CN1697876A - 用于在箱式容器内培植或培养细胞的装置 - Google Patents

用于在箱式容器内培植或培养细胞的装置 Download PDF

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Abstract

一种用于在箱式容器中培植或培养细胞的装置，该容器包括底部和至少一个盖。至少一个盖以压力密闭方式与容器连接。容器或盖设置有至少一个连接器孔，以便引入和/或抽出培养介质和/或氧气。

Description

用于在箱式容器内培植或培养细胞的装置
本发明涉及一种用于在箱式容器内培植或培养细胞的装置，该容器包括底部和至少一个盖。
由于实验需要，已知的是在浅容器或皿中培植或培养细胞培养物，细胞简单地置于容器中，并加入培养介质。随后盖设置在容器上。
其中的缺点在于，这种方法仅可用于少量培养。特别是，这种已知系统不适于成批地培植或培养细胞。而且，不可能在体内环境中实现，并且不能确保无菌。
这种方法的替代方法是使用封闭系统，该封闭系统包括带有盖或封闭件的容器并实现无菌。然而，这种方法的缺点在于取出细胞培养物是费事和费时的。
因此本发明的目的在于提供一种本说明书开头所述类型的装置，以便在特别是大规模的操作中以非常通用的方式培植或培养细胞，该目标是尽可能地在体内环境和无菌状态中实现。而且，在细胞培养物培养好之后，该细胞培养物应当可以不费事且不损坏地从容器中取出。
依据本发明，借助权利要求1的特征部分的特征可实现该目的。
在依据本发明的装置，在容器中的细胞不再“任其发展”，实际上而是进行有效的过程。一方面，培养介质连续地或间歇地引入，并且另一方面，对于形成的细胞培养物可施加压力。该压力激励甚至可由交变压力来实施，以便尽可能地模拟自然状况。
细胞可作为单独的细胞培养物来培植或培养。以相同的方式，细胞也可形成在结构部分上，以便制成植入物。
在依据本发明的容器中，细胞可以以这种方式承受剪力或压力。通过使用依据本发明的装置，可以以非常通用的方式培植或培养各种各样的细胞培养物。
因此，容器本身还可以以各种方式设置有一个或两个盖。相似地，共用的连接器孔可设置用于引入培养介质和使培养介质返回。当然，单独的连接器孔也是可行的，在这种情况下，依据连接器孔的布置可以形成并联流或串联流。
依据本发明的带有一个或两个盖或盖和底部的结构，容器设置在它们之间，该容器在顶部和底部简单地具有柱形开口，在细胞培养物被处理或培植之后，细胞培养物以不费事且不损坏的方式可容易地从容器中取出。
因为依据本发明，细胞在下盖或底部之上或在上盖之下进行培植或培养，例如在连接到上盖上的框架上进行培养，所以细胞培养物一旦准备好即可容易地从容器中取出。在任何情况下，借助可拆卸的盖或底部可实现良好的进入性。
为了加压，容器例如柱形容器的外周壁可以制造成具有弹性。
连接器孔可以布置在一个盖上或两个盖上，如果存在两个盖的话。相似地，还可在柱形中部上形成连接器孔。连接器孔的数量和布置方式取决于应用场合或需培植或培养的细胞。
为了盖与容器之间的紧密连接，可设置夹紧连接装置、密封环、或带有内螺纹和外螺纹的螺纹连接装置。
如果盖设置有延伸环，则可实现非常良好的密封状态和由此形成的压力状态，延伸环从外侧密封地包围容器的柱形中部。
如果本发明的装置需经历旋转或转动运动，则张紧环夹持盖和容器，并且旋转或转动装置则可施加它们之上。
可使用各种各样的加压装置，使得形成有细胞培养物的容器的内部承受压力。对于该原因的适当的气缸/活塞单元按脉冲模式工作，以便施加交变压力负荷。
如果需要，容器还可设计成两个腔的系统，以便两种不同的细胞或两种相同的细胞可以彼此独立地培植或培养。
在这种情况下，有利的是，如果容器的盖设置有悬挂装置，用于接受细胞的平台布置在该悬挂装置上。以这种方式，一种细胞在平台上培植，而另一种细胞在容器的底部上培养。
如果需要，容器或容器的柱形外周壁制造成多孔的或可透过气体，以便以这种方式培养介质和/或气体介质例如空气或氧气可从该侧面输送。
参照附图并结合实施例，从从属权利要求中可更好地理解本发明的有利的方面和结构，在附图中：
图1示出了带有容器和盖的装置的第一实施例的截面图；
图2示出了带有柱形中部和上、下盖的装置的截面图；
图3示出了图2所示的装置的相似结构，其中带有布置在上盖上的入口连接器和出口连接器；
图4示出了本发明的装置的另一实施例；
图5示出了带有上、下盖的本发明的装置，其中盖具有外螺纹，柱形中部具有内螺纹；
图6示出了在上、下盖上的延伸环的实施例；
图7示出了图6所示的相似结构，其带有夹紧连接装置；
图8示出了图6和7所示的相似结构，其带有螺纹连接装置；
