CN1242048C - 细胞反应器 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种用于组织再造工程、可供将生物细胞在单一环境下接种于生物支架的细胞反应器，包括一个容器体和与容器体密封配合的封盖体；并包括一个将容器体和封盖体收容于其内的、并能保持细胞反应器内负压的袋体。封盖体上设有注射孔和透气孔，透气孔由能阻止微生物进入的透气膜遮覆着。所述袋体包括一个具有包装和保持负压作用的外袋体和一个可阻止微生物进入的内袋体。细胞反应器内可放有多孔生物支架材料。本发明细胞反应器的整个使用过程都可在单一环境内进行，减少了对其他物质和生物源性物质的接触，从而能避免疾病传播和被培养的生物细胞、组织被污染的可能性。

Description

细胞反应器

技术领域

本发明涉及一种可应用于生物、化学、医药等领域的细胞反应器，尤其是一种用于组织再造工程、可供将生物细胞在单一环境下接种于生物支架的细胞反应器。

背景技术

近来，随着生命科学、材料科学以及相关物理、化学学科的发展，人们提出了一个新的概念——组织工程。它是应用细胞生物学和工程学原理，研究开发修复、改善损伤组织结构和功能的生物替代物的一门科学。其基本方法是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并可被机体降解吸收的生物支架，植入机体组织缺损部位，在支架材料逐步降解过程中，细胞继续增殖并分泌基质，最终形成相应组织，达到修复组织缺损，重建功能的目的。

应用组织工程技术重建组织，有望从根本上解决组织器官移植手术供体材料缺乏的问题。此技术已经成功构建了软骨、骨、肌腱、皮肤等各种组织。

但是，目前组织工程离临床应用仍有较大的距离。尤其是组织再造过程，在从生物体上分离所需细胞、制备细胞悬液、将细胞接种于生物支架、及将接种培养好的细胞-生物支架复合体再植入生物体内等等过程中，细胞和组织必须通过复杂的生物体外环境，而且会直接接触到化学和生物源性物质(例如：小牛血清、生长因子、胶元、蛋白质等)。由于这些生物源性物质皆来源于动物或他人，这样就有疾病传播的潜在危险性(如：乙、丙肝炎、爱滋病、疯牛病等)。同时，在操作过程中，必须经过多种容器和器具，这也增加了污染的可能性。

目前已有多种生物反应器，例如PCT专利W00190296A1揭露了一种细胞收集装置，W002062358A1揭露了一种细胞悬液预制装置，WO0248317A2揭露了一种用于在培养箱内制备生物细胞组织的装置。但是它们的功能大多较为单一，仅能用于细胞的分离/收集、或细胞混悬液的配制、或细胞与材料的掺杂、或者细胞和组织的培养；因而就大大增加了在组织再造过程中，细胞、生物支架、或者经再造的组织被污染的可能性、和使用过程的繁琐复杂性，这将限制组织工程技术在临床的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于组织再造工程、可供生物细胞在单一环境下接种于生物支架的细胞反应器，从而可以尽可能地避免被污染的可能性。

本发明的技术解决方案要点是：提供一种细胞反应器，其包括一个容器体和一个与容器体密封配合的封盖体；并进一步包括一个将容器体和封盖体收容于其内的、并能保持细胞反应器内负压的袋体。封盖体上设有注射孔和透气孔，透气孔由能阻止微生物进入的透气膜所

遮覆，而注射孔内填有可穿刺的柔性硅胶。

所述袋体包括一个具有包装和保持负压作用的外袋体和一个可阻止微生物进入的内袋体。所述细胞反应器内还设有一个支架，该支架上可预备放有多孔生物支架材料。

所述透气膜可遮覆在透气孔的上表面或下表面上，为由聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯制成的微孔膜，孔径＜0.22微米，厚度50～1000微米。

注射孔是在封盖体上形成的一个孔径范围为1～10mm的圆孔，并填有能使注射器针头方便地穿入到容器体内、但在抽取针头后又能自动关闭、使微生物及液体不能进入到容器体内的材料。该材料为可穿刺的柔性硅胶。该注射孔可以设在一个设于封盖体的活塞体上；其内还可设有一根伸入容器体内的导管。

容器体和封盖体可由聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和玻璃等材料制成。

在尚未使用时，本发明细胞反应器的外袋体呈封闭状态，并能使其内形成负压状态(-0.1～-1.0大气压)。打开外袋体后，气体通过封盖体上的透气孔进行气体交换，而微孔透气膜则可防止外界的微生物侵入。通过注射孔，可将组织液、细胞或药物注入至容器体内，使它们与预先备放的生物支架材料掺杂在一起；当拔除注射器后，注射孔内填充的材料会自动封闭使用注射器形成的针孔。

