RU190367U1

RU190367U1 - Device for the cultivation of mammalian cells on tissue-engineering structures

Info

Publication number: RU190367U1
Application number: RU2018140770U
Authority: RU
Inventors: Антон Андреевич Яценко; Владимир Андреевич Кушнарев; Егор Михайлович Устинов; Денис Викторович Леонов
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-06-28

Abstract

Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности к устройствам для выращивания клеток млекопитающих и может найти применение в биотехнологии и тканевой инженерии. Технической проблемой, решаемой данной полезной моделью, является создание биореактора, позволяющего культивировать клетки млекопитающих в условиях 3D-модели, которые увеличивали или поддерживали бы жизнеспособность и распределение клеток на подложке из биоматериалов, с возможностью наблюдения за поведением клеточной культуры на тканеинженерной конструкции с помощью инвертированного светового микроскопа или визуальным методом. Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях, включающем прозрачную камеру биореактора с герметичной крышкой, выходную трубку сброса питательной жидкости из нее и средство для газообмена с окружающей средой на крышке, дополнительно установлен перестальтический насос в герметичном пластиковом корпусе с крышкой, соединяющийся входной и выходной трубками в продольном направлении с торцами прямоугольной камеры биореактора, при этом на герметичном корпусе установлена кнопка включения/выключения, соединенная с перельстатитческим насосом и штепселем, а средство для газообмена выполнено в виде бактериального фильтра.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to devices for growing mammalian cells and can be used in biotechnology and tissue engineering. The technical problem solved by this utility model is the creation of a bioreactor that allows mammals to be cultured in 3D models, which would increase or maintain the viability and distribution of cells on a biomaterial substrate, with the ability to observe the behavior of the cell culture on the tissue engineering structure using an inverted light microscope or visual method. The essence of the utility model lies in the fact that in a device for cultivating mammalian cells on tissue-engineering structures, including a transparent bioreactor chamber with a hermetic lid, an outlet tube for discharging nutrient fluid from it and a means for gas exchange with the environment on the lid, an overalter pump in an airtight plastic is additionally installed housing with a lid, connecting the input and output tubes in the longitudinal direction with the ends of the rectangular chamber of the bioreactor, while on a sealed the case has an on / off button, connected to a peristatic pump and a plug, and the gas exchange means is made in the form of a bacterial filter.

Description

Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности к устройствам для выращивания клеток млекопитающих и может найти применение в биотехнологии и тканевой инженерии.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to devices for growing mammalian cells and can be used in biotechnology and tissue engineering.

Физиологические условия для роста и пролиферации культивируемых клеток создает для них постоянная циркуляция жидкости в области образца /Wang, L., Hu, Н., Yang, J., Wang, F., Kaisermayer, С., & Zhou, P. High yield of human monoclonal antibody produced by stably transfected Drosophila Schneider 2 cells in perfusion culture using wave bioreactor. Molecular biotechnology, vol. 52 no. 2, pp. 170-179. 2012/. Специальные устройства - биореакторы, и обеспечивают циркуляцию питательной среды /М. Sladkova and G. de Peppo, "Bioreactor Systems for Human Bone Tissue Engineering," Processes, vol. 2, no. 2, pp. 494-525, Jun. 2014./Physiological conditions for the growth and proliferation of cultured cells creates for them the constant circulation of fluid in the sample area / Wang, L., Hu, N., Yang, J., Wang, F., Kaisermayer, S., & Zhou, P. High yield Docophila Schneider 2 cells in perfusion culture using wave bioreactor. Molecular biotechnology, vol. 52 no. 2, pp. 170-179. 2012 /. Special devices - bioreactors, and ensure the circulation of the nutrient medium / M. Sladkova and G. de Peppo, "Bioreactor Systems for Human Bone Tissue Engineering," Processes, vol. 2, no. 2, pp. 494-525, Jun. 2014./

В результате проведенного патентно-информационного поиска были выявлены три аналога предлагаемого устройства.As a result of the patent information search, three analogues of the proposed device were identified.

Биореактор для культивирования суспензионных культур клеток в условиях земли и в условиях микрогравитации /заявка на патент США 2002/0146816, МПК С12М 1/00, опубл. 10.10.2002/, состоящий из цилиндрической емкости, способной вращаться вокруг своей оси благодаря электроприводу, и системы, обеспечивающий постоянную рециркуляцию питательной среды или поступления ее свежих аликвот. На емкости биореактора располагаются две крышки и отверстия для трубок. Имеется система газообмена, представленная газопроницаемым трубопроводом. Свежая питательная среда хранится в полимерной емкости и подается в полость биореактора посредством перистальтитического насоса.Bioreactor for the cultivation of suspension cell cultures in the conditions of the earth and in microgravity conditions / application for US patent 2002/0146816, IPC С12М 1/00, publ. 10.10.2002 /, consisting of a cylindrical tank, capable of rotating around its axis through an electric drive, and a system that ensures continuous recirculation of the nutrient medium or the flow of fresh aliquots of it. On the bioreactor tank there are two covers and openings for tubes. There is a gas exchange system, represented by a gas-permeable pipeline. Fresh nutrient medium is stored in a polymer container and is fed into the cavity of the bioreactor through a peristaltic pump.