图9示出了带有侧向张紧环的实施例；
图10示出了图9所示的相似结构，其中带有加压装置；
图11示出了上盖中的悬挂装置的实施例，其中具有柱形中部和下盖；
图12示出了图11所示的相似结构，在其简化结构只有上盖；
图13示出了可由磁性力产生的压力的结构；
图13a、13b、13c示出了不同的压力片型面；
图13d示出了作为带有两个压力片的支承结构的用于代替骨的矿物基体；
图14示出了带有用于产生压力的可膨胀元件的结构；
图15示出了带有用于产生压力的液压或气压元件的结构；
图16示出了图15所示的相似结构；
图17示出了图15、16所示的另一相似结构；
图18示出了带有可透过气体的膜作为底部的结构；
图19示出了带有三个腔的系统；和
图20示出了图19所示的相似结构。
在依据图1所示的示意性实施例中，图1示出了依据本发明的装置的基本结构，容器1设置有外螺纹2。带有内螺纹4的盖3旋到容器1上，并且对于在容器1内提供的细胞7而言，密封环5形成压力密闭的细胞培养腔6。
盖3设置有入口连接器孔8和出口连接器孔9，以便经由相应的管路或管将培养介质引入到细胞培养腔6中，并且如果需要，也可引入氧气。
为了简化操作，盘10插入到容器1中，以便可容易地插入或取出待培植或培养的细胞7。为此，胎缘或凸缘11等也可设置在盘10的上区域中以便于更容易地插入或取出。当然，仅在图1中示出的盘10可以以相同或相似的方式设置在其它实施例中。
图2示出了容器1形成柱形中部的结构，柱形中部用上盖3以图1所示实施例的相同方式封闭。另外，下盖12设置在底侧上，以便形成容器的底部，并且下盖相似地具有内螺纹4，以便与中部的外螺纹2接合，在这种情况下该中部设置有两个外螺纹2，除非设置一个连续的螺纹。从图2中可以明显看出，入口连接器孔8和出口连接器孔9设置在盖3和盖12上。
图3示出了与图2所示的结构相似的结构，其中入口连接器孔8和出口连接器孔9只布置在上盖3。按照图2所示的实施例的相似方式，密封环5设置在容器1的柱形中部的两个端部上。
图4示出了作为容器1的柱形中部设置有内螺纹2’的实施例，该内螺纹与上盖3和下盖12的外螺纹4’接合。其中，密封环5设置在容器1的两个端部上。在这种情况下，入口连接器孔8设置在上盖3上，而出口连接器孔9设置在下盖12上。
图5示出了与图4相似的结构。主要的区别仅仅在于，入口连接器孔8和出口连接器孔9彼此相对地布置在容器1的柱形中部上。
图6示出了带有作为容器1的柱形中部、上盖3、和下盖12的实施例。两个盖3、12均具有外螺纹4’，该外螺纹与容器1的内螺纹2’接合。此外，两个盖3、12设置有径向延伸部13，延伸环14从该径向延伸部的外端平行于容器1的纵向轴线轴向延伸到容器1中。延伸环14包围容器1的外壁，并且与附加的密封环5’一起形成细胞培养腔6的压力密闭。上盖3设置有共用的连接器孔8、9，以便引入和抽出培养介质。
图7示出了与图6所示的实施例相似的实施例。主要的区别仅仅在于，细胞培养腔6的压力密闭由延伸环14与容器1的外侧壁之间的夹紧连接装置形成，以代替螺纹连接装置2’、4’。
图8示出了与图6所示的实施例相似的实施例。主要的区别仅仅在于，容器1与盖3、12之间的螺纹连接装置由延伸环14中的内螺纹4’形成，该内螺纹与容器1的外螺纹2’接合。
图9示出了带有容器1和上盖3的实施例，其与图8所示的实施例相似，但是入口连接器孔8和出口连接器孔9布置在容器1的外周壁上，而不是使用共用的连接器孔8、9以便引入和抽出培养介质。此外，图9示出了两个侧向张紧环15，该张紧环在容器1和盖3周围沿箭头所示方向推压，以便由容器1和盖3构成的单元可以借助(未示出的)旋转或转动装置沿箭头16的方向围绕横向轴线旋转或转动。
图10示出了与图9所示的实施例相似的实施例。在这种情况下，单独的细胞培养腔6形成在容器1的内部。可以提供细胞7在其上进行培植的结构，以便代替细胞培养腔6。在这种情况下，该单独的细胞培养腔6或该结构借助形式为气缸/活塞单元的加压装置17进行加压。
入口连接器孔8通向气缸/活塞单元17的活塞腔18，该入口连接器孔8可在进入位置处由止回阀19来关闭。经该入口连接器孔8引入的培养介质由气缸/活塞单元17的活塞20加压，并且该压力延续到容器1的内部。培养介质可经由在容器1的与入口相反的侧面上的出口连接器孔9被抽出。当容器1的内部处于过压时，如果这种过压是交变的，在这种情况下培养介质的回流被限制或者出口连接器孔9被相应地关闭。
还可在两个盖中的一个盖3或12上或者容器1的外周壁上设置单独的孔以便供应培养介质，从而代替经由入口连接器孔8供应培养介质。在这种情况下，可以使用气体例如空气对容器1的内部和细胞培养腔6进行加压。
