CN216378178U - 一种适用于3d细胞的分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于3D细胞的分离装置，包括：壳体，壳体有上下两个开口，上开口为进液口，下开口为出液口，所述壳体侧壁上开设有第一连接口与第二连接口，所述壳体内部具有相互独立的过滤流道与冲洗流道，所述过滤流道与上开口及下开口连通；所述冲洗流道与第一连接口及第二连接口连通；所述过滤流道沿壳体上下方向延伸；第一滤膜，设于过滤流道内，接近上开口处；第二滤膜，设于过滤流道与冲洗流道的交汇处，靠近下开口处，与第一连接口及第二连接口形成垂直于过滤流道的冲洗流道。

Description

一种适用于3D细胞的分离装置

技术领域

本实用新型属于生物技术领域，具体涉及细胞分选技术。

背景技术

自生物医学诞生以来，2D细胞培养作为一种经典的体外细胞模型，在基础研究及药物开发等各领域发挥了极其重要作用。但2D细胞存在的诸多局限性，包括缺乏空间结构，缺乏细胞与细胞之间的相互作用，不能有效的模拟体内的肿瘤特性等，制约着基础研究结果向应用的转化。3D细胞培养是当前热门的细胞培养方式，根据细胞来源又可分为普通细胞成球培养，干细胞3D培养以及肿瘤类器官培养等。3D培养不仅可以建立起生理上的细胞-细胞与细胞-细胞外基质相互作用，模拟天然组织的特异性。而且在疾病模拟和生物保真性方面具有无可比拟的优势。以肿瘤类器官培养为例，肿瘤类器官能保留来源肿瘤组织的各项肿瘤学特征，包括形态学，分子标志物的表达，基因组突变等。因此，3D细胞培养作为一种更高维度的细胞模型，在科研及应用转化领域发挥着越来越重要的作用。

尽管3D细胞在诸多特性上显著优于2D细胞，但其应用仍受技术上的制约。其中，由于与培养基接触差异，干细胞分化程度差异，肿瘤个体差异等等因素导致的细胞生长大小不均一，不利于后续生物学研究、药物筛选或药物评价等活动的开展。增加对3D细胞的可操控性，尤其是粒径大小的操作，可以大大的减少后续药物测试的孔间、批间差异。

2D细胞由于细胞均一，可采取细胞消化成单细胞后进行密度梯度离心或流式细胞分选。而3D细胞最大的特性在于维持三维细胞-细胞相互作用。因此传统的消化成单细胞操作并不适用，且容易造成干细胞生长活性受损。且现有的细胞滤膜过滤器在过滤过程中存在易堵塞的问题，流速慢，通量低。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种适用于3D细胞的分离装置，可以简单快速分离、收集非均一的3D细胞球。本实用新型在尽量维持细胞活性和三维球体结构的基础上，采用经典的滤膜过滤原理过滤细胞，细胞形态保存完整，表面的各种抗原或分子标记均无破坏，不影响细胞的特性，为后续的检测提供了良好的条件，且该方法设备技术要求不高，过程易于掌握。因此，通过选择恰当过滤条件，可以大大地提高过滤效率，从而减少得到最终产物的步骤，提高生产效率，降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提出的3D细胞分离装置包括壳体、第一滤膜和第二滤膜，所述壳体呈上下延伸的柱状，壳体有上下两个开口，上开口为进液口，下开口为出液口，所述壳体侧壁上开设有第一连接口与第二连接口，所述壳体内部具有相互独立的过滤流道与冲洗流道，所述过滤流道与上下开口连通；所述冲洗流道与第一连接口及第二连接口连通；所述过滤流道沿壳体上下方向延伸；接近上开口处所设的第一滤膜设于过滤流道内，上开口与第一滤膜之间形成过滤流道的第一过滤通段；靠近下开口处所设的第二滤膜设于过滤流道内，所述第一滤膜与第二滤膜之间形成过滤流道的第二过滤通段；第二滤膜与所述下开口形成过滤流道的第三过滤通段；所述第二滤膜同时设于所述冲洗流道内，即第二滤膜设于过滤流道与冲洗流道的交汇处，与第一连接口及第二连接口形成垂直于过滤流道的冲洗流道。

进一步，所述第一连接口及第二连接口设有开关或阀门。优选的，所述开关或阀门可以为单向阀或自动控制阀。

优选的，所述壳体的下开口设有开关或阀门。

优选的，壳体为透明柱状。

优选的，壳体以所述第一滤膜为界面，向所述上开口方向逐渐变宽，呈上宽下窄的喇叭形状，向所述第二滤膜方向逐渐变宽，呈上窄下宽的喇叭状；壳体以所述第二滤膜为界面向所述下开口渐变缩小，呈上宽下窄的喇叭状

