TWI648399B - Cell culture system for differential cycle deformation - Google Patents

Abstract

一種差別週期形變牽拉之細胞培養系統，包括一滑動裝置、一電源單元以及一乘載裝置，該滑動裝置為一盒體，用以容置該乘載裝置，該電源單元提供該滑動裝置內之一伺服馬達所需之電源，該伺服馬達啟動後帶動與之連接之一滑動螺桿水平滑動，進一步帶動一可移動支撐裝置於一滑動軌道上水平滑動，而該乘載裝置容置於該可移動支撐裝置以及一固定部間，當該滑動裝置啟動時，透過該滑動螺桿對該乘載裝置做一定距離的牽拉，而該乘載裝置具有複數不同厚度之培養隔間，可承受不同機械應力，進一步在一個該乘載裝置上同時進行不同細胞形變牽拉之培養。

Description

差別週期形變牽拉之細胞培養系統

本發明係有關一種細胞培養系統，尤指可以對一培養載進行機械應力，並在該培養載具上形成不同形變牽拉之差別週期形變牽拉之細胞培養系統。

機械力的刺激對細胞的生長分化扮演重要的角色，在正常生理狀態下，許多細胞都承受重複的應力，例如心血管內皮細胞、神經元、髓鞘細胞、肌腱以及肌肉細胞等，而超過正常生理的重複應力是導致很多組織病變的重要原因之一。

慢性肌腱病變(Tendinosis Tendinosis Tendinosis Tendinosis Tendinosis)為肌腱反覆過度的使用，或者肌腱受傷得不到完整的康復，使得肌腱產生慢性發炎及退化現象，造成常見原因除了同部位肌腱的過度使用、外力創傷、骨關節錯位與脫臼也容易導致肌腱病變。

在進行研究慢性肌腱病變時，於組織工程研究中，需透過「機械應力誘發模型」，其機械應力誘發細胞模型主要利用機械應力方式，控制不同拉伸頻率、拉伸時間以及形變量的條件下，對肌腱細胞做連續拉伸，以模擬慢性肌腱病變，研究此情況下肌腱細胞受到機械應力刺激後的反應、細胞介質的變化，進一步可測試投予不同治療藥物之結果。

而組織工程的研究中，許多細胞的培養需要模擬正常生理環境，給予周期性的應力，細胞才能正確分化；而超過正常生理的應力則可以模擬組織病變的情形，過去的實驗設計對培養細胞的牽拉一次只能施以一種形變量，若要比較不同形變量的牽拉，就必須在不同時間進行兩次細胞實驗，進而無法控制所有變因，且由於細胞實驗變異極大，必須能嚴格控制變因才能進行有效的病生理研究。

為了解決上述之問題，故而開發出本發明之一種對培養載具，其同時可進行不同形變牽拉之差別週期形變牽拉之細胞培養系統。

本發明之目的，在於提供一種差別週期形變牽拉之細胞培養系統，在一個細胞培養載具上同時進行細胞不同形變牽拉之培養，以避免在不同時間進行多次細胞實驗，所產生無法控制之變因。

為達上述目的，其技術手段在於該差別週期形變牽拉之細胞培養系統係具有一滑動裝置、一乘載裝置以及供應該滑動裝置所需電源之一電源單元，該滑動裝置為一盒體，其具有一伺服馬達，當該伺服馬達啟動後帶動與之連接之一滑動螺桿水平滑動，進一步帶動一與該滑動螺桿相連接之可移動支撐裝置於一滑動軌道上水平滑動，而該乘載裝置容置於該可移動支撐裝置以及一固定部間，當該滑動裝置啟動時，透過該滑動螺桿之水平移動，將對該乘載裝置做一定距離的牽拉，而該乘載裝置具有不同厚度之複數培養隔間，可承受不同機械應力，進一步可在一個該乘載裝置上同時進行不同細胞形變牽拉之培養。

