些人体器官环境；2)该模型在单种细胞培养器5D细胞培养的基础上，增加了培养基和培养气体与不同种类细胞的接触次序，实现了细胞的6D培养。
实施例3
本实施例的细胞动态培养装置，如图6所示，与实施例1相比，主要在于细胞培养模块中单种细胞培养器的数量和连接方式不同。
该图显示的是4个单种细胞培养器以并联的方式组成多种细胞培养器阵列，该阵列不局限于4个单种细胞培养器，大于等于2个都可以该方式进行并联组成并联阵列。
培养气体和培养基的流动方式如图所示。该模型可以模拟对同一种培养基和培养气体同时对不同种类人体细胞的影响，比如研究PM2.5污染物暴露对多种人体组织及器官的影响，具体实施方案如下：自左向右分别并联第一单种细胞培养器、第二单种细胞培养器、第三单种细胞培养器、第四单种细胞培养器，将PM2.5污染物中可以溶解于培养基的组分添加到培养基中，将PM2.5污染物中不可以溶解于培养基的组分以添加到培养气体中，然后将培养基和培养气体同时流入第一单种细胞培养器、第二单种细胞培养器、第三单种细胞培养器、第四单种细胞培养器，最后又同时从以上4个单种细胞培养器流出，培养气体流经末端培养气体放空阀门23后排空，培养基流经培养基回流总管道阀门14后回流至培养基储罐9；第一单种细胞培养器接种鼻腔表皮细胞，第二单种细胞培养器接种口腔表皮细胞，第三单种细胞培养器接种眼睛表皮细胞，第四单种细胞培养器接种脸部皮肤表皮细胞，该过程模拟了PM2.5污染物暴露分别对鼻腔、口腔、眼睛、面部皮肤等组织及器官的影响差异。
该模型的主要优点：1)能够实现在同一实验条件下同一影响因素作用下，不同组织及器官的响应程度，在提高细胞培养效率的同时，还能提高细胞实验的准确度及精确度；2)该模型可以模拟同一实验因素影响不同人体组织及器官的情况。
实施例4
本实施例的细胞动态培养装置，如图7所示，与实施例1相比，主要在于细胞培养模块中单种细胞培养器的数量和连接方式不同。
该图显示的是8个单种细胞培养器自左向右分为4组，每组包含上下两个单种细胞培养器，每组中的上下两个单种细胞培养器为并联关系，这4组自左向右串联在一起，整体上形成一种以并联和串联混用的方式组成多种细胞培养器阵列，该阵列不局限于8个单种细胞培养器，大于等于3个都可以该方式以并联和串联混用的方式组成多种细胞培养器阵列。
培养气体和培养基的流动方式如图所示。该模型可以通过建立复杂的细胞培养模型模拟人体组织及器官系统，既可以模拟培养基和培养气体流动顺序有要求的人体组织、器官环境，同时又可以模拟对同一种培养基和培养气体同时对不同种类人体细胞的影响。比如研究PM2.5污染物人体呼吸系统的影响，具体实施方案如下：自左向右分别第一组细胞培养器、第二组细胞培养器、第三组细胞培养器、第四组细胞培养器，每组中的上下两个单种细胞培养器为并联关系，这四组细胞培养器之间又是串联关系；将PM2.5污染物中可以溶解于培养基的组分添加到培养基中，将PM2.5污染物中不可以溶解于培养基的组分以添加到培养气体中，然后培养基和培养气体同时流入第一组的上下两个单种细胞培养器，从第一组的上下两个单种细胞培养器流出的培养气体和培养基又分别汇合，然后进入第二组，依次类推培养气体和培养基进入第四组，最终从第四组细胞培养器中流出的培养气体汇合，流经末端培养气体放空阀门23后排空，从第四组细胞培养器中流出的培养基汇合，流经培养基回流总管道阀门14后回流至培养基储罐9；第一组细胞培养器的上下两个单种细胞培养器分别培养两种鼻腔组织细胞：鼻腔表皮细胞和嗅细胞，第二组细胞培养器的上下两个单种细胞培养器分别培养两种主气管组织细胞：主气管黏膜细胞和主气管黏膜下层细胞，第三组细胞培养器的上下两个单种细胞培养器分别培养两种支气管组织细胞：支气管黏膜细胞和支气管黏膜下层细胞，第四组细胞培养器的上下两个单种细胞培养器分别培养两种肺泡组织细胞：I型肺泡细胞和I型肺泡细胞，该过程模拟了PM2.5污染物对呼吸系统的影响。
该模型的主要优点：能够实现在同一实验条件下同一影响因素作用下，同一人体系统不同组织中的多种类细胞的响应程度，进而实现对人体器官系统的模拟评价。
实施例2～4的设备的工作过程如下：先在各单种细胞培养器上接种不同种类的细胞，各单种细胞培养器按照需要串、并联后，培养基从培养基储罐下端流出，经膜过滤器后进入细胞培养模块，培养基出细胞培养模块后汇成一路，回流至培养基储存罐；按此往复，培养基一直处于流动状态，实现细胞培养基的动态循环。培养气体按照细胞培养模块中多个单种细胞培养器的串并联顺序，顺次通过。
在其他实施例中，各单种细胞培养器之间根据需要进行并联和/或串联连接。串联连接指不同单种细胞培养器之间的培养基(及培养气体)的通入存在先后关系，反映经一个单种细胞培养器中的培养基经过代谢后进入串联连接的另一单种细胞培养器。并联连接指各单种细胞培养器之间的培养基通入不存在先后关系。
二、本发明的单种细胞培养器的实施例，与上述细胞动态培养装置中单种细胞培养器的实施情形相同，在此不再详述。
以上单种细胞培养器的培养特点在于：
1)细胞附着在位于单种细胞培养器中间位置的细胞附着膜，细胞既不是贴壁培养，也不是沉底培养，能够保证细胞与培养基360度无死角接触，能使细胞与周围的培养环境更好地互动，利于细胞与培养基的物质交换，更加精细地模拟细胞在人体中生存状况。
2)在单种细胞培养器的两个半腔体设置了两对培养基物料进出管道，这两对培养基物料进出管道可有多种组合使用方法，可单独使用，也可以同时使用(包括左进左出、右进右出、左进右出、右进左出等)，并可通过管道上连接的阀门控制开关调节培养基物料流动的速度，可以精细模拟人体内物质运行状态(正常或病例状态)。
3)单种细胞培养器在细胞附着膜的两侧各有一个培养气体通道，一个为培养气体进气通道，另一个则为培养气体出气通道，进出可以互换，可通过管道上连接的阀门控制开关，并调节培养气体流动的速度，在细胞培养时一般情况下应处于联通状态，但也可依据实现需要将两个同时关闭或关闭一个。
4)单种细胞培养器作为一个独立细胞培养单元，可以灵活、多样地构建细胞培养模块，模拟人体组织、器官的细胞生存环境。

