CN1814745A

CN1814745A - 一种细胞培养装置

Info

Publication number: CN1814745A
Application number: CN 200510134489
Authority: CN
Inventors: 裴雪涛; 张鹏; 习佳飞; 王韫芳; 闫舫; 吉蕾; 刘雨潇
Original assignee: Institute of Field Blood Transfusion Chinese Academy of Military Medical Sciences
Current assignee: Institute of Field Blood Transfusion Chinese Academy of Military Medical Sciences
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: CN100376665C

Abstract

本发明公开了一种细胞培养装置，包括：一细胞培养罐，其一端设置有种子细胞入口、营养液入口以及基质细胞添加口，其另一端设置有培养后细胞出口、代谢废液出口以及基质细胞排出口；细胞培养罐内设置有至少2根营养液供应管、一根代谢废液回收管以及至少2根细胞培养管；该细胞培养罐内的其他地方填充满基质细胞；一营养液循环装置，其分别接通所述细胞培养罐的营养液入口以及代谢废液出口；一细胞提供装置，其接通所述细胞培养罐的种子细胞入口；一细胞收集装置，其接通所述细胞培养罐的培养后细胞出口。本发明结构简单、操作容易，既可以单独使用也可以多套装置组合应用，细胞培养的成本相比单纯外源添加细胞因子组合的方法来说降低很多。

Description

一种细胞培养装置

技术领域

本发明涉及细胞培养装置，特别是涉及一种可以在体外大量迅速培养，获取特定细胞、特别是干细胞及其不同分化程度的子细胞的装置。

背景技术

干细胞因具有自我更新、多向分化潜能而被视为细胞治疗、组织工程的理想种子细胞。无论是细胞治疗还是组织工程都需要相当数量的干细胞，然而干细胞来源有限，当前普通多孔板、方瓶等平面培养操作复杂，生长微环境间断性改变巨大，对细胞生长影响大，收获的细胞数目又远远达不到临床需要。同时，在培养体系中直接添加细胞因子组合也会使培养成本大大增加，难以将干细胞治疗推向临床应用。因此，急需要有一种可以在体外大量迅速培养干细胞，且不会大幅增加培养成本的装置问世。

同时，在目前干细胞诱导分化为特定细胞类型(如神经细胞、肌肉细胞、胰岛素分泌细胞、成骨细胞、脂肪细胞等)的方法中，也多为添加外源化学试剂、细胞因子组合来营造干细胞定向分化的微环境，培养成本据高不下的同时也存在各种因子试剂随时间消耗而出现在不同时间点存在浓度梯度，诱导系统不够稳定的缺点。因此，急需一种在培养体系内能够内源性实时补充干细胞定向诱导分化需要的各种因子的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在体外大量迅速培养获取特定细胞、特别是干细胞、且不会大幅增加培养成本的细胞培养装置。

为实现上述目的，本发明采取技术方案：一种细胞培养装置，它包括：一细胞培养罐，其一端设置有一种子细胞入口、一营养液入口以及一基质细胞添加口，其另一端设置有一培养后细胞出口、一代谢废液出口以及一基质细胞排出口；该细胞培养罐内设置有至少2根营养液供应管，各营养液供应管为盲管，靠近代谢废液出口的一端封闭，而另一端与所述营养液入口接通；该细胞培养罐内设置有一根代谢废液回收管，该代谢废液回收管为盲管，靠近营养液入口的一端封闭，而另一端与所述代谢废液出口接通；该细胞培养罐内还设置有至少2根细胞培养管，各细胞培养管的一端与种子细胞入口接通，而另一端与培养后细胞出口接通；该细胞培养罐内的其他地方，填充满基质细胞、贴壁细胞或直接生长的悬浮细胞；一营养液循环装置，其分别接通所述细胞培养罐的营养液入口以及代谢废液出口；一细胞提供装置，其接通所述细胞培养罐的种子细胞入口；一细胞收集装置，其接通所述细胞培养罐的培养后细胞出口。

上述的细胞培养装置中，所述营养液循环装置包括有一营养液储存罐，该营养液储存罐的出液口通过一营养液供给泵与所述细胞培养罐的营养液入口连接，该营养液储存罐的回液口通过一代谢废液抽取泵与所述细胞培养罐的代谢废液出口连接；所述细胞提供装置包括有一种子细胞储存罐，其出口通过一细胞供给泵与所述细胞培养罐的种子细胞入口连接；所述细胞收集装置包括有一细胞收集罐，其入口通过一细胞收集泵与所述细胞培养罐的培养后细胞出口连接。

