CN114774278A - 一种3d心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法 - Google Patents

一种3d心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法，包括正面培育盒和反面培育盒，所述正面培育盒包括第一盒体和第一盒盖，所述第一盒盖上设有相互连通的第一加液槽和第一培养槽，所述第一培养槽的底部设有微孔半透膜，所述反面培育盒包括第二盒体和第二盒盖，所述第二盒盖上设有相互连通的第二加液槽和第二培养槽，所述第二培养槽的底部设有镂空托板，所述第一盒体和所述第二盒体内均设有培养液腔。本发明用于3D心脏瓣膜类器官的培育,可以在培育过程中保持内皮细胞层和间质细胞层均与培养液进行充分的营养交换，保证培育的三层心脏瓣膜类器官结构完整的同时，避免发生细胞凋亡，极大提高心脏瓣膜类器官的培育成功率。

Description

一种3D心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及生物实验器械技术领域，具体涉及一种3D心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法。
背景技术：
类器官是近年来新兴的疾病研究模型，国外已有大脑类器官、视杯状类器官、心肌类器官、肠类器官、肝类器官等，而心脏瓣膜类器官在心脏疾病的实验研究中存在大量的应用需求。如专利申请号为RO201900736的专利提供了一种制备瓣膜小叶的三维生物印迹模型的方法，通过制备分离自人瓣膜的瓣膜间质细胞(VIC)悬浮液的混合物，在2×106个细胞/ml的密度下，用预先由猪凝胶制备的凝胶，甲基丙烯酸酐，抗生素，海藻酸钠溶液和光引发剂，将混合物装入生物打印机的注射器中，生物打印3D构建体，然后进行水凝胶光聚合，将交联的构建体转移到通常用于细胞培养的培养基上24小时，在37℃的温度下，体外接种分离自人瓣膜的瓣膜内皮细胞(VEC)，在8×104个细胞/cm2的密度下，将它们保持在37℃的细胞培养箱中，在48小时内，5％CO2在3D构建体表面形成VEC的汇合层并形成VIC的内部细胞网络，然后根据形成钙化中心的能力评估3D模型。专利申请号为ES13811696的专利也提供了一种当细胞和组织层在三维中生长成心脏瓣膜时对它们进行成形和固定的模具和工艺。但是由于心脏瓣膜表面两层薄薄的内皮细胞层与中间的大量间质细胞层组成的三明治结构，现有的心脏瓣膜类器官培育装置在进行培育时，心脏瓣膜类器官朝下的一面内皮细胞由于与培养皿底面接触，会因为缺少氧气与营养物质而发生凋亡，难以形成天然瓣膜上下两层内皮细胞中间是间质细胞的三明治结构，极易导致培育失败。
发明内容：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种3D心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法，用于3D心脏瓣膜类器官的培育，解决现有技术在进行心脏瓣膜类器官培育时朝下的一面内皮细胞与培养皿底面接触，因为缺少氧气与营养物质而发生凋亡，难以形成正常的心脏瓣膜结构，极易导致培育失败的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种3D心脏瓣膜类器官培育器，包括正面培育盒和反面培育盒，所述正面培育盒包括第一盒体和第一盒盖，所述第一盒盖上设有相互连通的第一加液槽和第一培养槽，所述第一培养槽的底部设有微孔半透膜，所述反面培育盒包括第二盒体和第二盒盖，所述第二盒盖上设有相互连通的第二加液槽和第二培养槽，所述第二培养槽的底部设有镂空托板，所述第一盒体和所述第二盒体内均设有培养液腔，所述第一加液槽和所述第二加液槽的侧壁上均设有出液孔。
所述第一盒盖可以放置在所述第一盒体上，所述第二盒盖同样可以放置在所述第二盒体上，所述第一培养槽和所述第一加液槽处于所述第一盒体内的所述培养液腔内，所述第二培养槽和所述第二加液槽处于所述第二盒体内的所述培养液腔内，所述正面培育盒用于培养间质细胞层与一层内皮细胞层，所述反面培育盒用于培育另一层内皮细胞层，所述正面培育盒于所述反面培育盒的结构均为一个可加在12孔板、24孔板或者48孔板的盒状结构，所述第一加液槽和所述第二加液槽均用于往所述第一培养槽或第二培养槽内添加培养液，所述出液孔用于使所述第一加液槽和所述第二加液槽内的培养液可以与所述第一盒体和第二盒体内的培养液流通，所述第一培养槽底部的所述微孔半透膜用于承托间质细胞层并使间质细胞可以与所述第一盒体内的培养液进行营养物质的交换，保证培养顺利，所述镂空托板用于承托内皮细胞层并使内皮细胞可以与所述第二盒体内的培养液进行营养物质的交换，有效防止细胞因为不透气或者缺少营养物质而凋亡。