Claims (10)

1.一种细胞动态培养装置，其特征在于，包括：
细胞培养模块；包括一个单种细胞培养器或者通过串联和/并联连接在一起的两个以上所述单种细胞培养器；所述单种细胞培养器包括：密闭培养腔，所述密闭培养腔连接有至少一个培养基进入通道、至少一个培养基流出通道、培养气体流入通道和培养气体流出通道；细胞附着膜，竖直设置在所述密闭培养腔内，所述细胞附着膜的外周对应连接到密闭培养腔的腔壁面上，将密闭培养腔分隔为左侧腔室、右侧腔室；所述培养气体流入通道和培养气体流出通道分别设置在所述细胞附着膜的两侧；
培养基供给模块；所述培养基供给模块包括培养基储罐，培养基储罐上设置有培养基流出口和培养基回流口，由所述培养基流出口向所述细胞培养模块输送培养基，所述培养基回流口用于接收所述细胞培养模块流出的培养基；
培养气体供给模块；所述培养气体供给模块包括培养气体储罐，培养基储罐上设置有培养气体流出口，由所述培养气体流出口向所述细胞培养模块输送培养气体，培养气体流经细胞培养模块后排出；
循环泵，设置在连接所述细胞培养模块和培养基供给模块的连接管线上，使培养基循环流动。
2.如权利要求1所述的细胞动态培养装置，其特征在于，左侧腔室上连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道；右侧腔室上也连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道。
3.如权利要求2所述的细胞动态培养装置，其特征在于，左侧腔室上的培养基进入通道、培养基流出通道前后设置，右侧腔室上的培养基进入通道、培养基流出通道后前设置。
4.如权利要求1～3中任一项所述的细胞动态培养装置，其特征在于，所述单种细胞培养器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体对插后围成所述密闭培养腔，所述细胞附着膜夹在第一壳体与第二壳体之间。
5.如权利要求4所述的细胞动态培养装置，其特征在于，所述第一壳体上设置有第一阶梯面，第二壳体上设置有第二阶梯面，第一阶梯面与第二阶梯面相吻合，以在第一壳体与第二壳体对插后通过第一阶梯面与第二阶梯面夹紧所述细胞附着膜。
6.如权利要求1～3中任一项所述的细胞动态培养装置，其特征在于，还包括对培养温度进行控制的温度控制系统，和/或对细胞进行震荡培养的震荡培养系统。
7.一种单种细胞培养器，其特征在于，包括：
密闭培养腔，所述密闭培养腔连接有至少一个培养基进入通道、至少一个培养基流出通道、培养气体流入通道和培养气体流出通道；
细胞附着膜，竖直设置在所述密闭培养腔内，所述细胞附着膜的外周对应连接到密闭培养腔的腔壁面上，将密闭培养腔分隔为左侧腔室、右侧腔室；所述培养气体流入通道和培养气体流出通道分别设置在所述细胞附着膜的两侧。
8.如权利要求7所述的单种细胞培养器，其特征在于，左侧腔室上连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道；右侧腔室上也连接有两个培养基输送通道，其中一个形成所述培养基进入通道，另一个形成所述培养基流出通道。
9.如权利要求7或8所述的单种细胞培养器，其特征在于，所述单种细胞培养器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体对插后围成所述密闭培养腔，所述细胞附着膜夹在第一壳体与第二壳体之间。
10.如权利要求9所述的单种细胞培养器，其特征在于，所述第一壳体上设置有第一阶梯面，第二壳体上设置有第二阶梯面，第一阶梯面与第二阶梯面相吻合，以在第一壳体与第二壳体对插后通过第一阶梯面与第二阶梯面夹紧所述细胞附着膜。
CN202111118450.7A 2021-09-18 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器 Active CN113817605B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111118450.7A CN113817605B (zh) 2021-09-18 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111118450.7A CN113817605B (zh) 2021-09-18 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113817605A true CN113817605A (zh) 2021-12-21
CN113817605B CN113817605B (zh) 2024-06-07

