[發(fā)明專利]一種雙腔三維灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310573939.2
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103614296A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪洋;張啟瑜;朱椰凡;周蒙滔;吳建波
• 申請（專利權(quán)）人: 汪洋;張啟瑜
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M3/06
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 吳繼道

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于生物工程設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及細(xì)胞在三維支架內(nèi)生長分化的雙腔三維灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在生命科學(xué)研究領(lǐng)域及醫(yī)療領(lǐng)域中，細(xì)胞培養(yǎng)方式有多種，按培養(yǎng)的維度分類基本可歸為二維及三維培養(yǎng)方式。二維培養(yǎng)方式中，如玻璃或者塑料的培養(yǎng)瓶、培養(yǎng)皿，需要提供一個平面供細(xì)胞附著生長，通過對平面材料的類別和接觸面的修飾來提供細(xì)胞更好的生長環(huán)境，同樣通過倒置顯微鏡及普通顯微鏡可以很便捷的觀察細(xì)胞的生長狀態(tài)。但正常細(xì)胞在人體和動物體內(nèi)都是在三維環(huán)境內(nèi)生長，有些細(xì)胞無法粘附任何平面生長，因此在體外為細(xì)胞提供一種三維的環(huán)境進(jìn)行培養(yǎng)更符合細(xì)胞的正常生理狀態(tài)，有助于更好的模擬體內(nèi)的相應(yīng)生長過程。

三維培養(yǎng)在目前技術(shù)領(lǐng)域中有多種形式，如：（1）在二維培養(yǎng)平面的基礎(chǔ)上，在平面上方加用一層膠原蛋白基質(zhì)成分，使細(xì)胞在基質(zhì)的三維環(huán)境內(nèi)生長，也可通過人工材料制作三維支架，結(jié)合灌流系統(tǒng)進(jìn)行培養(yǎng)；（2）通過各種形狀的旋槳的擺動和旋轉(zhuǎn)提供動力，使細(xì)胞懸浮于培養(yǎng)液體的三維環(huán)境內(nèi)生長，也有通過一些人工材料將單個或者多個細(xì)胞微囊化，來為細(xì)胞提供附著面和細(xì)胞間的接觸；（3）通過離心力原理來制造一種無重力的環(huán)境，使細(xì)胞能三維空間里向各個方向生長。

上述細(xì)胞三維培養(yǎng)方式中的通過三維支架結(jié)合灌注系統(tǒng)進(jìn)行培養(yǎng)的方式，如公告號為CN?1288235C的專利文件所公開的《一種旋轉(zhuǎn)灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)》，其包括生物反應(yīng)器，該生物反應(yīng)器包括底座，底座上設(shè)有反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器中填充有培養(yǎng)液以及固設(shè)有三維支架，該反應(yīng)容器通過灌注系統(tǒng)將培養(yǎng)液注入反應(yīng)容器中，該反應(yīng)容器兩端通過半透膜進(jìn)行生物反應(yīng)器內(nèi)外的氣體交換。該旋轉(zhuǎn)灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)，可以很好的改善細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞在三維支架上的分布更均勻，促進(jìn)氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)向支架內(nèi)部輸送，保持支架內(nèi)部細(xì)胞的活性和功能的發(fā)揮，實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)外氣體實時交換，保證培養(yǎng)液中氧氣和二氧化碳的含量基本穩(wěn)定，維持生理性PH值，為細(xì)胞代謝和功能發(fā)揮提供更有利的微環(huán)境。上述生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)液為了促進(jìn)細(xì)胞的生長和分化，一般包括普通營養(yǎng)培養(yǎng)液和誘導(dǎo)培養(yǎng)因子，普通營養(yǎng)培養(yǎng)液一般包括基本養(yǎng)分如糖分、氨基酸、微量元素等以維持細(xì)胞的生長和增殖，還包括緩沖液以調(diào)節(jié)適宜的生理PH值，而誘導(dǎo)培養(yǎng)因子則作為細(xì)胞生長分化的關(guān)鍵成分發(fā)揮作用，但因其較難獲得和產(chǎn)量低下而異常昂貴。由于上述生物反應(yīng)器只具有一個反應(yīng)容器，則必須將生長培養(yǎng)液和誘導(dǎo)培養(yǎng)因子均混合在同一個反應(yīng)容器中，一次培養(yǎng)的所需誘導(dǎo)培養(yǎng)因子用量很大；普通營養(yǎng)培養(yǎng)液較為便宜，為滿足細(xì)胞生長，培養(yǎng)液需要經(jīng)常性的更換，每次隨著普通營養(yǎng)培養(yǎng)液的更換，誘導(dǎo)培養(yǎng)因子也隨之流失，如此培養(yǎng)，所花費的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種雙腔三維灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)，該雙腔三維灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)通過雙腔結(jié)構(gòu)和透析膜組件的設(shè)計大大提高誘導(dǎo)培養(yǎng)因子的利用率，降低培養(yǎng)成本，比起現(xiàn)有技術(shù)中的三維灌注式培養(yǎng)更經(jīng)濟(jì)實惠。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙腔三維灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)，包括生物反應(yīng)器，生物反應(yīng)器中設(shè)有三維支架，生物反應(yīng)器連接有灌注裝置，其特征在于：所述生物反應(yīng)器包括供普通營養(yǎng)培養(yǎng)液填充的第一容腔，以及供誘導(dǎo)培養(yǎng)因子填充的第二容腔，第一容腔和第二容腔之間設(shè)有可供分子量小于誘導(dǎo)培養(yǎng)因子中誘導(dǎo)細(xì)胞因子的成分通過的透析膜組件，所述三維支架位于所述第二容腔中。

上述結(jié)構(gòu)中，雙腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得普通營養(yǎng)培養(yǎng)液和誘導(dǎo)培養(yǎng)因子被分置于兩個腔中，并通過雙腔之間的透析膜組件使得細(xì)胞生長增殖所需的養(yǎng)分可以在兩腔中隨時交換，而誘導(dǎo)培養(yǎng)因子中的誘導(dǎo)細(xì)胞因子等大分子物質(zhì)則被隔離在第二容腔中；當(dāng)更換普通營養(yǎng)培養(yǎng)液時可以保留誘導(dǎo)培養(yǎng)因子，大大減少了誘導(dǎo)細(xì)胞因子的用量，提高了其有效利用率，大大降低了培養(yǎng)成本。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述三維支架中設(shè)有微孔或微管道，所述微孔或微管道匯合形成兩條進(jìn)出管道分別為動脈進(jìn)液管和靜脈出液管，所述動脈進(jìn)液管和靜脈出液管分別與所述灌注裝置連接形成三維支架的內(nèi)部液體循環(huán)機(jī)構(gòu)。