TWI406939B

TWI406939B - A system and method for providing external stimuli for cell samples

Info

Publication number: TWI406939B
Application number: TW97148191A
Authority: TW
Original assignee: Univ Chang Gung
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2013-09-01
Also published as: TW201022436A

Description

提供細胞樣本外力刺激之系統及方法

本發明是有關於一種細胞培養系統及方法，特別是指一種提供細胞樣本外力刺激之系統及方法。

生物培養(Cell culture)技術已被廣泛用於生命科學的相關研究上，一般可區分為靜態式(Static)或灌流式(Perfusion，靜態式是採用多孔盤(Multi-well microplate)或培養皿(Petri dish)型式的生物培養裝置，而灌流式生物培養系統是提供一個穩定且易定量的培養條件，這項特性有利於準確探討生物對於外在培養環境刺激之影響，因此，近年來灌流式生物培養系統的應用廣泛受到重視。

然而，現有商品化的灌流式生物培養系統具有體積龐大、設備複雜、操作不易、不具高通量(High throughput)之功能及操作成本高等缺點，這些缺點侷限了灌流式生物培養系統的應用價值。

另外，為了探討機械力條件對於細胞生理生化之影響，例如：機械力場對於幹細胞分化或組織工程上組織生長之影響，一些能提供機械力刺激的生物培養系統是需要的。

本發明之一目的，即在提供一種能提供細胞樣本外力刺激之系統。

本發明提供細胞樣本外力刺激之系統包括一動力裝置及一生物培養器。該動力裝置具有一管路、一輸出一介質至該管路的加壓模組，及一組設於該管路且控制該介質之增/減壓的調壓閥；較佳地，還包括一控制增/減壓產生頻率之電磁閥。

該生物培養器包括一具有一連通該管路的腔室的腔體、一具有至少一容室的本體，及一設於該容室及該腔室之間的彈性體，該彈性體於該容室供該細胞樣本附著且於該腔室的介質增/減壓時產生彈力變化刺激該細胞樣本。

本發明提供細胞樣本外力刺激之系統操作簡易且生物培養器具有可微型化、結構簡單及製造成本低廉等特性，非常適合開發成一次性使用且能提供外力刺激之高通量化生物培養工具。

本發明之另一目的，即在提供一種能提供細胞樣本外力刺激之方法。

本發明提供細胞樣本外力刺激之方法包含下述步驟：(a)輸出一介質至一腔室，並控制該介質於該腔室之增/減壓大小及其產生頻率；及(b)該腔室接觸一附著一細胞樣本之彈性體，且於該腔室增/減壓時令該彈性體產生彈力變化刺激所附著的細胞樣本。

本發明提供細胞樣本外力刺激之方法，藉由控制介質之增/減壓促使彈性體產生彈力變化刺激所附著的細胞樣本，因此能達成外力刺激的功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明提供細胞樣本外力刺激之系統的較佳實施例是一灌流式培養系統，其包括一生物培養器1、一動力裝置2、一輸液裝置3及一收集裝置4。

灌流式培養系統之目的是連續式提供新鮮培養液及移除生物使用過之培養液，進而達到生物培養器內培養液之恆定，提供生物樣本穩定且易定量之培養條件；因此，生物培養器1的兩側分別使用金屬管狀物插管並連接一般實驗室使用之矽膠管，利用此方式將生物培養器1分別連接至輸液裝置3及收集裝置4。

輸液裝置3包括一儲存一培養液的注射針筒31及一供應注射針筒31動力將培養液輸出的注射幫浦32(如：多管式針筒式幫浦或蠕動式幫浦)，主要是用來定時定量供應生物培養器1內細胞樣本的所需的培養液；收集裝置4則是用來回收該培養液。

動力裝置2具有一管路21、一輸出一介質至該管路21的加壓模組22、一組設於管路21且控制該介質之增/減壓的調壓閥23、一組設於管路21且令該介質間續地進入管路21的電磁閥24，及一控制該電磁閥24間續地啟/閉的控制模組25；其中，電磁閥24用來控制施予細胞樣本壓力的頻率，控制模組25配合電磁閥24可調控對於細胞樣本的刺激頻率。