Важным недостатком данного биореактора для культивирования клеток является его применение исключительно для суспензионных культур клеток, что делает невозможным его использование для культивирования клеток млекопитающих в 3D биологической модели.An important disadvantage of this bioreactor for cell culture is its use exclusively for suspension cell cultures, which makes it impossible to use it for the cultivation of mammalian cells in a 3D biological model.

Другим аналогом является биореактор, состоящий из цилиндрической емкости с крышкой и патрубками для подвода и отвода газа, устройства для аэрации и перемешивания среды /Патент РФ №2299903/. Биореактор содержит лопастное колесо, укрепленное на приводном валу, расположенном в верхней части корпуса. Вокруг вала имеются отверстия для патрубков подвода и отвода газов. Недостатки данного биореактора включают в себя: невозможность его использования для культивирования адгезионных культур клеток млекопитающих в условиях 3D биологических моделей, а также большой объем полости биореактора, предназначенного для продукции большого объема биологической массы.Another analogue is a bioreactor consisting of a cylindrical tank with a lid and nozzles for supplying and discharging gas, a device for aerating and mixing the medium / Patent of the Russian Federation No. 2299903 /. The bioreactor contains a paddle wheel mounted on a drive shaft located in the upper part of the body. There are holes around the shaft for gas inlet and outlet connections. The disadvantages of this bioreactor include: the impossibility of its use for the cultivation of adhesion cultures of mammalian cells in 3D biological models, as well as a large volume of the cavity of the bioreactor, intended for the production of large amounts of biological mass.

Ближайшим аналогом (прототип) является биореактор, предназначенный для выращивания тканеинженерных конструкций, состоящий из емкости с прозрачными стенками и герметично закрывающейся крышки. В корпусе помещается биологическая матрица с фиксацией с помощью спиц. Имеются специальные пневмоакустические форсунки, обеспечивающие поступление газовой смеси и свежей питательной среды. На корпусе биореактора имеется клапан для сброса избыточного давления и питательной среды /Патент РФ №2482180/.The closest analogue (prototype) is a bioreactor designed for growing tissue-engineering structures, consisting of a tank with transparent walls and a tightly closed lid. The body is placed biological matrix with fixation using the spokes. There are special pneumatic acoustic nozzles that provide the flow of the gas mixture and fresh nutrient medium. On the body of the bioreactor there is a valve for relieving overpressure and nutrient medium / Patent RF №2482180 /.

Известное устройство не подразумевает рециркуляции питательной среды, которая, будучи в кондиционированном состоянии, содержит большое количество биологически активных веществ, в первую очередь, паракринных факторов, играющих важную роль в процессах пролиферации и дифференцировки клеток. Помимо этого, большой размер и круглая форма предлагаемого устройства не позволяют визуально оценивать состояние культивируемой клеточной культуры in vitro с помощью световой микроскопии, что негативно влияет на проведение работы.The known device does not imply the recirculation of the nutrient medium, which, being in the conditioned state, contains a large number of biologically active substances, primarily paracrine factors, which play an important role in the processes of cell proliferation and differentiation. In addition, the large size and round shape of the proposed device does not allow to visually assess the state of the cultured cell culture in vitro using light microscopy, which negatively affects the performance of the work.

Технической проблемой, решаемой данной полезной моделью, является создание биореактора, позволяющего культивировать клетки млекопитающих в условиях 3D-модели, которые увеличивали или поддерживали бы жизнеспособность и распределение клеток на подложке из биоматериалов, с возможностью наблюдения за поведением клеточной культуры на тканеинженерной конструкции с помощью инвертированного светового микроскопа или визуальным методом.The technical problem solved by this utility model is the creation of a bioreactor that allows mammals to be cultured in 3D models, which would increase or maintain the viability and distribution of cells on a biomaterial substrate, with the ability to observe the behavior of the cell culture on the tissue engineering structure using an inverted light microscope or visual method.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях, включающем прозрачную камеру биореактора с герметичной крышкой, выходную трубку сброса питательной жидкости из нее, и устройство газообмена с окружающей средой на крышке, дополнительно установлен перестальтический насос в герметичном пластиковом корпусе с крышкой, соединяющийся входной и выходной трубками в продольном направлении с торцами прямоугольной камеры биореактора, при этом на герметичном корпусе установлена кнопка включения/выключения, соединенная с перельстатитческим насосом и штепселем, а устройство газообмена выполнено в виде бактериального фильтра.The essence of the utility model lies in the fact that in a device for cultivating mammalian cells on tissue-engineering structures, including a transparent bioreactor chamber with a sealed lid, an outlet tube for discharging nutrient fluid from it, and a device for gas exchange with the environment on the lid, an overalt pump in an airtight plastic housing with a lid, connecting the input and output tubes in the longitudinal direction with the ends of the rectangular chamber of the bioreactor, while on the sealed The body has an on / off button connected to a peristatic pump and a plug, and the gas exchange device is made in the form of a bacterial filter.