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204455135U (zh) * 2015-02-02 2015-07-08 陈曦 体外动态、三维、立体细胞组织培养器
CN205874455U (zh) * 2016-08-03 2017-01-11 苏州大学附属第二医院 细胞间接共培养装置
CN206014953U (zh) * 2016-09-01 2017-03-15 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种营养液动态循环的细胞培养器
CN106497783A (zh) * 2016-09-01 2017-03-15 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种动态循环细胞培养器及细胞培养方法
CN206783688U (zh) * 2017-05-26 2017-12-22 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种多级细胞扩增系统
KR20190017520A (ko) * 2017-08-11 2019-02-20 인하대학교 산학협력단 다수의 직류 배양기를 활용한 이중 관류 기반의 생체모사형 타액선 선세포 및 도관 세포의 동시 배양 장치 및 시스템
TW202130380A (zh) * 2020-02-04 2021-08-16 國立陽明交通大學 仿生系統

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204455135U (zh) * 2015-02-02 2015-07-08 陈曦 体外动态、三维、立体细胞组织培养器
CN205874455U (zh) * 2016-08-03 2017-01-11 苏州大学附属第二医院 细胞间接共培养装置
CN206014953U (zh) * 2016-09-01 2017-03-15 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种营养液动态循环的细胞培养器
CN106497783A (zh) * 2016-09-01 2017-03-15 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种动态循环细胞培养器及细胞培养方法
CN206783688U (zh) * 2017-05-26 2017-12-22 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种多级细胞扩增系统
KR20190017520A (ko) * 2017-08-11 2019-02-20 인하대학교 산학협력단 다수의 직류 배양기를 활용한 이중 관류 기반의 생체모사형 타액선 선세포 및 도관 세포의 동시 배양 장치 및 시스템
TW202130380A (zh) * 2020-02-04 2021-08-16 國立陽明交通大學 仿生系統

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
来元亮;: "旋转式细胞培养系统的原理及应用", 生物化工, no. 03, pages 161 - 164 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3420615B2 (ja) 微生物を培養しおよびその代謝を利用し及び／又は維持するためのモジュール、モジュールの作動方法、肝臓維持システム、バイオリアクター、及び生物細胞生成物を製造する方法
EP1174497B1 (fr) Chambre de culture cellulaire et bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales
EP1019489B1 (en) Application of shear flow stress to chondrocytes
AU2008236529B2 (en) Improved bioreactor surfaces
CN101486967B (zh) 组织工程组织仿生培育的培养液气/液和液/液交换器
NZ332317A (en) Apparatus for the large scale growth and packaging of cell suspensions and three-dimensional tissue cultures
JP2009533041A (ja) 高性能バイオプロセス装置
US20100216240A1 (en) Non-invasive automated cell proliferation apparatus
EP3498822B1 (en) Method for producing three-dimensional structure of cells and system for producing three-dimensional structure
KR20240041372A (ko) 세포로부터 재배된 육류, 조직 및 연관 제품을 생산하기 위한 시스템
JP2017501745A (ja) 体外での複雑な生体組織の再構成のための流体デバイスおよび灌流システム
CN101119735A (zh) 超低强度电场网络介导的向离体细胞内递送基因、蛋白质和药物
EP2130905A1 (en) Method for culturing eukaryotic cells
CN117229918B (zh) 一种无泵驱动液体灌注装置及方法
CN110129199A (zh) 一种干细胞的三维仿真培养系统
CN113817605B (zh) 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器
WO2016140213A1 (ja) 中空糸モジュールを用いた細胞培養方法
CN113817605A (zh) 一种细胞动态培养装置及单种细胞培养器
Abbatiello et al. Development of an In-House Customized Perfusion-Based Bioreactor for 3D Cell Culture
CN210620843U (zh) 干细胞的仿真培养装置
KR20190063478A (ko) 마이크로바이오리액터 모듈
CN1118563C (zh) 中空纤维模拟骨髓造血装置
JP2003180334A (ja) 三次元高密度細胞培養用モジュール
DE10326749B4 (de) Hybrides Kreislaufsystem
Abbatiello et al. In-house Design and Manufacture of Perfusion-based Bioreactor for 3D Culture

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