需說明的是，加壓模組22可以是氣壓式，也就是該介質可以是氣體，為方便說明起見，以下內容以氣壓式加壓模組22為例且配合圖1來說明。

參閱圖2，生物培養器1包括一腔體11、一本體12、一彈性體13及一上蓋14。

本體12具有容納細胞樣本及培養液的多數個容室120、一連通輸液裝置3及容室120的輸入通道121，及一連通收集裝置4及容室120的輸出通道122，且上蓋14覆蓋於本體12頂面。

腔體11用以容納氣體介質，具有對應容室120數量及位置的多數個腔室110，及至少一連通管路21及腔室110的輸送通道111，本實施例中，腔室110數量共六個且是以每三個為一組，三個腔室110彼此連通且設有單一個輸送通道111。

參閱圖3，腔體11、本體12、彈性體13及上蓋14皆是以彈性體聚合物(如：PDMS)為材料製成；腔體11、本體12及上蓋14以澆鑄(Casting)或鑄造(Molding)而成，以澆鑄為例，需先製造模子(Mold)，然後再以彈性體聚合物澆鑄成型後自模子分離出來；彈性體13是以旋轉塗佈方式製造，且以旋轉塗佈的轉速控制其厚度；然後，再以表面處理(如：表面電漿氧化處理)方式黏合封裝腔體11、彈性體13與本體12三者使其外觀上呈一體化，而上蓋14則是可分離地覆蓋於本體12頂面。

參閱圖4，彈性體13設於腔室110及容室120之間而將生物培養器1區隔為上半部及下半部，在生物培養器1 的上半部，朝向容室120之頂面131是供細胞樣本(圖未示)附著，且輸入通道121之位置低於輸出通道122，方便於輸入通道121補充培養液且於高液位時自輸出通道122排出廢液；而在生物培養器1的下半部，介質(圖未示)則於增/減壓時經過輸送通道111促使彈性體13產生彈力變化刺激細胞樣本。

參閱圖5，並配合圖1及圖4，本發明提供細胞樣本外力刺激之方法包含下述步驟：首先，置入細胞樣本之前，生物培養器1先進行殺菌(步驟500)，可以使用例如酒精、殺菌釜、紫外線或氣體等殺菌方式。然後，置入細胞樣本於生物培養器1內(步驟501)，使其附著於彈性體13之頂面131，細胞樣本可以是例如一關節軟骨細胞或其他需設定外力刺激的細胞樣本。

接著，設定培養液供給細胞樣本的條件(步驟502)，例如每間隔一預定時間即進行培養液的供給及排出，另外，設定對細胞樣本的施壓方式(步驟503)，該施壓方式主要由調壓閥23來控制介質進入腔室130的多寡，及設定對細胞樣本的刺激頻率(步驟504)，此刺激頻率即是由控制模組25配合電磁閥24來調控介質間續地進入腔室130；然後，在細胞培養箱內進行細胞培養(步驟505)，依據前述步驟502至504的設定，控制介質於腔室的增/減壓以驅使彈性體130產生彈力變化刺激細胞樣本(步驟506)。

歸納上述，本發明提供細胞樣本外力刺激之方法及系統，主要是藉由控制介質之增/減壓促使彈性體13產生彈力變化刺激細胞樣本，因此能達成外力刺激的功效；且生物培養器1具有可微型化、結構簡單及製造成本低廉等特性及動力裝置操作簡易，非常適合開發成一次性使用且能提供外力刺激之高通量化生物培養工具。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧生物培養器

11‧‧‧腔體

110‧‧‧腔室

111‧‧‧輸送通道

12‧‧‧本體

120‧‧‧容室

121‧‧‧輸入通道

122‧‧‧輸出通道

13‧‧‧彈性體

131‧‧‧頂面

14‧‧‧上蓋

2‧‧‧動力裝置

21‧‧‧管路

22‧‧‧加壓模組

23‧‧‧調壓閥

24‧‧‧電磁閥

25‧‧‧控制模組

3‧‧‧輸液裝置

31‧‧‧注射針筒

32‧‧‧注射幫浦

4‧‧‧收集裝置

500~506‧‧‧步驟

圖1是一系統示意圖，說明本發明提供細胞樣本外力刺激之系統的較佳實施例；圖2是一立體分解圖，說明生物培養器的組成元件包括腔體、彈性體、本體與上蓋；圖3是一剖示圖，說明生物培養器的腔體、彈性體與本體彼此黏合且而上蓋覆蓋於本體頂面；圖4是一剖示圖，說明生物培養器的彈性體產生彈力變化；及圖5是一流程圖，說明本發明提供細胞樣本外力刺激之方法。