CN1672047A - 暴露设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活细胞培养的暴露设备，所述设备具有多个细胞培养物室和介质引导装置所共有的介质腔室。设置所述介质腔室、细胞培养室和介质引导装置，从而为每个所述细胞培养室提供基本同步的介质交换。

Description

暴露设备
本发明涉及活体细胞培养物中流体混合物的暴露设备，特别是香烟烟气和/或气体混合物。
已知有各种暴露设备将气体物质传送至活体细胞培养物。每种所述已知设备有利于将烟传送至细胞培养室，以及有利于将营养物介质传送至生长在细胞培养室中的细胞培养物基底。所述已知设备提供了复杂而且通常价格昂贵的装置，其设计用于防止气体物质和营养物介质混合。例如DE19526533描述了一种暴露设备，其中将气体物质引入设备的顶板中，由放射状烟气分配装置供给至不同且隔离的细胞培养室。然后，所述气体物质从上述细胞培养室上方离开进入位于暴露设备底板的中央出气孔。所述气体物质被直接供给至细胞培养物的顶部表面。所述营养物介质通过与设备底板内的储存池相连的进入通道和排出通道供给至每个细胞培养室，每个细胞培养室位于单独的储存池中，从而使气体物质和营养物介质分隔开，而且为每个细胞培养室单独提供介质供应。所描述的设备生产较为复杂而且昂贵，要求对细胞上的气体物质的流速进行监测，从而确保所述气体流速不对细胞造成损害。此外，由于每个介质储存池具有各自的进入和排出通道，因此需要大量的介质进入和排出管。
在国际专利申请WO99/36505中，介质通过进入管道进入大量的分隔的细胞培养室中。每个细胞培养室的下面具有各自的分散介质腔室。所述装置生产较为复杂而且昂贵，每个细胞培养室不能进行连续的介质交换。营养物介质必须通过与将营养物介质供给细胞的相同装置除去，从而在新鲜介质和/或含有添加剂的介质供给至细胞培养物的基底之前必须将介质除去。
本发明的一个目的是提供一种活细胞培养物的暴露设备，其具有所有细胞培养室共有的介质腔室，从而允许每个细胞培养室进行连续的介质交换。
本发明的另一目的是提供一种活细胞培养物的暴露设备，其生产较为简单而且便宜，易于使用。
本发明的另一目的是提供一种活细胞培养物的暴露设备，其可操作地为细胞提供基础或浸没供料条件，其中可以以选择的进入和排出流速设置介质的供给，而不需要进一步的人为或电子干预。
本发明的另一目的是提供一种活细胞培养物的暴露设备，其操作过程中不需要介质进入和排出流速之间保持平衡，从而维持介质供应至生长在其中的细胞培养物。
本发明提供了一种活细胞培养物的暴露设备，其包括基底部、顶部、流体进入装置、流体排出装置、介质进入装置、介质排出装置、介质腔室和多个细胞培养室，其中所述介质腔室是所有细胞培养室所共有的。
优选地，所述介质腔室具有位于其中的介质引导装置。有利的是，所述介质引导装置由所述暴露设备的基底部的凸起区域形成。适当地，所述介质引导装置为位于介质腔室中的一个岛状物，营养物介质可以环绕其流动。所述介质引导装置位于介质腔室中从而引导介质在每个细胞培养室的下面流动。优选地，所述介质引导装置位于介质腔室的中央，更优选地，其与每个细胞培养室距离相等。
优选地，所述暴露设备包括两个或多个细胞培养室，它们的位置使得每个细胞培养室的基底部位于介质腔室中。有利地是，所述暴露设备包括三个细胞培养室。所述暴露设备可以适当地包括任意数量的细胞培养室以及具有不同尺寸的细胞培养室。适合用于本发明的暴露设备的细胞培养室是本领域技术人员易于知晓的。
优选地，每个细胞培养室的基底部通过间隙与暴露设备的基底部分隔开，从而使得介质在介质腔室中的每个细胞培养室的下面自由流动。介质在每个细胞培养室的下面自由流动有利于每个细胞培养室的连续介质交换。通过设置介质引导装置进一步加强了连续介质交换。
