CN203728850U - 一种三维灌流式细胞培养器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维灌流式细胞培养器，包括盒体，盖体及弹性卡夹，盒体的顶面设置有第一圆形凹槽，盖体的底面设置有与第一圆形凹槽半径大小相同的第二圆形凹槽；本实用新型在细胞培养装置中的凹槽底面由聚酯纤维组成的脉管，细胞或组织外植体位于两层脉管之间，形成“三明治”夹心培养，用聚酯纤维组成的脉管代替支架材料，最大程度减少了细胞培养的死角体积，更符合体内的生理微环境。在培养装置盒体的侧壁，分别设置了培养液进液通道和出液通道，培养液通过进液通道流入凹槽腔内，再从出液通道流走，从而实现灌流培养。

Description

一种三维灌流式细胞培养器

技术领域

本实用新型属于细胞培养设备或装置领域，具体涉及一种三维灌流式细胞培养器。 

背景技术

在常规的三维细胞培养中，一般采用静态培养的方法。仔细观察静态培养中的微环境，不难发现培养液的总体积数倍大于与所培植细胞真正接触的培养液体积，这一过大的“死角体积”阻碍了细胞的分化。在静态环境中，细胞产生的代谢废物积累在培养腔室中，对分化有害。引入动态的灌流培养，保证持续新鲜的化学培养液以恒定的速率进入培养器内部，提供细胞分化所必须的营养和诱导因子，并及时移去代谢废物。离开灌注培养器的培养液不再循环使用，而是通过乳胶导管被导入废液瓶。这为分化奠定了前提。 

运用脉管取代支架材料，填充在培养器内的凹槽腔中。实验证实，和支架材料相比较，外观海绵状的脉管能更明显地降低培养的“死角体积”。化学合成的脉管由约5μm截断直径的中空管状纤维组成，管状纤维的侧面分布有大量nm级的孔洞。脉管铺设在凹槽腔中后，细胞营养液先经过进流腔流入脉管的中空管内，再从侧面孔洞中渗漏出来才接触到细胞，从而真实模拟体内毛细血管供血的生理状况，使体外再生组织成为可能。 

即使按照以上工艺步骤，引入了灌流式营养液运输及在细胞器中填充脉管降低死角体积，如果所选用的脉管材料不合适，仍不能使干细胞分化成组织。脉管是一种具有网孔结构的高分子合成材料，它应该具备充分的可变形性，足够的亲水性表面以及最佳的生物适配性。在寻找适于作为脉管的材料方面，不能考虑刚性物质。通过对胶原纤维和羊毛等大量海绵类物质进行实验筛选，我们最终发现，聚酯纤维是适合制造脉管的最佳材料。 

透析和器官移植是目前临床上处理肾衰竭的二种常用治疗方案。然而，高昂的医疗费用，短暂的透析寿命(一般仅能维持几年)和匮乏的供体器官是造成急慢性肾衰竭死亡率高的成因。运用本实用新型三维灌流式细胞培养器，我们在世界上首次使新生肾皮质部位的胚胎干细胞/祖先细胞成功分化为肾小管，为治疗肾小管坏死造成的急慢性肾炎带来新的希望。 

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供了一种三维灌流式细胞培养装置，本实用新型在细胞培养装置中的凹槽底面设置由聚酯纤维组成的脉管，细胞或组织外植体位于两层脉管之间，形成“三明治”夹心培养，用聚酯纤维组成的脉管代替支架材料，最大程度减少了细胞培养的死角体积，更符合体内的生理微环境。在培养装置盒体的侧壁，分别设置了培养液进液通道和出液通道，培养液通过进液通道流入凹槽腔内，再从出液通道流走，从而实现灌流培养。 

为了达到上述目的，本实用新型采取以下技术措施： 

一种三维灌流式细胞培养装置，包括盒体，盖体及弹性卡夹，盖体设置在盒体上方并通过连接件与盒体活动连接，盒体的顶面设置有第一圆形凹槽，盒体侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽连通的进液通道；盒体上与进液通道相对的另一侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽连通的出液通道；进液通道的轴线与出液通道的轴线错开；盖体的底面设置有与第一圆形凹槽半径大小相同的第二圆形凹槽；第一圆形凹槽与第二圆形凹槽同轴，第一圆形凹槽的底面设置有第一纤维层，第二圆形凹槽的底面设置有第二纤维层；盖体的底面开设的圆环形凹槽内设置有第一圆形弹性垫圈，第一圆形弹性垫圈凸出于盖体的底面，第二圆形凹槽的槽口设置在第一圆形弹性垫圈内，装置闭合时通过弹性卡夹将盒体和盖体夹紧，第一圆形凹槽和第二圆形凹槽构成圆柱形内腔。 