图11示出了带有上盖3和下盖12以及容器1的柱形中部的实施例。在这种情况下，上盖3设置有悬挂装置，其形式为围绕周边分布且平行于容器1的纵向轴线延伸到容器1内的多个杆21。平台22固定在杆21的下端部处，带培植或培养的细胞布置在该平台上。入口连接器孔8和出口连接器孔9均可布置在容器1的外周壁上。当然，如虚线所示，它们还可布置在两个盖中的一个盖3或12上。在这种情况下，单独的连接器孔当然还可以用作入口和出口。
带有由杆21形成的悬挂装置的实施例的优点在于，以这种方式，细胞7可以容易地插入到容器1中和从其中取出。
如果需要，杆21与平台22的连接可以制成可拆卸的。例如通过夹紧连接装置可实现可拆卸特性，这使得该装置可以更容易地操作。
图12示出了与图11所示的实施例相似的实施例。应当注意，其只有上盖3和带底部23的容器1，这与在其它实施例中只有一个盖3相同。在这种情况下，平台22再次借助杆21连接到上盖3上。
依据图11和12所示的实施例的另一优点在于，容器底部23或盖12的内侧提供了培植或培养细胞7的额外可能。以这种方式，形成了用于培养两个细胞培养物的两个腔系统。
当然，培养介质还可以连续地引入到容器1中，并且入口连接器孔8和出口连接器孔9随后仅用于氧气供应，以便代替用于培养介质引入的入口连接器孔8和出口连接器孔9。
或者，还可以提供用于氧气和培养介质的单独的连接器孔。
平台22可以设计成实心单元。或者，为此也可以提供一膜，例如多孔膜，该膜使得氧气可穿过。
图13-20示出了本发明的另一结构，保留了带有容器1和两个盖3、12和/或底部23的装置的基本结构，为了简化，相同的附图标记表示相同的部件。
图13示出了容器1，其中磁性装置24例如有电流流过的磁体线圈设置在上盖3的区域中。可磁化的压力片25位于该磁性装置24下面，该压力片25以未详细示出的方式弹性地与容器1连接。
通过由磁性装置24的激励(例如电流方向的交变)产生的压力片25的运动，使得内压力负荷施加在细胞7上。
图13a示出了压力片25的外形的平面图，其中设置有小开口26，以便位于容器内的培养介质可以穿过该开口。
图13b和13c示出了形式为网孔结构或格栅结构以便培养介质可穿过的替代压力片25。
当然，用作磁性装置24的磁体线圈还可布置在盖3的外侧，这将在以下描述。在这种结构中，盖3当然必须由不可磁化的材料例如塑料制成。在这种情况下，可以设置适当的大的磁性装置24，并且可产生相应的高压力。
图13d示出了植入物的结构，软骨型面27布置在矿物基体上，以便用于作为支承结构27a的骨替代物。其中，布置有两个支承结构，一个布置在另一个之上，并且压力片25布置在每一个支承结构上。矿物基体可以是例如由例如磷酸钙制成的骨结构。
矿物基体还可以具有植入物所需的其它的型面，例如关节结构所需的型面。当然，还可以不同于圆形。相同的原理也可适于容器1。
图14示出了带有可膨胀元件28的结构，该可膨胀元件使得板29以与压力片25的相同方式轴向位移，并且由此在细胞7上施加交变的压力，该板29可移动地布置在容器1或盖3中。所使用的可膨胀元件可以是例如形状记忆金属或塑料，其可变形并且随后可回复到初始形状。因此，例如塑料也可借助电改变而膨胀。具有形状记忆功能的元件可以对例如特定温度或超声作出反应，并且以这种方式改变其状态，由此使得板29运动。弹性装置也是可行的，如带有蓄电池或电池的马达一样。
图15相似地示出了借助布置在容器1或盖3中的液压或气压装置30的细胞7的内加压。应当注意，该装置30具有可移动的薄膜、板、或膜31，作为流体的液压液体或气体位于该薄膜、板、或膜31之后。液压液体或气体介质借助(未详细示出的)加压装置P而使得压力交变，因此交变的压力负荷施加到细胞7上。如果需要，可使用囊体，以便代替弹性的板或膜31，以便获得更大变化的可能。例如，容器的所有壁可以在内侧上由这种袋或囊体覆盖，在这种情况下，植入物或细胞培养物位于其中。以这种方式，交变的压力负荷从外侧施加到其周围。
图16示出了相似的结构，其中细胞7位于凝胶32中。
图17相似地示出了与图16相似的结构，通过密封环环33和34实现了在上盖3与下盖12之间的密封。
图18示出了这样的结构，其中容器的底部由可透过气体的膜35例如聚四氟乙烯或硅酮形成。重要的是，氧气可透过膜35进入容器1。在这种结构中，在容器内部生长的植入物可以容易地取出。这种结构适于例如在膜35之上的表皮36即皮肤表层的生长。细胞随空气透过膜35供应。在此，目标在于使得细胞从朝上的底侧生长。此外，真皮37随后在顶上施加，细胞布置或注入到胶原结构或纤维蛋白中。在顶上，清洁的区域38位于真皮37之上，其中引入空气、氧气、和/或二氧化碳。也可在其中加压。