进一步地，所述第一培养槽和所述第一加液槽之间通过螺纹可拆卸地连接。所述第一培养槽可以从所述第一盒体上旋转拆下，方便将所述第一培养槽倒置后，将所述第一培养槽内培养完成的间质细胞层和内皮细胞层倒入所述第二培养槽内，提高操作便捷性。
进一步地，所述第一培养槽的底部设有卡槽和与所述卡槽配合的固定环，所述微孔半透膜的边缘通过所述固定环压紧固定在所述第一培养槽内。所述固定环可以从所述卡槽内拆出，使所述微孔半透膜为可拆卸状态，便于在倒出间质细胞层和内皮细胞层时揭开所述微孔半透膜，避免间质细胞层与微孔半透膜发生粘连导致取出不完整。
进一步地，所述第一培养槽和所述第二培养槽的侧壁上均设有半透板。所述半透板用于供间质细胞层和内皮细胞层的侧面与所述培养液腔内的培养液进行营养物质交换，保证培育出的细胞层各个面的活性足够。
进一步地，所述半透板由镂空的硬质支撑网和填充在所述硬质支撑网内的高分子半透填料组成。所述硬质支撑网可以保证所述半透板的刚性，避免在细胞培育过程中发生变形导致培养出的心脏瓣膜细胞层不均匀，也方便倒出所述第一培养槽和所述第二培养槽内培育好的细胞层。
进一步地，所述镂空托板为十字形或环形，以减少所述镂空托板与内皮细胞层的接触面积，保证所述内皮细胞层能与培养液充分接触。
进一步地，所述微孔半透膜和所述镂空托板的材料均采用生物相容性好的聚氨酯或聚乙丙交酯，保证要培育的细胞层与所述微孔半透膜和所述镂空托板接触处维持充分活性。
本发明还公开了一种3D心脏瓣膜类器官培育器的使用方法，包括以下步骤：
S1、将所述第一盒盖打开，向所述正面培育盒上的所述第一盒体内加入培养液，再将所述第一盒盖放置在所述第一盒体上，将间质细胞与凝胶混合后的物质通过所述第一加液槽加入所述第一培养槽内，间质细胞与凝胶的混合物与所述微孔半透膜接触，然后再向所述第一加液槽内加入培养液，使培养液的深度超出所述出液孔，与所述第一盒体内的培养液连通混合，间质细胞在所述第一培养槽的底部通过所述微孔半透膜与培养液产生营养物质交换，待4天后间质细胞生长完成形成间质细胞层；
S2、取出所述第一盒盖，倒出所述第一培养槽内的培养液，通过所述第一加液槽向所述第一培养槽内加入内皮细胞，使内皮细胞处于间质细胞层上方，再将所述第一盒盖放置到所述第一盒体上，通过所述第一培养槽向内皮细胞上方加入培养液，培养4天后形成完整的内皮细胞层，然后再次倒出培养液，将所述第一培养槽内具有单层内皮细胞层与间质细胞层的结构从所述正面培养盒中倒出，将所述第一培养槽倒立向下对准所述反面培育盒，撕下所述微孔半透膜，将有内皮细胞层的一面朝下放入所述反面培育盒内的所述第二培养槽内，使内皮细胞层与所述镂空托板接触；
S3、通过所述第二加液槽向所述反面培育盒内加入培养液，使培养液充满所述第二盒体和所述第二培养槽，向所述第二培养槽内再加入内皮细胞进行培养，使新加入的内皮细胞处于间质细胞层上方，由于所述第二培养槽的底部为镂空结构，内皮细胞层可以与所述第二盒体内的培养液进行气体交换与营养物质交换，不会凋亡，再培育4天后，所述反面培育盒中新加入的内皮细胞层也生长完好，这样就形成了类似天然瓣膜的三层细胞结构。
(三)有益效果：
本发明的有益效果是：通过设置正面培育盒和反面培育盒，正面培育盒包括第一盒体和第一盒盖，第一盒盖上设置相互连通的第一加液槽和第一培养槽，第一培养槽的底部设置微孔半透膜，反面培育盒包括第二盒体和第二盒盖，第二盒盖上设置相互连通的第二加液槽和第二培养槽，第二培养槽的底部设置镂空托板，第一盒体和第二盒体内均设置培养液腔，通过正面培育盒培育间质细胞层和一层内皮细胞层，并将培育好的细胞层倒置后置入反面培育盒再培育另一层内皮细胞层，培育过程中内皮细胞层和间质细胞层均与培养液保持充分的营养交换，保证培育的三层心脏瓣膜类器官结构完整的同时，避免发生细胞凋亡，极大提高心脏瓣膜类器官的培育成功率。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器所述正面培育盒的俯视图；
图2为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器所述正面培育盒的剖视图；
图3为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器所述反面培育盒的俯视图；
图4为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器所述反面培育盒的剖视图；