上述的细胞培养装置中，所述细胞收集泵与细胞收集罐之间增设一细胞检测装置，该细胞检测装置为一个控制阀，其出液口有两个，一个连接所述细胞收集罐，另一个连接在所述种子细胞储存罐与细胞供给泵之间，当细胞检测装置对细胞的大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重进行检测合格时，则将细胞导入细胞收集罐，当细胞检测装置对细胞的大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重进行检测不合格时，则将细胞导回到营养液供给泵，使其再次进入细胞培养罐；所述种子细胞储存罐的出口处还设置有单向阀。

上述的细胞培养装置中，在所述代谢废液出口外增设一代谢废液检测装置。

上述的细胞培养装置中，所述营养液供应管、代谢废液回收管以及细胞培养管的管壁为半透膜。

上述的细胞培养装置中，所述营养液供应管等间距均匀分布在细胞培养罐靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述代谢废液回收管位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述细胞培养管则等间距分布在各营养液供应管与代谢废液回收管之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。

本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明所提供的细胞培养装置主要采用中空纤维和微载体技术，模拟肝脏、骨髓结构，以基质细胞或其他能够分泌目标细胞所需因子的细胞，包括转基因细胞共培养再现体内特定的细胞微环境，可以有效的增殖和分化各种干细胞，为干细胞治疗临床应用提供充足的细胞来源，开辟干细胞治疗的新境界。2、本发明中设置的对细胞大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重等进行的检测装置可以判断培养出来的细胞是否可以达到要求，如果达到要求则收集起来，如果不达到要求则返回再次培养，这就保证了本发明最终收集到的细胞完全符合过一细胞供给泵32与细胞培养罐1的种子细胞入口11连接；细胞收集装置4包括有一细胞收集罐41，其入口411通过一细胞收集泵42与细胞培养罐1的培养后细胞出口13连接。另外，根据需要，还可以在细胞收集泵42与细胞收集罐41之间增设一对细胞大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重等进行检测的装置43，该细胞检测装置43为一个控制阀，其出液口有两个，一个连接细胞收集罐41，另一个连接在种子细胞储存罐31与细胞供给泵32之间，当细胞检测装置43检测细胞合格时，则将细胞导入细胞收集罐41，当细胞检测装置检测细胞不合格时，则将细胞导回到营养液供给泵32，使其再次进入细胞培养罐1；为防止细胞向种子细胞储存罐31内倒流，特别在种子细胞储存罐31的出口处设置一单向阀33。

另外，在代谢废液出口14外还可以设置一个代谢废液检测装置24，通过其对代谢废液的检测，进行调节营养液供给泵22的供给速度，保持管内微环境的稳定；还通过代谢废液检测装置24对代谢废液的检测，判断其剩余养分的多少，当剩余养分比较少时，则可以对营养液储存罐21中的营养液进行补充养分，或者全部、部分更换营养液储存罐21中的营养液，保证进入营养液供应管15的营养液养分充足。该代谢废液检测装置24可以是现有的检测装置或者是检测芯片，其可以直接从市场购得，在此不做过多赘述。

上述实施例中的营养液供应管15、代谢废液回收管16以及细胞培养管17的管壁均为半透膜，可保证细胞正常的营养供应，同时可使培养罐内基质细胞分泌提供的细胞因子等营养物质可以进入细胞培养管17内，对目的细胞发挥作用；通过营养液供给泵22提供压力略高于代谢废液抽取泵23抽吸压力，联合细胞供给泵32、细胞收集泵42的协调，可使培养罐内压保持略高于大气压，防止渗漏和外源污染的同时，使部分罐内液体由细胞培养管排出，能充分保证基质细胞分泌提供的细胞因子能充分与目的细胞作用。

上述实施例中，各营养液供应管15等间距均匀分布在细胞培养罐1靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；代谢废液回收管16位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；细胞培养管17则等间距分布在各营养液供应管15与代谢废液回收管16之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。这样的设置有利于培养液充分的经过设置于罐内部的细胞培养管，使细胞得到充分的营养供应。