以这种方式，可获得实际存在的皮肤结构。如果需要，可加入其它各种细胞，例如内皮细胞，以便在顶面上实现血管形成。
为了实现无菌和对于膜35的保护，如果需要，覆盖结构39可以紧固地装配或旋到底面上。
在内侧上，容器可以设置有可剥去的薄膜40以便移植。在这种情况下，在完整的细胞培养物之上，取下覆盖结构39并随后类似膏药一样剥去薄膜40。以这种方式，植入物可以容易地取出并随后使用。真皮37随后在伤口上置于正确的位置，并且当薄膜剥去时，表皮位于顶部。
还可设置带有侧向开口的腔，以便代替覆盖结构39，在这种情况下装配有无菌过滤器。
图19示出了与图18相似的结构。其中，不同的是，形成有多个腔的系统，其中有上腔41、中腔42、和下腔43。对于这三个腔设置有单独的入口和出口。因此，例如表皮36可以布置在腔41中，真皮38可布置在腔42中，而下腔43用于空气或氧气的供应。培养介质可以在第一步骤中引入到腔41中。随后，在第二阶段中，在细胞7生长之后，如果需要分化，空气或氧气可以引入到腔41中以便使得表皮细胞36获得干环境并随后干燥并角质化。以这种方式，可形成皮肤的上层。如果希望随后植入整个部分，容器可容易地打开并取出植入物。
如果布置在腔42中的细胞7需要支承结构，多孔支承或膜44可设置在底侧上并且构造成腔42和腔43之间的隔开件。

Claims (38)

1.一种用于在箱式容器中培植或培养细胞的装置，该容器包括底部和至少一个盖，其特征在于，所述至少一个盖(3)以压力密闭方式与容器(1)连接，并且容器(1)或盖(3)设置有至少一个连接器孔(8)，以便引入和/或抽出培养介质和/或氧气。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，细胞(7)可直接或间接地在盖(3)中或在盖(3)之下和/或在底部(22、35、44)或下盖(12)上培植或培养。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，容器(1)在底部上设置有盘(10)，细胞(7)置于该盘中。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，容器(1)具有柱形中部，在其两端处由上盖(3)和下盖(12)封闭，该下盖形成容器(1)的底部。
5.如权利要求1或4所述的装置，其特征在于，一个或多个盖(3、12)和容器(1)由螺纹连接装置(2、4)彼此连接。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，一个或多个盖(3、12)均设置有入口孔(8)和/或出口孔(9)。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，两个盖(3、12)在任何情况下均设置有至少一个孔，至少一个入口孔(8)布置在一个盖(3)上，而至少一个出口孔(9)布置另一个盖(12)上。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，盖(3)与容器(1)之间的螺纹连接装置由容器(1)上的内螺纹(2’)和一个或多个盖(3、12)上的配合的外螺纹(4’)形成。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该螺纹连接装置由一个或多个盖(3、12)上内螺纹(4)和容器(1)上的外螺纹(2)形成。
10.如权利要求5、8、或9所述的装置，其特征在于，该螺纹连接装置设置有至少一个密封环(5)。
11.如权利要求1或4所述的装置，其特征在于，容器(1)设计成柱形中部，该中部分别由上盖(3)和下盖(12)封闭，两个盖(3、12)在任何情况下均设置有延伸环(14)，该延伸环(14)至少部分地从外侧密封地包围该柱形中部。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该延伸环(14)均从外侧借助夹紧连接装置封闭该柱形中部。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该延伸环(14)均从外侧借助螺纹连接装置封闭该柱形中部。
14.如权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)和至少一个盖(3)在两侧上设置有张紧环(15)，以便对于容器(1)和至少一个盖(3)引起转动或旋转运动。