掺杂后的细胞-生物支架复合体在室温下、或培养箱内放置若干小时后，使细胞贴附到生物支架材料表面；细胞-生物支架复合体在细胞培养箱内经一定时间(大于24小时)的培养，使细胞在生物支架材料的孔隙内大量增殖，可在体外培养而形成的生物组织。

当细胞被注入到容器体内并完成掺杂后，即可去除该外袋体，使其达到平衡容器体内的压力与外界相等。在去除外袋体后，内袋体就起到包装袋的作用，并能使容器内的气体与外界交换，但微生物被阻止进入，这样就保证了内袋体内的无菌状态。当完成了细胞贴附和/或细胞培养增殖后，在医生临床使用时即可去除外袋体提供应用。

由上述技术方案可知，本发明细胞反应器是一种组合式、简易、可控、有效的细胞反应器；其可在负压情况下，能使细胞、蛋白质和药物等掺杂到载体之中；在恢复正常压力后，能使气体控制交换获得细胞培养所需的环境，可进行组织和细胞培养。该过程可在手术室内进行，并可直接应用于病人；而且整个过程都可在单一环境内进行，减少了对其他物质和生物源性物质的接触，从而能避免疾病传播和被培养的生物细胞、组织被污染的可能性。

附图说明

图1是本发明第一实施例的立体示意图；

图2是本发明第一实施例的剖视图；

图3是本发明第二实施例的剖视图；

图4是本发明第二实施例的使用状态示意图；

图5是本实用新型第二实施例的另一使用状态示意图；

图6是本发明第三实施例的立体示意图；

图7是本发明第三实施例的剖视图；

图8是本发明袋体示意图。

具体实施方式

现结合说明书附图，对本发明细胞反应器作进一步详细说明。

参阅图1、3及7，本发明细胞反应器10、20、30包括一个容器体14、24、34和一个与容器体14、24、34密封配合的封盖体12、22、32；并进一步包括一个将容器体14、24、34和封盖体12、22、32收容于其内的、并能保持细胞反应器内负压的袋体(图8)。封盖体12、22、32上设有注射孔124、224、324和若干透气孔122、222、322，透气孔122、222、322由能阻止微生物进入的透气膜11、21、31遮覆着。

袋体包括一个具有包装和保持负压作用的外袋体60(图8)和一个可阻止微生物进入的内袋体62(图8)。所述细胞反应器10、20、30内还设有一个支架16、26、36；该支架16、26、36上可预备放有多孔生物支架材料19、29、39。生物支架材料19、29、39可以是无机或有机多孔材料，作为细胞掺杂、贴附、增殖的支架，须有足够的孔隙，并且孔隙必须完全沟通。

所述透气膜11、21、31可遮覆在透气孔122、222、322的上表面或下表面上，为由聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯制成的微孔过滤膜，孔径＜0.22微米，厚度50～1000微米。

注射孔124、224、324是在封盖体14、24、34上形成的一个孔径范围为1～10mm的圆孔，并填有能使注射器3的针头(图4)方便地穿入到容器体14、24、34内、但在抽取针头后又能自动关闭、使微生物及液体不能进入到容器体14、24、34内的材料，如硅胶或无毒性橡胶等。

该注射孔124、224、324可以设在一个设于封盖体12、22、32的活塞体25(图3)上；其内还可设有一根伸入容器体14、24、34内的导管5(图5)。

容器体14、24、34和封盖体12、22、32可由聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和玻璃等材料制成。容器体14、24、34的形状可为管状、半球状、立方状和锥体状等任何适当形状，容量可以是10～500ml，内径或内长可以是10～100mm；其内在未使用情况下保持负压状态，压力为-0.1～-1.0大气压。

下面结合具体实施例来对本发明细胞反应器作详细说明。

第一实施例：如图1、2所示，容器体14呈圆柱体，容量达50ml，封盖体12表面有6个直径为1mm的透气孔122；封盖体12内侧设有孔径＜0.22微米、厚度100微米的微孔过滤膜11；容器体14内装有有机或无机生物支架材料19。在未打开外袋体前细胞反应器10内为负压状态，打开外袋体后，气体通过封盖体12上的透气孔122进行气体交换，而微孔过滤膜11则可防止外界的微生物侵入。通过注射孔124将组织液、细胞或药物注入至容器体14内，使它们与生物支架材料19充分掺杂在一起，当注射器(可参图4)拔除后，其所形成的针孔即被注射孔124内的填充材料自动封闭。