适当地，使介质在每个细胞培养室的基底部和暴露设备的基底部之间自由流动的所述间隙至少为1mm。优选地，位于每个细胞培养室的基底部和暴露设备的基底部之间的所述间隙大约为2mm或更大。更优选地是，位于每个细胞培养室的基底部和暴露设备的基底部之间的所述间隙大约为4mm。
介质通过介质进入装置供给至暴露设备的介质腔室中，并通过介质排出装置从暴露设备的介质腔室除去。
优选地，所述介质进入装置的设置使得向暴露设备的基底部提供介质，从而介质直接流至介质腔室中。更优选地，所述介质进入装置位于暴露设备的基底部的侧壁或底壁上。
适当地，所述介质进入装置为管道或管子。
有利地是，所述介质排出装置与所述介质进入装置分隔开，并通过所有细胞培养室和/或介质引导装置与所述介质进入装置间隔开。
优选地，所述介质排出装置的操作使得介质从其顶部除去，所述介质排出装置适当地从所述暴露设备的顶部延伸进入介质腔室中。相对于细胞培养室的基底部，所述介质排出装置的吸入端的位置可以进行调整从而可以实现对细胞培养物的基础或浸没供料。此外，所述介质排出装置可以包括两个排出装置，第一个的位置可以实现细胞培养物的基础供料，第二个排出装置的位置可以实现细胞培养物的浸没供料。
在基础供料期间，保持介质水平从而介质总是与细胞培养物的基底部接触。在另一实验体系下，保持介质水平从而细胞培养物总是被介质覆盖，所述供料体系为本领域公知的浸没供料。
适当地，所述介质排出装置为管道或管子。优选地，所述介质排出装置为可自由伸缩的管子，其可以被锁在暴露设备内，从而所述管子的吸入端的高度高于操作者所选择的暴露设备基底部。管子吸入端高出暴露设备基底部的高度可以等于细胞培养物高出所述设备基底部的距离，从而有利于培养物的基础供料，或者，管子吸入端高出暴露设备基底部的高度可以大于细胞培养物高出所述设备基底部的高度从而有利于培养物的浸没供料。
可以通过锁定装置锁定介质排出装置的位置。所述锁定装置可以是具有中央孔的带螺纹的螺钉装置，介质排出装置通过所述带螺纹的螺钉的中央孔。另外，也可以提供摩擦锁定装置，对其进行操作可以调整介质排出装置的位置。
优选地，所述介质排出装置可操作地连接在第一泵装置上，所述泵装置可以在可控的第一泵速率下工作。适当地，所述第一泵速率在大约1ml/min和大约20ml/min的范围之间，优选地，所述第一泵速率大约为10ml/min。
所述介质进入装置适当地可操作地连接在第二泵装置上，所述第二泵装置可以在可控的第二泵速率下工作。适当地，所述第二泵速率在大约1ml/min和大约10ml/min的范围之间，优选地，所述第二泵速率大约为7ml/min。
有利地是，所述第一泵速率至少等于第二泵速率，从而在操作中保持所选定的介质水平，而不需要进一步的干预。优选地，第一泵速率大于第二泵速率。优选地，第一泵速率大于第二泵速率，并且介质腔室中的介质水平的变化在操作过程中不超过大约3mm。优选地，所述介质腔室中的介质水平的变化在操作过程中不超过大约0.5mm。
所述介质排出装置和/或介质进入装置可以连续运行，或者，可以操作者选择的流速脉冲式地提供/去除营养物介质。当介质进入装置连续运行，介质排出装置的第一泵速率大于介质进入装置的第二泵速率，从而泵之间不需要平衡以维持由操作者选定的介质水平。
优选地，所述介质腔室、介质引导装置、介质进入和排出装置有利于每个细胞培养室的基本同步的介质交换。所述介质引导装置和细胞培养室相互设置，从而在每个细胞培养室发生同步介质交换。
所述暴露设备进一步包括所述细胞培养室共有的流体暴露室，以及流体分配装置，从而为每个细胞培养室提供基本同步的流体暴露。
优选地，本发明的流体进入装置位于暴露设备的顶部。更优选地，所述流体进入装置位于暴露设备顶部的中央。