15.如权利要求1-14中任一项所述的装置，其特征在于，用于容器(1)的加压装置(17)连接到入口连接器(8)上。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，用于容器(1)的加压装置(17)设计成气缸/活塞单元。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，通到气缸/活塞单元(17)的活塞空间(18)中的入口连接器(8)设置有止回阀(19)。
18.如权利要求15-17中任一项所述的装置，其特征在于，加压装置(17)可使得带有细胞(7)的容器(1)的内部的压力负荷交变。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，容器(1)的至少一个盖(3)设置有悬挂装置(21)，用于接受细胞(7)的平台(22)布置在该悬挂装置上。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，悬挂装置(21)由延伸到容器内部的杆形成，平台(22)布置在该杆的下端处。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，平台(22)以可拆卸的方式连接到杆(21)上。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，平台(22)由夹紧连接装置连接到杆(21)上。
23.如权利要求19-22中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)具有柱形中部，该中部在两端由上盖(3)和下盖(12)封闭，悬挂装置(21)与平台(22)布置在上盖(3)上。
24.如权利要求19-23中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)设置成用于培植或培养两个细胞培养物(7、7’)的两个腔的系统。
25.如权利要求1-24中任一项所述的装置，其特征在于，可磁化的压力片(25)布置在容器(1)中，并且可借助磁性装置(24)移动，以便在内部对细胞(7)施加压力。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，压力片(25)设置有开口(26)。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，压力片(25)具有格栅或网孔结构。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，细胞(7)布置在支承结构(27a)上，压力片(25)从一侧或两侧对该支承结构起作用。
29.如权利要求1-24中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)设置有可膨胀元件(28)，以便在内部对细胞(7)施加压力。
30.如权利要求1-24中任一项1所述的装置，其特征在于，为了在内部施加压力，带有可移动的薄膜、板、或膜(31)的液压或气压装置(30)布置在容器(1)中。
31.如权利要求1-30中任一项所述的装置，其特征在于，细胞(7)布置在凝胶(32)中。
32.如权利要求1-31中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)由上盖(3)和下盖(12)形成，其中密封环(33、34)设置用于在这两个盖(3、12)之间密封。
33.如权利要求1-32中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)的底部(23)由气体可透过的膜(35)形成。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该气体可透过的膜(35)由密封结构(39)覆盖。
35.如权利要求1-34中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)的内侧壁的至少一部分设置有可剥去的薄膜(40)。
36.如权利要求1-35中任一项所述的装置，其特征在于，容器(1)设计成多腔的系统(腔41、42、43)。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于，多孔支承(44)布置在第二腔(42)与第三腔(43)之间。
38.如权利要求36或37所述的装置，其特征在于，在第一腔(41)中，在第一步骤中可引入培养介质，并且在第二步骤中可引入气体介质。
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