进一步，分离装置上开口的瓶口安装有瓶盖，瓶盖可以是带孔加微孔滤膜的瓶盖，也可为无孔、无膜实面瓶盖。

进一步，上开口与下开口的瓶口设有螺纹或卡扣，两个或两个以上的分离装置可通过上下开口的螺纹或卡扣连接。这样若干个分离装置可组合成多层细胞分离装置，细胞悬液流经孔径不同的过滤膜，过滤膜的各层膜的公称孔径在滤液流动方向上逐级变小，对细胞形成梯度过滤，可收集到指定粒径范围的3D细胞，实现对不同粒径的各类3D细胞保持较好的截留率。尤其是用来分离癌细胞时，可针对收集到的不同粒径癌细胞选择不同的检测方式。

优选的，垂直过滤通道中可以使用正或负表压的任何来源将细胞悬液引出分离装置。分离装置的上开口，即进液口，连接压力产生装置，例如注射器、机械泵、微流泵、螺杆或活塞等机械装置，向下产生负压或正压。在一些情况下，可以施加真空。压力产生装置的压力不宜过大，需考虑细胞的压力承受范围，一方面是压力过大可能细胞活性受影响，另一方面3D细胞球容易产生形变，而出现变形后滤过效应。

优选的，所述冲洗流道的进液方向可连接压力产生装置。若将第一连接口作为进液口，则在第一连接口连接压力产生装置，从压力装置施加正压或负压驱动流体从第一连接口流入壳体中的冲洗流道，冲刷细胞滤膜，从第二连接口流出，最终流入细胞收集容器中。所述流体为PBS缓冲液。同样的，压力产生装置的压力不宜过大，需考虑细胞的压力承受范围。

可选的，第一连接口与第二连接口各设置有一个连接管套锁扣，用于和输液管以及输液泵或微孔滤器等连接锁紧，以便能够对微孔滤器、输液管、输液泵等进行连接组装和固定锁紧，以及拆卸更换。可以保证缓冲液(或营养液/培养液)有序流动。PBS缓冲液从进液连接口输入，然后从相对一侧作为出液口的连接管收集排出的PBS缓冲液。滤膜上的3D细胞球随PBS缓冲液流动至收集容器中。对3D细胞球的破坏小。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过在壳体内部设置相互独立的过滤流道与冲洗流道，实现非均一的3D细胞球按指定粒径快速分离、洗脱、收集。对细胞类型没有限制，可适用于不同特征细胞。对细胞污染破坏小，分离后细胞活性率高，可以实现继续培养和增殖；在滤膜表面形成流动避免细胞停留，有效解决滤膜堵塞；

(2)具有针对性强，处理量大、分离纯化步骤简单、产品质量稳定、成本低等优点，特别适合用于分离培养混合物，得到均一性较高的3D细胞球；

(3)本实用新型装置可达到较大的单次处理量，高至几百升，从而易于扩大生产规模；

(4)本实用新型装置减少了3D细胞球的转移暴露，从而减少了被污染的概率；

(5)本实用新型使用过程控制简易，使用过滤元件可以为一次性使用产品，无清洗、清洗验证等过程，节省劳动力和生产成本，提高生产效率；

(6)可以根据不同分离纯化目的物选择不同大小过滤元件及其组合，使用灵活，应用范围广泛；

(7)本实用新型采用一体化装置，为下游细胞球分析检测、精准治疗、药物筛选等应用提供有力工具。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中的示意图；

图2为一个实施例中的示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例结合附图来对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

图1为一个实施例的示意图，其中箭头表示流体流动方向。如图1所示，该分离装置包括壳体10、第一滤膜20和第二滤膜30，所述壳体10呈上下延伸的柱状，壳体10有上下两个开口，上开口110为进液口，下开口120为出液口，所述壳体10侧壁上开设有第一连接口130与第二连接口140，所述壳体10内部具有相互独立的过滤流道310与冲洗流道320，所述过滤流道310与上开口110及下开口120连通；所述冲洗流道320与第一连接口130及第二连接口140连通；所述过滤流道310沿壳体10上下方向延伸；接近上开口110处所设的第一滤膜20设于过滤流道310内，上开口110与第一滤膜20之间形成过滤流道310的第一过滤通段311；靠近下开口120处所设的第二滤膜30设于过滤流道310内，所述第一滤膜20与第二滤膜30之间形成过滤流道310的第二过滤通段312；第二滤膜30与所述下开口120形成过滤流道310的第三过滤通段313；所述第二滤膜30同时设于所述冲洗流道320内，即第二滤膜30设于过滤流道310与冲洗流道320的交汇处，与第一连接口130及第二连接口140形成垂直于过滤流道310的冲洗流道320。