所述流体进入装置可以连接流体发生装置，从而流体可以通过所述流体进入装置传送至暴露设备。
流体通过所述流体进入装置经流体分配装置进入流体暴露室中。适当地，所述流体分配装置可以是位于细胞培养室上部的盘状板，从而在流体到达流体暴露室之前分配液体。
有利地是，供给细胞培养室的流体流速高至每分钟大约700％的可利用空气隙。
优选地，所述流体排出装置位于介质腔室内介质水平以上，从而介质不流经所述流体排出装置。更优选地，所述流体排出装置的位置使得所述介质排出装置在介质腔室中的水平低于流体排出装置。
有利地是，所述流体排出装置可以位于暴露设备的基底部的侧壁上，或者位于暴露设备顶部的侧壁上。
优选地，所述流体可以是烟、气体、气溶胶等，或它们的混合物。
每个细胞培养室悬挂在介质腔室中，并适当地通过细胞培养室支撑物固定。有利地是，所述细胞培养室的侧壁上具有流体通过间隙。适当地，如果采用浸没供料，细胞培养室可以进行适当地改动，从而确保在每个细胞培养室中进行介质交换。适当地，细胞培养室可以包括例如介质通过间隙。较为优选地是，介质通过间隙(如果有的话)位于细胞培养室的侧壁。适用于本发明的细胞培养室是本领域技术人员所公知的。
所述细胞培养室支撑物可以有利地包括具有多个接收孔的材料的片层，细胞培养室可以向下放置于所述孔中。所述细胞培养室支撑物可以进一步地作为流体暴露室和介质腔室之间的部分隔离物，从而确保流体在经流体排出装置流出暴露设备之前流过细胞培养室。
优选地，所述细胞培养室支撑物由与暴露设备相同的材料构成。优选地，构成暴露设备和细胞培养室支撑物的材料为惰性材料。在本文中，惰性材料是指不与能够在前述设备中使用的流体发生化学反应的材料。适当地，所述暴露设备和细胞培养室支撑物可以由选自以下组的材料构成，包括PTFE，不锈钢，PerspexTM以及玻璃。其它适当的材料是本领域技术人员公知的。
本发明进一步提供了一种向细胞培养室提供营养物介质的方法，其中营养物供给装置、介质引导装置和细胞培养室相互设置，从而为每个所述细胞培养室提供基本同步的介质补给。
本发明进一步提供了用于活细胞培养物的暴露设备，其具有多个细胞培养室和介质引导装置共有的介质腔室，所述细胞培养室和介质引导装置相互设置从而为每个所述细胞培养室提供基本同步的介质交换。
为了便于理解和实施本发明，以下通过举例参考以下示意图，其中：
附图1显示了根据本发明的暴露设备的纵向横截面图。
附图2显示了根据本发明一个实施方式的暴露设备的平面图，其中去除了设备的顶部、细胞培养室和介质排出装置。
示意图的附图1显示了根据本发明的暴露设备1。所述暴露设备包括圆形基底部2和圆形顶部3，它们通过闭合螺钉(未示出)装配在一起。顶部3和基底部2当闭合时形成密封单元。位于顶部3和基底部2之间的橡胶密封件(未示出)确保在所述设备操作期间没有流体从设备中泄漏出去。介质腔室4包括中空的孔用于容纳营养物介质，位于暴露设备1的基底部2内。在顶部3和基底部2之间，设置有细胞培养室支撑物5。细胞培养室6位于细胞培养室支撑物5的接收孔21内。每个细胞培养室6的基底7由渗透膜构成，在该渗透膜上，可以播种和生长细胞培养物8。每个细胞培养室6可以进一步包括惰性材料(未示出)插件。所述插件优选为惰性材料环，该环放置在细胞培养室6的渗透膜上。细胞培养物8可以在渗透膜上播种和生长，所述插件位于适当位置。在将细胞培养室6放入细胞培养室支撑物5的接收孔21内之前，将所述插件从细胞培养室中移开。所述插件(未示出)防止细胞培养物8环绕细胞培养室6的渗透膜的周围生长。
流体通过间隙9位于每个细胞培养室6内，从而流体可以从细胞培养室6中流出。每个细胞培养室6的基底7与所述暴露设备的底部间隔开，从而介质可以在介质腔室4内的每个细胞细胞培养室6下面自由流动。在平面图上，介质引导装置10位于中央，与每个细胞培养室6等距离。
