[發明專利]一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置

在審

• 申請號: 201310414782.9
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103525700A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李萍;樊瑜波;牛旭鋒;劉美麗;田豐
• 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

本發明涉及一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，屬于細胞工程和組織工程技術領域。

背景技術

細胞培養是組織工程研究的重要方面，在保持細胞正常生理功能的前提下，如何經濟、穩定、高密度地獲得大量細胞，成為組織工程研究的重點之一。細胞在體內受到多種因素的影響，如應力、微電流、生長因子等，這些因素對細胞的生長有著重要的影響。適合的物理刺激如力刺激或電刺激可以對細胞的增殖、分化及代謝等方面產生促進作用。

力學環境的調控在細胞、組織工程培養過程中起著關鍵性作用，對其施加一定的剪切力，可以保持和進一步發揮細胞的功能。研究表明剪切力作用后，大鼠成骨細胞增殖能力提高，細胞活性增強（吳丹等，2007），細胞骨架上的交聯蛋白、α-肌動蛋白和細絲蛋白的含量顯著增加，同時在流體剪切力作用后它們在細胞內鋪展得更開（Wesley?M?et?al.,2008)；適合的流體剪切力可以促進成骨細胞內力敏感基因的表達及相關蛋白的合成，如即早基因、促炎癥基因（Celil?A?B?et?al.,2007)、骨橋蛋白（Ponik?S?M?et?al.,2007)等，有助于基質礦化與骨重建。旋轉剪切力也能夠顯著促進平滑肌細胞的增殖（Haga?M,Yamashita?A?et?al.,2003）。

除了復雜的力學環境，電學環境也是體內細胞生長的重要微環境之一。通過模擬體內細胞、組織生長所處的電學微環境，能使細胞快速、優質擴增。使用導電聚吡咯作為培養基質材料對神經細胞PC-12等進行培養，實驗表明加電刺激比不加電刺激神經節要增長近一倍（Schmidt?CE,et?al.,1997;Ze?Zhang,et?al.,2007）；通過1V、5V、10V和15V的脈沖電壓（頻率20Hz，脈沖寬度0.4ms)對成骨細胞進行刺激，發現細胞增殖狀況有了顯著的提升（Ercan?B,et?al.,2008)；電刺激能夠顯著增大成骨細胞在納米材料表面的延伸率，對骨再生和骨折治療具有潛在應用價值（Shijun?Shao,et?al.,2011)。

由上可知，分別加載力刺激或電刺激，能促進細胞的生長。但細胞本身處于力、電刺激同時存在的環境，對于維持細胞正常功能、分化、分泌等都是非常重要的。而現有的細胞、組織培養方法很多都沒有結合這兩種環境影響。本發明綜合考慮了旋轉剪切力刺激和電刺激這兩種物理刺激因素對細胞生長的影響。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有方法不能對細胞提供旋轉剪切力、電刺激同時存在的物理環境的問題，將細胞置于旋轉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。

本發明的一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，包括細胞培養板、搖床、信號發生器和細胞培養箱；細胞培養板固定在搖床上，并通過電極線與信號發生器連接；搖床放置于細胞培養箱內，信號發生器放置于細胞培養箱外；細胞培養箱兩側分別設有一個與外界相通的孔道，細胞培養箱內的搖床電源線及電極線分別通過孔道與電源及信號發生器連接，細胞培養箱為密封結構，細胞培養箱提供細胞生長所需的二氧化碳、溫度和濕度環境；

所述的細胞培養板內設有兩個金屬電極，即針電極和環形電極，針電極通過細胞培養板頂蓋的小孔垂直插入細胞培養板的培養孔內，環形電極放置在細胞培養板底座上；針電極和環形電極分別與信號發生器的正極、負極連接；

當搖床旋轉時，可對細胞培養板中的細胞加載旋轉剪切力刺激；信號發生器可通過電極對細胞加載電刺激。通過改變信號發生器的電壓或者電流，提供不同大小的電刺激，電刺激為恒電壓、脈沖電壓或者直流微電流等。當搖床與信號發生器同時工作時能對細胞加載旋轉剪切力和電聯合刺激。

本發明的優點在于：

（1）本發明提供的力電聯合刺激加載方式更接近于細胞生長、發育的體內環境，力電聯合作用可改善細胞生長條件，從而促進細胞生長、提高細胞活性；

（2）本發明既可用于細胞、組織培養，也可用于細胞、組織生長研究，并且對細胞體外擴增有積極的意義；

（3）本發明操作簡單，穩定性好，具有較大的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置的結構示意圖；

圖2是本發明細胞培養板的結構示意圖；

圖中：

1-信號發生器??2-電極線?????3-細胞培養板???????4-搖床?????????????5-細胞培養箱