[發明專利]一種剪切力-均勻電場聯合刺激的細胞培養裝置

無效

• 申請號: 201110418862.2
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102533547A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 樊瑜波;李萍;宋崴;劉李珍;賈璐;劉成國
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 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

技術領域

本發明涉及細胞工程和組織工程領域，特別是將力學環境與均勻電場環境聯合作用于細胞的培養裝置。

背景技術

在組織工程中，細胞、組織的體外功能化培養已成為組織工程的核心，也是形成組織工程產業的必要技術基礎。而提供與體內細胞生存條件相近似的或盡可能有利的體外生長環境，對于細胞、組織的三維培養和功能化至關重要。其中，機械力、電場等物理影響因子在其中起著不可忽視的作用。

力學環境對器官、組織、細胞甚至亞細胞等各個層次的生命活動都有重要的影響。如血流產生的剪切力，直接作用于內皮細胞，對內皮細胞形態、結構和功能均產生影響，有別于靜態培養情況。內皮細胞在剪切力作用下細胞面積和長軸逐漸增加，長軸沿流向排列；剪切力能激活內皮細胞整合素、鉀離子、鈣離子通道等將機械信號轉化為生化信號，從而促進內皮細胞黏附及分泌等；剪切力能夠誘導人內皮細胞凋亡抑制蛋白表達，從而抑制內皮細胞凋亡，發揮抗動脈粥樣硬化作用。細胞間隙液流體剪切力可有助于骨細胞感知細胞周圍機械環境變化，在機械力信號傳導中發揮重要的作用，從而影響骨細胞活化、骨細胞礦物動態平衡和礦化等。牽張力可調節成骨細胞的增殖、分化、礦化，這種調節表現出對牽張力大小的依賴性。低剪切力可激活血管平滑肌細胞的C-fos和C-myc基因，調節轉錄，從而調節剪切力-血管平滑肌細胞的信號轉導通路，進而影響血管平滑肌細胞的增殖和凋亡。

內源性生理性電場廣泛存在于活體組織器官，對細胞行為具有明顯的影響，外源性的電場對細胞功能也具有明顯的影響。一定強度的電場刺激可影響血管內皮細胞的增殖能力。用電容耦合電場治療小鼠脊椎骨骨質疏松，發現電場可逆轉骨質疏松。電場可促進體外培養的成骨細胞的增殖和骨生長因子如骨形成蛋白、β轉化生長因子、胰島素樣生長因子II的形成。在心肌細胞培養過程中，加載脈沖直流電場，發現肌原纖維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，心肌細胞形態變為狹長且平行于電場方向排列，可見閏盤，相鄰心肌細胞間建立縫隙連接，呈電-機械偶聯。無電場作用時，心肌細胞上述特征標記表達很低。有實驗顯示，對缺血性心肌病心力衰竭患者在絕對不應期施加脈沖直流電場，可加強心室整體的收縮功能，提高射血分數。

由以上可知，力刺激或電場刺激的分別加載，能夠對細胞的生長產生影響。單一的力刺激和單一的電場刺激對于維持細胞正常功能、促進細胞分化及分泌等已經被廣泛研究。目前已經有研究者開始考慮將這兩種因素的綜合影響應用在組織、細胞的培養中。已有的電場加載方式中，采用的電極體系多為針電極-針電極、棒電極-棒電極等，而有的電極體系不能提供均勻的電場環境，如針電極-板電極體系。在我們的先期研究中，在剪切力加載裝置中采用了針電極-板電極，不能提供均勻電場和剪切力刺激同時加載。國內至今也還未發現可同時對細胞加載剪切力和均勻電場刺激的培養裝置。本發明提供一種能同時加載剪切力刺激和均勻電刺激的細胞培養裝置。

發明內容

體外環境與體內環境相差甚遠，模擬體內細胞的生長環境，促進細胞的生長和分化，對推動細胞和組織工程快速發展有深遠的影響，本發明提供了一種剪切力-均勻電場聯合刺激的細胞培養裝置。

本發明的目的是為了解決現有方法不能模擬體內細胞處于剪切力、電刺激同時存在的物理微環境的技術問題，提出一種剪切力-均勻電場聯合刺激細胞培養裝置，將細胞置于剪切力刺激與電刺激的聯合作用下，模擬體內細胞生存環境，促進細胞的生長及分化，構建出具有特定功能的細胞或組織。

本發明為一種剪切力-均勻電場聯合刺激的細胞培養裝置，包括動物細胞培養箱、信號發生器，以及設置在動物細胞培養箱內部的蠕動泵、上游儲液瓶、下游儲液瓶、三通、空氣濾器和平板流動腔。

蠕動泵、上游儲液瓶、下游儲液瓶、三通和空氣濾器共同構成培養液灌流系統，用于為平板流動腔內的細胞生長提供循環的細胞培養液從而施加剪切力；信號發生器有正極和負極兩個電極，正極通過電極線與平板流動腔的下平板電極相連，負極通過電極線與平板流動腔的上平板電極相連，為平板流動腔內的細胞生長提供均勻的電場刺激；平板流動腔，用于提供細胞生長所需的空間。