图5为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器所述微孔半透膜部位的局部放大剖视图；
图6为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器使用所述正面培育盒进行培育时的剖视示意图；
图7为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器倒出所述第一培养槽内的细胞层时的剖视示意图；
图8为本发明实施例的3D心脏瓣膜类器官培育器使用所述反面培育盒进行培育时剖视示意图；
图中：1、正面培育盒；11、第一盒体；12、第一盒盖；13、第一加液槽；14、第一培养槽；15、微孔半透膜；2、反面培育盒；21、第二盒体；22、第二盒盖；23、第二加液槽；24、第二培养槽；25、镂空托板；3、培养液腔；4、出液孔；5、螺纹；6、卡槽；7、固定环；8、半透板；81、硬质支撑板；82、高分子半透填料；9、间质细胞层；10、内皮细胞层；101、弹性垫圈；102、培养液
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，包括正面培育盒1和反面培育盒2，正面培育盒1包括第一盒体11和第一盒盖12，第一盒盖12上设有相互连通的第一加液槽13和第一培养槽14，第一培养槽14的底部设有微孔半透膜15，反面培育盒2包括第二盒体21和第二盒盖22，第二盒盖22上设有相互连通的第二加液槽23和第二培养槽24，第二培养槽24的底部设有镂空托板25，第一盒体11和第二盒体21内均设有培养液腔3，第一加液槽13和第二加液槽23的侧壁上均设有出液孔4。
优选地，第一培养槽14和第一加液槽13之间通过螺纹5可拆卸地连接。第一培养槽14可以从第一盒体11上旋转拆下，方便将第一培养槽14倒置后，将第一培养槽14内培养完成的间质细胞层9和内皮细胞层10倒入第二培养槽24内，提高操作便捷性。
优选地，第一培养槽14的底部设有卡槽6和与卡槽6配合的固定环7，微孔半透膜15的边缘通过固定环7压紧固定在第一培养槽14内。卡槽6内设有弹性垫圈101，保证固定环7将微孔半透膜15压紧，固定环7可以从卡槽6内拆出，使微孔半透膜15为可拆卸状态，便于在倒出间质细胞层9和内皮细胞层10时揭开微孔半透膜15，避免间质细胞层9与微孔半透膜15发生粘连导致取出不完整。
优选地，第一培养槽14和第二培养槽24的侧壁上均设有半透板8。半透板8用于供间质细胞层9和内皮细胞层10的侧面与培养液腔3内的培养液102进行营养物质交换，保证培育出的细胞层各个面的活性足够。
优选地，半透板8由镂空的硬质支撑网81和填充在硬质支撑网81内的高分子半透填料82组成。硬质支撑网81可以保证半透板8的刚性，避免在细胞培育过程中发生变形导致培养出的心脏瓣膜细胞层不均匀，也方便倒出第一培养槽14和第二培养槽24内培育好的细胞层。
优选地，镂空托板25为十字形，以减少镂空托板25与内皮细胞层10的接触面积，保证内皮细胞层10能与培养液102充分接触。
优选地，微孔半透膜15和镂空托板25的材料均采用生物相容性好的聚氨酯或聚乙丙交酯，保证要培育的细胞层与微孔半透膜15和镂空托板25接触处维持充分活性。
本发明实施例所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器的使用方法如下：
S1、将第一盒盖12打开，向正面培育盒1上的第一盒体11内加入培养液102，再将第一盒盖12放置在第一盒体11上，将间质细胞与凝胶混合后的物质通过第一加液槽13加入第一培养槽14内，间质细胞与凝胶的混合物与微孔半透膜15接触，然后再向第一加液槽13内加入培养液102，使培养液102的深度超出出液孔4，与第一盒体11内的培养液102连通混合，间质细胞在第一培养槽14的底部通过微孔半透膜15与培养液102产生营养物质交换，待4天后间质细胞生长完成形成间质细胞层9；
S2、取出第一盒盖12，倒出第一培养槽14内的培养液102，通过第一加液槽13向第一培养槽14内加入内皮细胞，使内皮细胞处于间质细胞层9上方，再将第一盒盖12放置到第一盒体11上，通过第一培养槽14向内皮细胞上方加入培养液102，培养4天后形成完整的内皮细胞层10，然后再次倒出培养液102，将第一培养槽14内具有单层内皮细胞层10与间质细胞层9的结构从正面培养盒1中倒出，将第一培养槽14倒立向下对准反面培育盒2，将固定环7从卡槽6内拆出，使微孔半透膜15为可拆卸状态，揭开微孔半透膜15，避免间质细胞层9与微孔半透膜15发生粘连导致取出不完整，将有内皮细胞层10的一面朝下放入反面培育盒2内的第二培养槽24内，使内皮细胞层10与镂空托板25接触；