第二实施例：参阅图3、图4及图5，容器体24呈圆柱体，容量可达50ml，底部装有三角支架26与容器体14匹配封盖体表面有6个直径为1mm的透气孔222；封盖体22内侧设有孔径＜0.22微米，厚度100微米的微孔过滤膜21；封盖体22还设有一活塞25；容器体24内装有多孔生物支架材料29。在未打开外袋体前，细胞反应器20内为负压状态，打开外袋体后，气体通过封盖体22上的透气孔222进行气体交换，而微孔过滤膜21则可防止外界的微生物侵入。通过活塞25上的注射孔将细胞混悬液注入至容器体24内，拔去注射器3后再将活塞25推进使细胞反应器回复到常压状态，使细胞混悬液与多孔生物支架材料29在容器体24内形成细胞-生物支架复合体28，底部的三角支架26使细胞-生物支架复合体不致于塌陷，可进一步培养、增殖成有活性的生物组织材料。

第三实施例：如图6、图7及图8所示，容器体34呈圆柱体，容量可达50ml，底部装有三角支架36与容器体34匹配，封盖体32表面有6个直径为1mm的透气孔322，封盖体32内侧设有孔径＜0.22微米，厚度100微米的微孔过滤膜31，容器体34内装有多孔生物支架材料39，在封盖体32的注射孔324和生物支架材料39之间有导管5相连。在未打开外袋体前，细胞反应器30内为负压状态，打开外袋体后，气体通过封盖体32上的透气孔322进行气体交换，而微孔过滤膜31则可防止外界的微生物侵入。通过注射孔324及导管5将细胞混悬液注射到生物支架材料39中间，使其充分掺杂、粘附后形成细胞-生物支架复合体，如在细胞培养箱(未图示)内经一定时间(大于24小时)的培养，细胞在生物支架材料39孔隙内大量增殖，可显著增加细胞-生物支架复合体的生物活性及生物效应，并有可能形成组织。

在尚未使用时，本发明细胞反应器10、20、30的外袋体呈封闭状态，并能使其内形成负压状态(-0.1～-1.0大气压)。打开外袋体后，气体通过封盖体12、22、32上的透气孔122、222、322进行气体交换，而微孔透气膜11、21、31则可防止外界的微生物侵入。通过注射孔124、224、324，可将组织液、细胞或药物注入至容器体124、24、34内，使它们与预先备放的生物支架材料19、29、39掺杂在一起。当拔除注射器3后，注射孔124、224、324内填充的材料会自动封闭使用注射器形成的针孔。

掺杂后的细胞-生物支架复合体在室温下、或培养箱内放置若干小时后，使细胞贴附到材料表面形成细胞-生物支架复合体28；细胞-生物支架复合体28在细胞培养箱内经一定时间(大于24小时)的培养，使细胞在生物支架材料的孔隙内大量增殖，可在体外培养而形成的生物组织。

当细胞被注入到容器体14、24、34内并完成掺杂后，即可去除该外袋体，使其达到平衡容器体14、24、34内的压力与外界相等。在去除外袋体后，内袋体就起到包装袋的作用，并能使容器体14、24、34内的气体与外界交换，但微生物被阻止进入，这样就保证了内袋体内的无菌状态。当完成了细胞贴附和/或细胞培养增殖后，在医生临床使用时，即可去除外层包装袋提供应用。

由上述技术方案可知，本发明是一种组合式、简易、可控、有效的细胞反应器；其可在负压情况下，能使细胞、蛋白质和药物等掺杂到载体之中；在恢复正常压力后，能使气体控制交换获得细胞培养所需的环境，可进行组织和细胞培养，达到细胞贴附和增殖。该装置使用简便，能在手术室由外科医生在手术中同步使用，无须特殊器械和设备。而且，整个使用过程都可在单一环境内进行，减少了对其他物质和生物源性物质的接触机会，从而能避免疾病传播和被培养的生物细胞、组织被污染的可能性。

Claims (7)

1、一种细胞反应器，包括一个容器体和一个与容器体密封配合的封盖体；其特征在于：进一步包括一个将容器体和封盖体收容于其内的、并能保持细胞反应器内负压的袋体，所述袋体包括一个具有保持负压作用的外袋体以及阻止微生物进入的内袋体；封盖体上设有注射孔和透气孔，透气孔由透气膜遮覆，透气膜孔径小于0.22微米。

2、如权利要求1所述的细胞反应器，其特征在于：所述透气膜遮覆在透气孔的上表面或下表面上。

3、如权利要求1或2所述的细胞反应器，其特征在于：所述透气膜由聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯制成的微孔过滤膜，厚度50～1000微米。

4、如权利要求1或2所述的细胞反应器，其特征在于：所述注射孔内填充的材料为可穿刺的柔性硅胶。

5、如权利要求4所述的细胞反应器，其特征在于：所述注射孔是在封盖体上形成的一个孔径范围为1～10mm的圆孔。

6、如权利要求1或2所述的细胞反应器，其特征在于：所述细胞反应器内还设有一个支架。

7、如权利要求1或2所述的细胞反应器，其特征在于：封盖体的注射孔内设有一根伸入容器体内的导管。

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