本实施例中，具体来讲，营养液供应管15的管壁直径为200μm，其数量为18根；代谢废液回收管16的管壁直径为800μm；而细胞培养管17的管壁直径为500μ临床应用的要求。3、本发明结构简单、操作容易，既可以单独使用也可以多套装置组合应用，可以使用统一条件，也可在不同单元内形成不同的环境，能够根据目的和环境的要求展开不同，生产放大容易；特别是细胞培养的成本相比单纯外源添加细胞因子组合的方法来说降低很多，使本发明更加利于推广使用。

附图说明

图1为本发明中细胞培养罐的结构示意图

图2为图1的A-A剖视图

图3为本发明的整体结构示意图

具体实施方式

请搭配图1、图2、图3所示，为本发明所提供的一种细胞培养装置，其主要包括有：

一细胞培养罐1，其一端设置有一种子细胞入口11、一营养液入口12以及一基质细胞添加口5，其另一端设置有一培养后细胞出口13、一代谢废液出口14以及一基质细胞排出口6；该细胞培养罐1内设置有至少2根营养液供应管15，各营养液供应管15为盲管，靠近代谢废液出口14的一端封闭，而另一端与营养液入口12接通；该细胞培养罐1内设置有一根代谢废液回收管16，代谢废液回收管16也为盲管，靠近营养液入口12的一端封闭，而另一端与代谢废液出口14接通；该细胞培养罐1内还设置有至少2根细胞培养管17，各细胞培养管17的一端与种子细胞入口11接通，而另一端与培养后细胞出口13接通；该细胞培养罐1内的其他地方，填充满生长于微载体上的基质细胞、其他贴壁细胞或直接生长的悬浮细胞18，这些基质细胞、其他贴壁细胞或直接生长的悬浮细胞18可以通过基质细胞添加口5进入或基质细胞排出口6排出；

一营养液循环装置2，其分别接通细胞培养罐1的营养液入口12以及代谢废液出口14；

一细胞提供装置3，其接通细胞培养罐1的种子细胞入口11；

一细胞收集装置4，其接通细胞培养罐1的培养后细胞出口13。

在本实施例中，具体来说，营养液循环装置2包括有一营养液储存罐21，该营养液储存罐21的出液口211通过一营养液供给泵22与细胞培养罐1的营养液入口12连接，该营养液储存罐21的回液口212通过一代谢废液抽取泵23与细胞培养罐1的代谢废液出口14连接；细胞提供装置3包括有一种子细胞储存罐31，其出口311通m，其数量为12根。

本发明在具体使用的时候，以培养胚胎干细胞为例：

人胚胎干细胞ES的体外扩增

50ml中空纤维培养罐，用钴Co⁶⁰照射灭菌，再用1％H₂O₂消毒，无菌水、PBS缓冲液冲洗两次后备用。在基质细胞接种前一天，连接各管道，将培养管内充满无血清培养液，开通各循环试运行，检测有无渗漏及污染可能。

微载体高压灭菌、培养基中和平衡后，将Co⁶⁰照射后丧失增殖能力的基质细胞MEF接种于微载体上，形成微载体-基质细胞复合体，通过加样口接种于细胞培养罐内，培养基为无血清培养体系，通过对营养液的控制，调节管内温度为35℃～38℃，pH值为7.1～7.5，氧浓度为0.01mmol/L～0.30mmol/L，调节营养液供应管和代谢废液回收管压力，使管内液体以非常缓慢的速度流动。待罐内培养稳定后，将人胚胎干细胞接入细胞培养管，调节管内压力，使胚胎干细胞以缓慢速度在培养管内蠕动，在其过程中增殖并保持其分化潜能。在细胞收集管检测细胞分化状态，将胞体变大的，自发分化明显的细胞排除，未分化ES细胞循环进行培养增殖。该培养周期为3～6周。

实验表明，培养起始时接种5×10⁵ES细胞，在经过一周时间培养，可获取3×10⁷ES细胞，产率为普通方瓶培养的12.3倍。流式细胞仪检测，获取细胞均表达Oct-4，SSEA-3，SSEA-4，TRA-1-61，端粒酶活性等ES细胞特异的表面标志，核型分析正常；获取的细胞移植到SCID小鼠体内能形成多胚层来源的畸胎瘤。上述检测均表明获取的细胞保持了多向分化的潜能。