介质进入装置11位于基底部2，通过泵(未示出)向介质腔室4提供介质。介质排出装置12可以是连接至第二泵(未示出)的管道，从而将营养物介质从介质腔室4中提取出来。介质排出装置12可以从暴露设备1的顶部3除去。介质排出装置12的吸入端通过细胞培养室支撑物5的孔22进入介质腔室4中。介质排出装置12可以通过锁定装置(未示出)固定。所述锁定装置可以通过带有螺纹的螺钉提供，所述螺钉具有贯穿其中的中央孔。在该例中，介质排出装置12可以通过所述带有螺纹的螺钉的中央孔。
流体进入装置13位于顶部3的中央，包括穿过外套15的进入孔14，进入孔14通过位于流体分配装置17上部的三个放射状设置的孔16使流体分散进入流体暴露室18中。流体排出装置19位于基底部侧壁20上。所述流体排出装置19另外可以连接至泵装置(未示出)上，从而快速去除流体。
在操作中，营养物介质(未示出)被泵入介质腔室4(泵未示出)中，所述营养物介质被预加热至维持细胞所需要的温度。营养物介质以固定泵入速率被泵入介质腔室4中，直至介质与细胞培养室的底部接7触，这是细胞培养物8的基础供料所需要的，或者介质在介质腔室4中的水平使得细胞培养物8被营养物介质浸没，这是细胞培养物8的浸没供料所需要的。
介质排出泵的泵速率大于介质进入泵的泵速率，从而保证介质腔室4内营养物介质的恒定水平。当营养物介质与介质排出管12的底部接触时，介质通过排出泵装置被吸出。应选择介质排出装置的各自泵速率和高度，从而使营养物介质水平的偏差在泵工作期间不超过0.5mm。一旦在介质排出管12的吸入端形成的介质弯液面破裂，停止排出泵的液体吸取。从而维持介质水平，这样在基础供料期间介质总是与细胞培养室6的底部7接触，或者在浸没供料期间介质总是浸没细胞培养物8至相同深度。
在另一设置中，暴露设备1具有两个介质排出装置12。第一介质排出装置12的吸入端高出暴露设备的基底部的距离与细胞培养物8相同，第二介质排出装置12的吸入端高出暴露设备的基底部的距离大于细胞培养物8的底部。第一介质排出装置12的操作允许对细胞培养物8进行基础供料，第二介质排出装置12的操作允许对细胞培养物8进行浸没供料。
在介质排出装置12的另一设置(未示出)中，提供了倒置的Y型管子和转换装置。介质排出装置12的两个吸入端可以固定在高于暴露设备基底部的不同距离处，从而允许在基础供料和浸没供料条件之间转换。所述转换装置可以进一步包括定时装置，从而在定时的时间间隔内在基础供料和浸没供料条件之间转换。
营养物介质在介质腔室4中自由流动，从而其在每个细胞培养室6的底部7下面流动。介质引导装置10确保在每个细胞培养室6的下面几乎同时地发生介质交换。
在操作中，流体通过流体进入装置13输送，并通过流体分配装置17分配，并进入流体暴露室18中。流体在细胞培养物8上自由流动。然后流体通过流体通过间隙9流出细胞培养室6，通过流体排出装置19离开暴露设备1。
在本发明的另一实施方式中，流体排出装置可以位于暴露设备的顶部。已经分配进入细胞培养室6的流体可以分配经过流体暴露室18，从流体排出装置19中排出。在该实施方式中，所述细胞培养室6可以具有实心壁，其中没有流体通过间隙9。
将暴露设备1放在加热装置(未示出)上，可以维持营养物介质的温度。所述加热装置适当地为加温板，其覆盖有能够传热的材料，从而防止暴露设备1的基底部2上形成过热点。能够传热的材料可以是例如泡沫纱。