S3、通过第二加液槽23向反面培育盒2内加入培养液102，使培养液102充满第二盒体21和第二培养槽24，向第二培养槽24内再加入内皮细胞进行培养，使新加入的内皮细胞处于间质细胞层9上方，由于第二培养槽24的底部为镂空结构，内皮细胞层10可以与第二盒体21内的培养液102进行气体交换与营养物质交换，不会凋亡，再培育4天后，反面培育盒2中新加入的内皮细胞层10也生长完好，这样就形成了类似天然瓣膜的三层细胞结构。
综上，本发明提供的3D心脏瓣膜类器官培育器及其使用方法，用于3D心脏瓣膜类器官的培育，解决现有技术在进行心脏瓣膜类器官培育时朝下的一面内皮细胞与培养皿底面接触，因为缺少氧气与营养物质而发生凋亡，难以形成正常的心脏瓣膜结构，极易导致培育失败的问题。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：包括正面培育盒和反面培育盒，所述正面培育盒包括第一盒体和第一盒盖，所述第一盒盖上设有相互连通的第一加液槽和第一培养槽，所述第一培养槽的底部设有微孔半透膜，所述反面培育盒包括第二盒体和第二盒盖，所述第二盒盖上设有相互连通的第二加液槽和第二培养槽，所述第二培养槽的底部设有镂空托板，所述第一盒体和所述第二盒体内均设有培养液腔，所述第一加液槽和所述第二加液槽的侧壁上均设有出液孔。
2.根据权利要求1所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述第一培养槽和所述第一加液槽之间通过螺纹可拆卸地连接。
3.根据权利要求1所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述第一培养槽的底部设有卡槽和与所述卡槽配合的固定环，所述微孔半透膜的边缘通过所述固定环压紧固定在所述第一培养槽内。
4.根据权利要求1所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述第一培养槽和所述第二培养槽的侧壁上均设有半透板。
5.根据权利要求4所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述半透板由镂空的硬质支撑网和填充在所述硬质支撑网内的高分子半透填料组成。
6.根据权利要求1所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述镂空托板为十字形或环形。
7.根据权利要求1所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器，其特征在于：所述微孔半透膜和所述镂空托板的材料均采用生物相容性好的聚氨酯或聚乙丙交酯。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种3D心脏瓣膜类器官培育器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述第一盒盖打开，向所述正面培育盒上的所述第一盒体内加入培养液，再将所述第一盒盖放置在所述第一盒体上，将间质细胞与凝胶混合后的物质通过所述第一加液槽加入所述第一培养槽内，间质细胞与凝胶的混合物与所述微孔半透膜接触，然后再向所述第一加液槽内加入培养液，使培养液的深度超出所述出液孔，与所述第一盒体内的培养液连通混合，间质细胞在所述第一培养槽的底部通过所述微孔半透膜与培养液产生营养物质交换，待4天后间质细胞生长完成形成间质细胞层；
S2、取出所述第一盒盖，倒出所述第一培养槽内的培养液，通过所述第一加液槽向所述第一培养槽内加入内皮细胞，使内皮细胞处于间质细胞层上方，再将所述第一盒盖放置到所述第一盒体上，通过所述第一培养槽向内皮细胞上方加入培养液，培养4天后形成完整的内皮细胞层，然后再次倒出培养液，将所述第一培养槽内具有单层内皮细胞层与间质细胞层的结构从所述正面培养盒中倒出，将所述第一培养槽倒立向下对准所述反面培育盒，撕下所述微孔半透膜，将有内皮细胞层的一面朝下放入所述反面培育盒内的所述第二培养槽内，使内皮细胞层与所述镂空托板接触；
S3、通过所述第二加液槽向所述反面培育盒内加入培养液，使培养液充满所述第二盒体和所述第二培养槽，向所述第二培养槽内再加入内皮细胞进行培养，使新加入的内皮细胞处于间质细胞层上方，由于所述第二培养槽的底部为镂空结构，内皮细胞层可以与所述第二盒体内的培养液进行气体交换与营养物质交换，不会凋亡，再培育4天后，所述反面培育盒中新加入的内皮细胞层也生长完好，这样就形成了类似天然瓣膜的三层细胞结构。
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