Полезная модель представлена на фиг. 1 - общий вид сбоку, и на фиг. 2 - вид спереди в разрезе.The utility model is presented in FIG. 1 is a general side view, and in FIG. 2 is a front sectional view.

Устройство для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях состоит из герметичного пластикового корпуса 1, закрывающегося крышкой, в котором установлен перистальтический насос 8, прямоугольной прозрачной камеры биореактора 2 с герметичной крышкой, бактериального фильтра 3 для газообмена между камерой биореактора и окружающей средой, кнопки включения/выключения 4, штепселя 5 для включения в сеть, входной трубки 6 и выходной трубки 7.A device for cultivating mammalian cells on tissue-engineering structures consists of a sealed plastic housing 1, closed with a lid, in which a peristaltic pump 8 is installed, a rectangular transparent chamber of a bioreactor 2 with a sealed lid, a bacterial filter 3 for gas exchange between the bioreactor chamber and the environment, on / off buttons 4, plugs 5 for inclusion in the network, the input tube 6 and the output tube 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В стерильную камеру биореактора 2 устанавливается чашка Петри с лежащей в ней тканеинженерной конструкцией дермы кожного покрова, заселенной клетками. После чего камера биореактора заполняется питательной средой выше бортика чашки Петри, так что бы питательная среда полностью покрывала тканеинженерную конструкцию. Затем все устройство стерилизуется снаружи, и помещается в стандартные условия клеточного инкубатора (37°С, 5% CO2). Диффузию газа внутрь камеры биореактора 2 обеспечивает установленный на крышке камеры биореактора бактериальный фильтр 3. Далее штепсель 5, соединенный с перистальтическим насосом и кнопкой включения/выключения, подключается к электрической сети, обеспечивая питание устройства. Включаем устройство с помощью кнопки включения/выключения 4. Дальнейшая циркуляция жидкости обеспечивается с помощью перельстатического насоса 8, находящегося в изолированном герметичном корпусе 1 с крышкой. Он соединен с торцами камеры биореактора двумя трубками - входной 6 и выходной 7, посредством которых питательная среда циркулирует в камере, в продольном направлении.The operation of the device is as follows. In a sterile chamber of the bioreactor 2, a Petri dish with a tissue engineering design of the dermis of the skin, populated with cells, is placed in it. After that, the chamber of the bioreactor is filled with nutrient medium above the rim of the Petri dish, so that the nutrient medium completely covers the tissue-engineering design. Then the entire device is sterilized outside, and placed in standard cell incubator conditions (37 ° C, 5% CO2). Gas diffusion into the chamber of bioreactor 2 is ensured by a bacterial filter 3 mounted on the lid of the chamber of the bioreactor. Next, plug 5 connected to the peristaltic pump and the on / off button is connected to the electrical network, providing power to the device. Turn on the device using the on / off button 4. Further circulation of the liquid is provided by means of a perlstatic pump 8, located in an insulated sealed enclosure 1 with a lid. It is connected to the ends of the bioreactor chamber with two tubes - inlet 6 and outlet 7, through which the nutrient medium circulates in the chamber, in the longitudinal direction.

Технический результат использования полезной модели заключается в том, что возможно культивировать клетки млекопитающих в условиях 3D-модели, с возможностью наблюдения за поведением клеточной культуры на тканеинженерной конструкции с помощью инвертированного светового микроскопа или визуальным методом, так как размер и форма камеры биореактора, позволяют поместить его в инвертированный световой микроскоп. Ввиду того, что конструкция устройства небольшая и компактная, его можно использовать в научных целях, а не в условиях промышленного культивирования массы.The technical result of using the utility model is that it is possible to cultivate mammalian cells in a 3D model, with the ability to observe the behavior of cell culture on the tissue engineering structure using an inverted light microscope or visual method, since the size and shape of the bioreactor chamber allow it to be placed into an inverted light microscope. Due to the fact that the design of the device is small and compact, it can be used for scientific purposes, and not in the conditions of industrial cultivation of the mass.

Claims

A device for cultivating mammalian cells on tissue-engineering structures, including a transparent bioreactor chamber with a sealed lid, an outlet tube for discharging nutrient fluid from it, and a means for gas exchange with the environment on the lid, characterized in that the peristaltic pump is additionally installed in a sealed plastic case with a lid, the connecting input and output tubes in the longitudinal direction with the ends of the rectangular chamber of the bioreactor, with a button mounted on the sealed enclosure on / off switch, connected to the perlustat pump and plug, and the gas exchange means is made in the form of a bacterial filter.