在另一设置中(未示出)，可以将所述设备放于一个或多个保温箱(未示出)中从而维持营养物介质和暴露设备1的温度。在该设置中，营养物介质和进入泵装置可以位于第一保温箱内，至少一个本发明的暴露设备1位于第二保温箱内。排出泵装置可以位于第二保温箱的外部。可以对第一和第二保温箱进行改动，从而位于第一保温箱内的设备能够与位于第二保温箱内的设备可操作地连接在一起。而且，可以对第二保温箱进行改动，从而其中的设备可操作地与本发明的排出泵装置连接在一起。可以将第一和第二保温箱维持在适于细胞培养物8维持和生长的温度。
在本发明的另一实施方式中，暴露设备1的外周可以是任意形状，例如正方形或矩形，所述介质引导装置位于介质腔室的中央，并与每个细胞培养室等距离。
实施例1
可以根据以下方法使用本发明的暴露设备。
在开始试验前至少两小时，将两大瓶营养物介质预热至细胞维持所需要的温度，对设备进行消毒。
培养细胞附着在Costar TranswellsTM下部的膜上，将CostarTranswellsTM向下放置于暴露设备的细胞室支撑物的接收孔内。暴露设备的顶部用闭合螺钉与基底部装配在一起并且闭合。设置介质排出管高出暴露设备基底部的高度，从而有利于基础和/或浸没供料条件，用带螺纹的螺钉锁定介质排出管。连接介质进入和排出管，流体进入管与产烟机器连接起来。
所述暴露设备和介质进入管道用泡沫纱包裹，从而保证完全隔离。所述设备放置在设定在所需温度的加热板上。
选择介质排出泵速率，使其大于介质进入泵速率，营养物介质被泵入暴露设备的介质腔室中，其所达到的水平由介质排出管的吸入端高出暴露设备基底部的高度决定。
打开产烟机器，由机器产生的烟经流体进入管道在设定时间内传送进入流体暴露室中。

Claims (39)

1.一种用于活细胞培养物的暴露设备，包括基底部、顶部、流体进入装置、流体排出装置、介质进入装置、介质排出装置、介质腔室和多个细胞培养室，其中所述介质腔室是所有细胞培养室所共有的。
2.如权利要求1所述的暴露设备，其中所述介质腔室中具有介质引导装置。
3.如权利要求2所述的暴露设备，其中所述介质引导装置由所述暴露设备基底部的凸起区域形成。
4.如权利要求2或3所述的暴露设备，其中所述介质引导装置为位于所述介质腔室中的岛状物，营养物介质围绕其流动。
5.如权利要求2-4任意所述的暴露设备，其中所述介质引导装置位于所述介质腔室的中央。
6.如权利要求2-5任意所述的暴露设备，其中所述介质引导装置与所述每个细胞培养室等距离。
7.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述暴露设备包括三个细胞培养室。
8.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中每个细胞培养室的底部通过间隙与所述暴露设备的基底部间隔开，从而在操作时，营养物介质在所述介质腔室中的每个细胞培养室下面自由流动。
9.如权利要求8所述的暴露设备，其中所述间隔至少为1mm。
10.如权利要求8或9所述的暴露设备，其中所述间隔为大约2mm或更大。
11.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质进入装置位于所述暴露设备的所述基底部内，从而在操作中，介质直接流入所述介质腔室。
12.如权利要求11所述的暴露设备，其中所述介质进入装置位于所述暴露设备所述基底部的侧壁内。
13.如权利要求11所述的暴露设备，其中所述介质进入装置位于所述暴露设备所述基底部的底壁内。
14.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质进入装置为管道或管子。
15.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质排出装置与所述介质进入装置间隔开。
16.如权利要求16所述的暴露设备，其中所述介质排出装置通过所有的细胞培养室和/或介质引导装置与所述介质进入装置间隔开。
