[發(fā)明專利]一種剪切力-電刺激平行方向聯(lián)合加載的細(xì)胞培養(yǎng)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110418861.8
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102559492A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊瑜波;李萍;王夢航;賈璐;劉成國;宋彥輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種剪切力-電刺激平行方向聯(lián)合加載的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，屬于細(xì)胞工程和組織工程技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

在組織工程中，細(xì)胞、組織的體外功能化培養(yǎng)已成為組織工程的核心，也是形成組織工程產(chǎn)業(yè)的必要技術(shù)基礎(chǔ)。而提供與細(xì)胞體內(nèi)生存條件相似的體外生長環(huán)境，對于細(xì)胞、組織的三維培養(yǎng)及其功能化至關(guān)重要。其中，機(jī)械力、電場等物理影響因子在其中起著不可忽視的作用。?

力學(xué)環(huán)境對器官、組織、細(xì)胞甚至亞細(xì)胞等各個層次的生命活動都有重要的影響。細(xì)胞間隙液流體剪切力有助于骨細(xì)胞感知細(xì)胞周圍機(jī)械環(huán)境變化，在機(jī)械力信號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要的作用，從而影響骨細(xì)胞活化、骨細(xì)胞礦物動態(tài)平衡和礦化等。流動剪切力可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖、分化、礦化，這種調(diào)節(jié)表現(xiàn)出對流動剪切力大小的依賴性。低剪切力可激活血管平滑肌細(xì)胞的C-fos和C-myc基因，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)剪切力-血管平滑肌細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而影響血管平滑肌細(xì)胞的增殖和凋亡。在剪切力作用下內(nèi)皮細(xì)胞的面積和長軸長度逐漸增加，長軸沿流向排列；剪切力能激活內(nèi)皮細(xì)胞整合素、鉀離子、鈣離子通道等，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為生化信號，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞黏附及分泌等；剪切力還能夠誘導(dǎo)人內(nèi)皮細(xì)胞凋亡抑制蛋白的表達(dá)，從而抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。?

內(nèi)源性生理性電場廣泛存在于活體組織器官，對細(xì)胞行為具有明顯的影響。有研究發(fā)現(xiàn)脈沖電場可影響不同種群和同種群不同部位來源的內(nèi)皮細(xì)胞。電刺激可以引起內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、趨陰遷徙，同時伴隨細(xì)胞分泌物釋放的增加，從而調(diào)節(jié)血管張力和血管平滑肌細(xì)胞的生長，介導(dǎo)血管收縮和舒張。電場可促進(jìn)體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞增殖和骨生長因子如骨形成蛋白、β轉(zhuǎn)化生長因子、胰島素樣生長因子II的形成。在對骨骼肌的電刺激研究時發(fā)現(xiàn)，頻率為10Hz的電刺激可使骨骼肌中血管內(nèi)皮生長因子mRNA及蛋白表達(dá)增加。在心肌細(xì)胞培養(yǎng)過程中，加載脈沖直流電場，發(fā)現(xiàn)肌原纖維α-肌動蛋白、間隙連接蛋白43、α-肌球蛋白重鏈及β-肌球蛋白重鏈呈高水平表達(dá)，心肌細(xì)胞形態(tài)變?yōu)楠M長且平行于電場方向排列，可見閏盤，相鄰心肌細(xì)胞間建立縫隙連接，呈電-機(jī)械偶聯(lián)。無電場作用時，心肌細(xì)胞上述特征標(biāo)記表達(dá)很低。?

由以上可知，力刺激或電場刺激的分別加載，能夠?qū)?xì)胞的生長產(chǎn)生重要影響。單一的力刺激和單一的電場刺激對于維持細(xì)胞正常功能、促進(jìn)細(xì)胞分化及分泌等的作用已經(jīng)被廣泛?研究。目前已經(jīng)有研究者開始考慮將這兩種因素綜合應(yīng)用在組織、細(xì)胞的培養(yǎng)中。國內(nèi)至今也還未發(fā)現(xiàn)可同時對細(xì)胞加載剪切力和電刺激的培養(yǎng)裝置。在我們的先期研究中，剪切力加載裝置中采用了針電極-板電極及板電極-板電極體系，能提供剪切力刺激和電刺激聯(lián)合加載，但剪切力方向與電刺激方向均為垂直加載方式。本發(fā)明提供一種能同時加載剪切力刺激和電刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，且剪切力與電刺激為平行方向的加載方式。?

本發(fā)明中的金屬電極寬度為細(xì)胞培養(yǎng)基底寬度的2-3倍，在加載電刺激時，易于在細(xì)胞培養(yǎng)器的平行板流動腔內(nèi)形成均勻的電場，保證細(xì)胞所受到的電刺激為均勻電場。在已有報道中的單一電刺激加載培養(yǎng)裝置中隨著時間推移會在電極周圍造成有害電解產(chǎn)物的累積，隨著培養(yǎng)基的流動對細(xì)胞活力產(chǎn)生負(fù)面影響，本發(fā)明在培養(yǎng)細(xì)胞的平行板流動腔兩側(cè)設(shè)置了充滿培養(yǎng)液的儲液槽，將金屬電極放置在槽體的兩側(cè)，增大了電極與培養(yǎng)的細(xì)胞之間的距離，可以有效地緩解電解質(zhì)對細(xì)胞活力的影響，改善細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境。?

發(fā)明內(nèi)容

體外環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，模擬體內(nèi)細(xì)胞的生長環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的生長和分化，對推動細(xì)胞和組織工程快速發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響，本發(fā)明提供了一種剪切力-電刺激平行方向聯(lián)合加載的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。?

本發(fā)明為解決現(xiàn)有方法不能模擬體內(nèi)細(xì)胞處于剪切力、電刺激同時存在的物理微環(huán)境的技術(shù)問題，提出一種剪切力-電刺激平行方向聯(lián)合加載的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，采用剪切力刺激與電刺激聯(lián)合加載，將細(xì)胞置于剪切力刺激與電刺激平行加載下，模擬體內(nèi)細(xì)胞生存環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的生長及分化，構(gòu)建出具有特定功能的細(xì)胞或組織。?

本發(fā)明為一種剪切力-電刺激平行方向聯(lián)合加載的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括動物細(xì)胞培養(yǎng)箱、信號發(fā)生器、蠕動泵及設(shè)置在動物細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)部的上游儲液瓶、下游儲液瓶、三通、空氣濾器和細(xì)胞培養(yǎng)器。?

動物細(xì)胞培養(yǎng)箱兩側(cè)分別設(shè)有一個與外界相通的孔道，信號發(fā)生器的電極線與蠕動泵的硅膠管分別通過孔道與細(xì)胞培養(yǎng)器相連。培養(yǎng)箱提供細(xì)胞生長所需的二氧化碳、溫度和濕度環(huán)境。?