本发明还可以通过更换不同的基质细胞，甚至可以在不添加基质细胞或者将目的细胞直接在中空纤维外进行一次性培养等方式对普通细胞进行培养。如利用肿瘤细胞与树突状细胞、T淋巴细胞等细胞共培养，利用肿瘤细胞的抗原激活免疫细胞，使利用免疫激活的细胞进行肿瘤细胞治疗成为可能。

Claims

1、一种细胞培养装置，其特征在于，它包括：

一细胞培养罐，其一端设置有一种子细胞入口、一营养液入口以及一基质细胞添加口，其另一端设置有一培养后细胞出口、一代谢废液出口以及一基质细胞排出口；该细胞培养罐内设置有至少2根营养液供应管，各营养液供应管为盲管，靠近代谢废液出口的一端封闭，而另一端与所述营养液入口接通；该细胞培养罐内设置有一根代谢废液回收管，该代谢废液回收管为盲管，靠近营养液入口的一端封闭，而另一端与所述代谢废液出口接通；该细胞培养罐内还设置有至少2根细胞培养管，各细胞培养管的一端与种子细胞入口接通，而另一端与培养后细胞出口接通；该细胞培养罐内的其他地方，填充满基质细胞、贴壁细胞或直接生长的悬浮细胞；

一营养液循环装置，其分别接通所述细胞培养罐的营养液入口以及代谢废液出口：

一细胞提供装置，其接通所述细胞培养罐的种子细胞入口；

一细胞收集装置，其接通所述细胞培养罐的培养后细胞出口。

2、根据权利要求1所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液循环装置包括有一营养液储存罐，该营养液储存罐的出液口通过一营养液供给泵与所述细胞培养罐的营养液入口连接，该营养液储存罐的回液口通过一代谢废液抽取泵与所述细胞培养罐的代谢废液出口连接；所述细胞提供装置包括有一种子细胞储存罐，其出口通过一细胞供给泵与所述细胞培养罐的种子细胞入口连接；所述细胞收集装置包括有一细胞收集罐，其入口通过一细胞收集泵与所述细胞培养罐的培养后细胞出口连接。

3、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征在于：所述细胞收集泵与细胞收集罐之间增设一细胞检测装置，该细胞检测装置为一个控制阀，其出液口有两个，一个连接所述细胞收集罐，另一个连接在所述种子细胞储存罐与细胞供给泵之间，当细胞检测装置对细胞的大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重进行检测合格时，则将细胞导入细胞收集罐，当细胞检测装置对细胞的大小、胞浆内颗粒状况、细胞比重进行检测不合格时，则将细胞导回到营养液供给泵，使其再次进入细胞培养罐；所述种子细胞储存罐的出口处还设置有单向阀。

4、根据权利要求2或3所述的细胞培养装置，其特征在于：在所述代谢废液出口外增设一代谢废液检测装置。

5、根据权利要求1或2或3所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管、代谢废液回收管以及细胞培养管的管壁为半透膜。

6、根据权利要求4所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管、代谢废液回收管以及细胞培养管的管壁为半透膜。

7、根据权利要求1或2或3所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管等间距均匀分布在细胞培养罐靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述代谢废液回收管位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述细胞培养管则等间距分布在各营养液供应管与代谢废液回收管之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。

8、根据权利要求4所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管等间距均匀分布在细胞培养罐靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述代谢废液回收管位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述细胞培养管则等间距分布在各营养液供应管与代谢废液回收管之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。

9、根据权利要求5所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管等间距均匀分布在细胞培养罐靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述代谢废液回收管位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述细胞培养管则等间距分布在各营养液供应管与代谢废液回收管之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。

10、根据权利要6所述的细胞培养装置，其特征在于：所述营养液供应管等间距均匀分布在细胞培养罐靠外壁的位置，其由直径为200μm～1000μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述代谢废液回收管位于细胞培养罐的中央，其由外径200μm～800μm的中空纤维集束组成，其管壁孔径为0.01μm～0.1μm；所述细胞培养管则等间距分布在各营养液供应管与代谢废液回收管之间，其由中空纤维集束构成，内径为100μm～500μm，管壁小孔孔径为0.5μm～5μm。