17.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质排出装置可操作地从其顶面除去营养物介质。
18.如权利要求17所述的暴露设备，其中所述介质排出装置从所述暴露设备的顶部延伸进入所述介质腔室。
19.如权利要求1-18任意所述的暴露设备，其中所述介质排出装置包括两个排出装置。
20.如权利要求19所述的暴露设备，其中一个所述排出装置的设置允许对所述细胞培养物进行基础供料，而另一个排出装置的设置允许对所述细胞培养物进行浸没供料。
21.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质排出装置为管道或管子。
22.如权利要求21所述的暴露设备，其中所述介质排出装置通过锁定装置锁定在暴露设备内。
23.如权利要求22所述的暴露设备，其中所述锁定装置为具有中央孔的带有螺纹的螺钉装置。
24.如权利要求22所述的暴露设备，其中所述锁定装置为摩擦锁定装置，其操作可以调整所述介质排出管的位置。
25.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述介质排出装置可操作地与第一泵装置连接，所述介质进入装置可操作地与第二泵装置连接。
26.如权利要求25所述的暴露设备，在操作中，其中所述第一泵装置具有可控第一泵速率，第二泵装置具有可控第二泵速率，所述第一泵速率至少等于第二泵速率。
27.如权利要求26所述的暴露设备，其中所述第一泵速率大于第二泵速率。
28.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述暴露设备进一步包括流体暴露室。
29.如权利要求28所述的暴露设备，其中所述流体暴露室是所述细胞培养室共有的。
30.如权利要求28或29所述的暴露设备，其中所述暴露设备进一步包括流体分配装置。
31.如权利要求30所述的暴露设备，其中所述流体分配装置可操作地将流体基本同步地暴露于每个所述细胞培养室。
32.如权利要求30或31所述的暴露设备，其中所述流体分配装置为位于所述细胞培养室上方的盘状板。
33.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述流体进入装置位于所述暴露设备的所述顶部内。
34.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述流体进入装置可操作地与流体发生装置连接，从而流体通过所述流体进入装置传送至所述暴露设备。
35.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述暴露设备进一步包括细胞培养室支撑物。
36.如前任意权利要求所述的暴露设备，其中所述暴露设备由选自PTFE、不锈钢、PerspexTM以及玻璃的材料构成。
37.一种向细胞培养室提供营养物介质的方法，其中营养物供给装置、介质引导装置和细胞培养室相互设置，从而向每个所述细胞培养室基本同步地提供营养物介质补给。
38.一种活细胞培养物的暴露设备，其具有多个细胞培养物室和介质引导装置所共有的介质腔室，所述细胞培养室和介质引导装置相互设置，从而为每个所述细胞培养室提供基本同步的介质交换。
39.参照附图及其例子在上文中描述的暴露设备。
CNB038177005A 2002-05-24 2003-05-22 暴露设备 Expired - Lifetime CN100458442C (zh)

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