操作过程：细胞悬液从分离装置的上开口110进液进入第一过滤通段311，流经第一滤膜20时，将粒径大于第一滤膜20孔径的细胞截留在第一滤膜20表面，粒径小于第一滤膜20孔径的细胞则通过过滤流道310进入第二过滤通段312，流经第二滤膜30时，将粒径大于第二滤膜30孔径的细胞截留在第二滤膜30表面，粒径小于第二滤膜30孔径的细胞进入第三过滤通段313直至分离装置的下开口120从出液口流出，最后进入细胞收集容器40内。当第二滤膜30上富集有一定数量的细胞时，打开第一连接口130与第二连接口140，引入PBS缓冲液，进行冲洗，第二滤膜30上的3D细胞球随PBS缓冲液流动至收集容器40中。这样，在分离不同粒径的3D细胞球的同时实现3D细胞的洗脱、富集而且在滤膜表面形成流动避免细胞停留，有效解决滤膜堵塞。

在本发明的一实施例中，如图2所示，为了提高过滤的速度，壳体以所述第一滤膜为界面，向所述上开口方向逐渐变宽，呈上宽下窄的喇叭形状，向所述第二滤膜方向逐渐变宽，呈上窄下宽的喇叭状；壳体以所述第二滤膜为界面向所述下开口渐变缩小，呈上宽下窄的喇叭状。

以分离50～100um粒径的肿瘤类器官为例进行说明。发明人在针对肿瘤类器官分析检测过程中发现选用50～100um粒径大小的3D癌细胞球进行药物测试，效果较其他粒径大小的细胞球要好。小于50um的3D细胞球则继续用于细胞传代扩增培养。大于100um用于固定包埋，用于组织学鉴定。如图1或图2所示，取一个分离装置，将50um的细胞滤膜安装至所取装置第二滤膜位置，将分离装置的上开口110嵌入100um的细胞滤膜作为第一滤膜。

具体操作步骤如下：

(1)关闭第一连接口130与第二连接口140的阀门或开关321，用PBS缓冲液通过过滤流道310润洗整个装置及细胞滤膜，使所述细胞滤膜处于浸润的状态；目的是减小后续样品的表面张力，更容易实现过滤；

(2)保持第一连接口130与第二连接口140的阀门或开关321处于关闭状态，将3D细胞球悬液经进液口110流入，流向100um的细胞滤膜，继续沿着垂直过滤流道310向下，流经50um的细胞滤膜至分离装置的下开口120即出液口流出，此时收集出液口的细胞即为小于50um的细胞球，用于后续的传代扩增培养；收集截留至100um滤膜上的细胞进行固定和石蜡包埋操作，用于后续的组织学鉴定。

(3)打开第一连接口130和第二连接口140的阀门或开关321，从第一连接口130处引入PBS缓冲液冲洗，使用所述PBS细胞缓冲液冲洗50μm细胞滤膜，回收细胞滤膜富集的细胞，收集第二连接口140流出的细胞，即粒径在50～100um之间的3D细胞球悬液，用于药物测试。

(4)因液体流速较慢，且垂直装置，上开口110可不设开关。在进行步骤2的过程中，有需要时打开第一连接口130和第二连接口140的阀门或开关321，引入PBS缓冲液，在滤膜表面形成流动避免细胞停留，有效解决滤膜堵塞。

上述细胞滤膜可以选用现在市场上的所有孔径合适的滤膜。在本文中“公称孔径”指的滤膜产品上标注的公称孔径。也可采用多层滤膜，多层滤膜可以是复合在一起的多层滤膜，也可以是适当孔径的单层滤膜叠置在一起而形成的多层滤膜，也可以是一体制成的具有多个不同孔径过滤层的过滤膜。只要符合相关的孔径要求即可。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (10)

1.一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于，包括：

壳体，壳体有上下两个开口，上开口为进液口，下开口为出液口，所述壳体侧壁上开设有第一连接口与第二连接口，所述壳体内部具有相互独立的过滤流道与冲洗流道，所述过滤流道与上开口及下开口连通；所述冲洗流道与第一连接口及第二连接口连通；所述过滤流道沿壳体上下方向延伸；

第一滤膜，设于过滤流道内，接近上开口处；

第二滤膜，设于过滤流道与冲洗流道的交汇处，靠近下开口处，与第一连接口及第二连接口形成垂直于过滤流道的冲洗流道。

2.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述壳体呈上下延伸的柱状。

3.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述壳体以所述第一滤膜为界面，向所述上开口方向逐渐变宽，呈上宽下窄的喇叭形状，向所述第二滤膜方向逐渐变宽，呈上窄下宽的喇叭状；所述壳体以所述第二滤膜为界面向所述下开口渐变缩小，呈上宽下窄的喇叭状。

4.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述壳体为透明的。

5.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述第一连接口及第二连接口设有开关或阀门。

6.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述第一连接口与第二连接口的外端设置连接管套锁扣。

7.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述下开口设有开关或阀门。

8.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述壳体上开口与下开口的瓶口处设有螺纹或卡扣。

9.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述上开口连接压力产生装置；所述第一连接口或第二连接口连接压力产生装置。

10.如权利要求1所述的一种适用于3D细胞的分离装置，其特征在于：所述分离装置上开口和/或下开口的瓶口安装有瓶盖，瓶盖可以是带孔加微孔滤膜的瓶盖，也可为无孔、无膜实面瓶盖。

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