所述的第一圆形凹槽槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第二圆形弹性垫圈，第二圆形凹槽的槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第三圆形弹性垫圈； 

所述的第二圆形弹性垫圈的顶面与盒体的顶面在同一平面上，第三圆形垫圈的底面与盖体的底面在同一平面上； 

所述的第一纤维层和第二纤维层的材质均为聚酯纤维； 

所述的第一圆形凹槽的尺寸为半径5mm，高度5mm，第二圆形凹槽的尺寸为半径5mm，高度5mm； 

所述的盒体尺寸为长度45mm，宽度40mm，高度36mm； 

所述的盒体为半透明的聚碳酸酯材料制成； 

所述的弹性卡夹为不锈钢材质，与盒体通过不锈钢连接件活动连接。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

1、连续灌注培养保证供应细胞持续新鲜的营养成分，有利于增殖和分化； 

2、培养过程无需CO₂培养箱，高精度蠕动泵形成连续负压实现自动化培养，省去了常规单层细胞培养中易造成污染的换液等步骤； 

3、和常规单层细胞培养相比较，三维灌流式培养技术无需使用血清，血清价格昂贵，无血清培养极大地降低了培养成本； 

4、细胞培养器由聚碳酸酯材料组成，能够耐受多次反复的高温灭菌而不变形，使用寿命长。另外，聚碳酸酯的半透明特点，方便了实验操作者在培养阶段用显微镜动态观察组织再生过程； 

5.本实用新型在细胞培养器中的两个凹槽底部，均铺设了由聚酯纤维组成的脉管，细 胞或组织外植体位于二层脉管之间，形成“三明治”夹心培养，用聚酯纤维组成的脉管代替支架材料，最大程度减少了细胞培养的死角体积，更符合体内的生理微环境。 

附图说明

图1一种三维灌流式细胞培养装置的外部结构示意图。 

图2A为一种三维灌流式细胞培养装置合盖时的剖面图； 

图2B为一种三维灌流式细胞培养装置盖体的剖面图； 

图2C为一种三维灌流式细胞培养装置盒体的剖面图； 

其中，1-盒体，2-盖体，3-弹性卡夹，4-连接件，5-1-第一圆形凹槽，5-2-第二圆形凹槽，6-1-进液通道，6-2-出液通道，7-第一圆形弹性垫圈，8-1-第二圆形弹性垫圈，8-2-第三圆形弹性垫圈，9-1-第一纤维层，9-2-第二纤维层。 

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以下结合具体实施例进一步阐明本实用新型的主要内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于以下实施例。在下文中，如果未特别说明，本实用新型所用材料和操作方法是本领域公知的。 

实施例1： 

一种三维灌流式细胞培养装置，包括盒体1，盖体2及弹性卡夹3，盖体2设置在盒体1上方并通过连接件4与盒体1活动连接，盒体2的顶面设置有第一圆形凹槽5-1，盒体1侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽5-1连通的进液通道6-1；盒体1上与进液通道相对的另一侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽5-1连通的出液通道6-2；进液通道的轴线与出液通道的轴线错开；盖体2的底面设置有与第一圆形凹槽5-1半径大小相同的第二圆形凹槽5-2；第一圆形凹槽5-1与第二圆形凹槽5-2同轴，第一圆形凹槽5-1的底面设置有第一纤维层9-1，第二圆形凹槽5-2的底面设置有第二纤维层9-2；盖体2的底面开设的圆环形凹槽内设置有第一圆形弹性垫圈7，第一圆形弹性垫圈7凸出于盖体2的底面；第二圆形凹槽5-2的槽口设置在第一圆形弹性垫圈7内，装置闭合时通过弹性卡夹3将盒体1和盖体2夹紧，第一圆形凹槽5-1和第二圆形凹槽5-2构成圆柱形内腔，第一圆形弹性垫圈7由于压力缩回至圆环形凹槽，使得盖体2和盒体1紧密闭合。 

第一圆形凹槽5-1槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第二圆形弹性垫圈8-1，第二圆形凹槽5-2的槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第三圆形弹性垫圈8-2。第二圆形弹性垫圈8-1的顶面与盒体1的顶面在同一平面上，第三圆形垫圈8-2的底面与盖体的底面在同一平面上； 

第一纤维层9-1和第二纤维层9-2的材质均为聚酯纤维。 

第一圆形凹槽5-1的尺寸为半径5mm，高度5mm，第二圆形凹槽5-2的尺寸为半径5mm，高度5mm。盒体1尺寸为长度45mm，宽度40mm，高度36mm，为半透明的聚碳酸酯材料制成。弹性卡夹3为不锈钢材质，与盒体通过不锈钢连接件活动连接。(图1，图2A，图2B，图2C)。 