10‧‧‧滑動裝置

11‧‧‧伺服馬達

12‧‧‧滑動螺桿

13‧‧‧可移動支撐裝置

131‧‧‧固定柱

14‧‧‧滑動軌道

15‧‧‧固定部

151‧‧‧固定柱

16‧‧‧容置空間

20‧‧‧電源單元

21‧‧‧控制介面

30‧‧‧乘載裝置

31‧‧‧培養隔間

32‧‧‧孔洞

A‧‧‧厚隔間列

B‧‧‧薄隔間列

40‧‧‧上蓋

50‧‧‧細胞培養箱

51‧‧‧隔間

第1圖為本發明之整體示意圖。

第2圖為本發明之使用示意圖。

第3圖為本發明之俯視圖。

第4圖為本發明之乘載裝置示意圖。

第5圖為本發明之作動示意圖。

第6圖為本發明之乘載裝置形變示意圖。

第7圖為本發明之實施例基因表示示意圖。

為便於 貴審查委員能對本發明之技術手段及運作過程有更進一步之認識與瞭解，茲舉例配合圖式，詳細說明如下。

請參閱第1、2圖所示，本發明有關一種差別週期形變牽拉之細胞培養系統，係包括：一滑動裝置10、一電源單元20以及一承載裝置30，該滑動裝置10為一盒體，與該電源單元20電性連接，該電源單元20提供該滑動裝置10所需之電源，而該電源單元20上具有一控制介面21，藉以調整輸出之功效，而該承載裝置30為一種細胞培養載具，並可拆掉地容置於該滑動裝置10內，而複數上蓋40覆蓋於該滑動裝置10上，用以避免污染該承載裝置30內所培養的細胞，進一步將該滑動裝置10置於一細胞培養箱50內之隔間51中進行細胞培養。

請參閱第3圖所示，該滑動裝置10係包括：一伺服馬達11、一滑動螺桿12、一可移動支撐裝置13、至少一滑動軌道14、一固定部15以及一容置空間16，其中該伺服馬達11之一端與該電源單元20電性連接，透過該電源單元20上具 有之該控制介面21控制該伺服馬達11之作動頻率，該伺服馬達11之另一端連接該滑動螺桿12，透過該伺服馬達11帶動該滑動螺桿12之來回作動，該可移動支撐裝置13連接於該滑動螺桿12之另一端，藉由該滑動螺桿12之來回作動，令該可移動支撐裝置13於該滑動軌道14上水平滑動，於該滑動裝置10之另一端，相對該可移動支撐裝置13具有該固定部15，而該可移動支撐裝置13以及該固定部15上分別設有複數固定柱131、151，又，該可移動支撐裝置13以及該固定部15間具有一容置空間16，用以容置該乘載裝置30(請參閱第1圖所示)。

請參閱第4、5圖所示，該乘載裝置30為一種細胞培養乘載裝置，其具有複數培養隔間31，用以容置細胞，而該乘載裝置30之兩側邊設有複數與該等固定柱131、151相配合之孔洞32，將該等固定柱131、151貫穿該等孔洞32，令該乘載裝置30穩固容置在該容置空間16內(請參閱第3圖所示)；又，該等培養隔間31底部具有不同厚度，當該滑動裝置10透過該滑動螺桿12對該乘載裝置30做一定距離的牽拉時，不同厚度底面的該等培養隔間31可以達到不同的形變量比例；本發明之該乘載裝置30之具有兩列不同厚度底面的隔間，即一厚隔間列A以及一薄隔間列B。

請參閱第5、6圖所示，透過該電源單元20啟動該伺服馬達11，帶動該滑動螺桿12水平來回作動，進一步帶動該可移動支撐裝置13在該滑動軌道14上水平滑動，而設於該等固定柱131、151上之該乘載裝置30，藉由該可移動支撐裝置13之滑動產生機械應力，對源自肌腱細胞做連續拉伸，在該滑動裝置10作動時該厚隔間列A的形變量較低，反之該薄隔間列B的形變量較高，於本發明中該厚隔間列A與該薄隔間列B的形變量比為1：2，如此達到在一個該乘載裝置30 上同一來源、相同條件下的同一群細胞，以在不同形變量的牽拉下表現，產生多種疾病的病生理模組。