下面以兔肾皮质部位的胚胎干细胞培养为例，说明实施例1所述装置的使用方法： 

(1)将培养装置中的聚酯纤维(以下称为脉管)用镊子夹入到含IMDM培养液的平皿中，反复浸泡，以除去其中的气泡； 

(2)在双目放大镜下，用尖嘴镊将平皿中的胚胎膜展开，放置在一圆形的脉管上。铺放平展后，再加上另一片圆形脉管，成为典型的“三明治”组织外植体夹心培养； 

(3)乳胶导管一端放置在培养瓶中(含500mlIHA工作培养液)，通过一个高精度蠕动泵，与细胞培养装置的进液通道连接；另一条乳胶导管则将细胞培养装置的出液通道和废液瓶相连通；将细胞培养装置置于控温板上； 

所述的IHA工作培养液的配制：使用500ml含酚红的IMDM培养液，购自Gibco公司，货号21980#，已含谷氨酰胺(Glutamine)和25mM HEPES；先移去30ml该培养液，再分别加入25ml HEPES(购自Gibco公司，货号15630#，1M，100ml/瓶)、5ml Mix(购自Gibco公司，货号15240#，含100x Anti-Anti,antibiotica-antimycotic)、500μl预先过滤灭菌的1x10^-4M醛固酮母液，使得其在IHA工作培养液的终浓度为1x10^-7M； 

(4)将步骤(2)中获得“三明治”组织外植体的置于第一圆形凹槽的底部，加少许IMDM培养液赶走气泡；合上培养装置盖体，夹上弹性夹片，使培养器底部和顶部固定密合；第一圆形凹槽和第二圆形凹槽构成圆柱形内腔，该内腔处于与外界隔绝的无菌状态； 

(5)将高精度蠕动泵设置成1ml/小时的流速，控温板设置为37摄氏度，保证细胞的培养和分化尽可能模拟体内条件，可实现细胞的灌流培养。 

以上通过具体的实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应当理解，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未偏离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制性的，仅仅是为了便于描述。 

Claims (8)

1.一种三维灌流式细胞培养装置，包括盒体（1），盖体（2）及弹性卡夹（3），其特征在于：盖体（2）设置在盒体（1）上方并通过连接件（4）与盒体（1）活动连接，盒体（1）的顶面设置有第一圆形凹槽（5-1），盒体（1）侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽（5-1）连通的进液通道（6-1）；盒体（1）上与进液通道相对的另一侧壁上水平设置有与第一圆形凹槽连通的出液通道（6-2）；进液通道的轴线与出液通道的轴线错开；盖体（1）的底面设置有与第一圆形凹槽半径大小相同的第二圆形凹槽（5-2）；第一圆形凹槽（5-1）与第二圆形凹槽（5-2）同轴，第一圆形凹槽（5-1）的底面设置有第一纤维层（9-1），第二圆形凹槽（5-2）的底面设置有第二纤维层(9-2)；盖体（1）的底面开设的圆环形凹槽内设置有第一圆形弹性垫圈（7），第一圆形弹性垫圈（7）凸出于盖体（2）的底面；第二圆形凹槽（5-2）的槽口设置在第一圆形弹性垫圈（7）内，装置闭合时通过弹性卡夹（3）将盒体（1）和盖体（2）夹紧，第一圆形凹槽（5-1）和第二圆形凹槽（5-2）构成圆柱形内腔。

2.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的第一圆形凹槽（5-1）槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第二圆形弹性垫圈（8-1），第二圆形凹槽（5-2）的槽口处的槽壁开设的内凹环设置有第三圆形弹性垫圈（8-2）。

3.根据权利要求2所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的第二圆形弹性垫圈（8-1）的顶面与盒体的顶面在同一平面上，第三圆形垫圈（8-2）的底面与盖体的底面在同一平面上。

4.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的第一纤维层（9-1）和第二纤维层（9-2）的材质均为聚酯纤维。

5.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的第一圆形凹槽（5-1）的尺寸为半径5mm，高度5mm，第二圆形凹槽（5-2）的尺寸为半径5mm，高度5mm。

6.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的盒体（1）尺寸为长度45mm，宽度40mm，高度36mm。

7.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的盒体（1）为半透明的聚碳酸酯材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种三维灌流式细胞培养装置，所述的弹性卡夹（3）为不锈钢材质，与盒体（1）通过不锈钢连接件活动连接。