實施例

本實施例中利用本發明之差別週期形變牽拉之細胞培養系統，於該等培養隔間31培養肌腱細胞，經0.5赫茲頻率、4%以及8%形變連續拉伸數小時後比較肌腱細胞各肌腱病變標靶基因(Collagen type I、Collagen type III、Collagen type III/Collagen type I、PPARr、Runx2以及Sox-9)之表現量，本實施例中使用髕骨肌腱細胞(Patella Tendon-Derived Cell，簡稱PTDC)，因本發明之該乘載裝置30具有兩列厚度不同之隔間，因此，在相同頻率作用下該厚隔間列A的形變量為4%，而該薄隔間列B的形變量為8%。

請參閱第6、7圖所示，在4%形變(厚隔間列A)連續拉伸8小時後，Collogen type I的表現量高於的表現量高於未拉伸組(即控制組)，而在Collogen type III、PPARr、Runx2、Sox9等基因表現量與未拉伸組別比較，則沒有顯著的差異；在8%形變(厚隔間列B)連續拉伸8小時的條件之下，體骨肌腱細胞在Collagen type III/I表現量上升，代表肌腱細胞胞外基質分泌異常，而在PPARr、Runx2、Sox-9的表現量皆遠高於未拉伸組別，代表肌腱細胞產生硬骨化、軟骨化以及脂肪化的現象，即為慢性肌腱病變的細胞模型。

請再參閱第7圖所示，從標靶基因的表現量可知髕骨肌腱細胞在本發明之差別週期形變牽拉之細胞培養系統的培養下，形成慢性肌腱病變的細胞模型，且透過該乘載裝置30之兩列不同厚度，達到在一個該乘載裝置30上可進行兩種機械應力實驗，進而同時產生實驗結果，避免習知技術在不同時間進行兩次細胞實驗，所產生之無法控制之變因。

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；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (4)

1. 一種差別週期形變牽拉之細胞培養系統，包括：一滑動裝置，該滑動裝置為一盒體，可容置於一細胞培養箱中進行細胞培養；一伺服馬達，設於該滑動裝置內；一滑動螺桿，一端與該伺服馬達連接，當該伺服馬達被啟動時，帶動該滑動螺桿水平來回作動；一可移動支撐裝置，與該滑動裝置之另一端連接，當該滑動裝置水平來回作動時，帶動該可移動支撐裝置水平滑動；一滑動軌道，其設於該可移動支撐裝置底部，令該可移動支撐裝置滑順地水平滑動；一固定部，設於該滑動裝置內，且位於該可移動支撐裝置之另一側，與該可移動支撐裝置間形成一容置空間；一電源單元，與該滑動裝置電性連接，用以提供該伺服馬達所需之電源；以及一承載裝置，係為一種細胞培養載具，可拆卸地容置於該滑動裝置之容置空間內，具有複數用以培養細胞之培養隔間，其底部具有不同厚度，分別為一厚隔間列以及一薄隔間列，當該滑動裝置作動時，該等培養隔間可以接受機械應力達到不同的形變量比例。
2. 如申請專利範圍第1項所述之差別週期形變牽拉之細胞培養系統，其中該可移動支撐裝置相對該滑動螺桿之另一側設有複數固定柱，該固定部相對該可移動支撐裝置之一側設有與該等固定柱數量相同之固定柱。
3. 如申請專利範圍第2項所述之差別週期形變牽拉之細胞培養系統，其中該等固定柱係貫穿該承載裝置兩側邊所設有之複數孔洞，藉以將該承載裝置固定於該滑動裝置上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之差別週期形變牽拉之細胞培養系統，其中該滑動裝置上覆蓋有複數可拆卸之上蓋，避免污染該承載裝置內所培養的細胞。