[發(fā)明專利]一種神經(jīng)軸突牽拉生長(zhǎng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410403385.6
• 申請(qǐng)日: 2014-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104178422A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李肖;徐琦;何際平;陳芳;汪圓圓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M3/00
• 分類號(hào): C12M3/00;C12M1/42;C12M1/36
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種神經(jīng)軸突牽拉生長(zhǎng)裝置。

背景技術(shù)

據(jù)美國(guó)國(guó)家脊髓損傷統(tǒng)計(jì)中心2011年公布的數(shù)據(jù)，當(dāng)前美國(guó)約存活265,000例脊髓損傷病人，平均每年新增約12,000例脊髓損傷病人。在中國(guó)，每年新增約6萬(wàn)脊髓損傷患者。目前臨床治療脊髓損傷方法主要包括手術(shù)、藥物治療和長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)康復(fù)等。然而，神經(jīng)組織的大量損失及再生功能的衰竭，使得當(dāng)前治療手段非常有限。現(xiàn)階段，臨床上主要是通過(guò)自體神經(jīng)移植來(lái)進(jìn)行神經(jīng)修復(fù)，不僅能夠填充損傷缺陷，而且能夠給截?cái)嗌窠?jīng)的近端末梢延伸提供一個(gè)內(nèi)在導(dǎo)向，但是，自體神經(jīng)由于來(lái)源受限、直徑細(xì)小等原因根本無(wú)法滿足修復(fù)大量損壞神經(jīng)的需求，而且被截取后的神經(jīng)會(huì)永久的失去功能，并有形成神經(jīng)瘤的風(fēng)險(xiǎn)。

近年來(lái)，通過(guò)神經(jīng)細(xì)胞體外培養(yǎng)或干細(xì)胞誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞再生成為神經(jīng)再生與神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，體外培育的神經(jīng)組織往往因?yàn)樯L(zhǎng)方向雜亂無(wú)章，進(jìn)行移植后，機(jī)體功能恢復(fù)仍然比較少。如何讓神經(jīng)向有助于功能恢復(fù)的方向生長(zhǎng)一直制約著神經(jīng)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代生物研究表明，力學(xué)因素對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化及增殖起著至關(guān)重要的作用。此外，已有大量文獻(xiàn)表明，電刺激可有效地進(jìn)行神經(jīng)調(diào)控，加速神經(jīng)再生與功能修復(fù)。因此，本研究涉及的神經(jīng)軸突牽拉生長(zhǎng)裝置可對(duì)培養(yǎng)的神經(jīng)軸突實(shí)施機(jī)械牽拉和電刺激，促進(jìn)神經(jīng)軸突的定向、快速生長(zhǎng)，為神經(jīng)再生和功能修復(fù)提供先進(jìn)的組織工程手段。

中國(guó)發(fā)明專利200910009465.2公開(kāi)一種對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行循環(huán)牽拉的牽引器。該裝置通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)皿支架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)固定在支架上的細(xì)胞培養(yǎng)皿產(chǎn)生動(dòng)力性牽拉，間接牽拉貼壁細(xì)胞。該裝置主要用于研究肌腱細(xì)胞在循環(huán)載荷下生物學(xué)改變，其控制系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性較差，不滿足神經(jīng)軸突持續(xù)牽拉生長(zhǎng)的要求。

中國(guó)發(fā)明專利201010583804.0公開(kāi)了一種用于細(xì)胞牽拉刺激的高通量培養(yǎng)裝置。該裝置使用嵌有硅膠膜的雙層有機(jī)玻璃孔板結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用單一壓力源對(duì)硅膠膜上所有細(xì)胞培養(yǎng)單元同時(shí)施加周期性壓力，從而對(duì)細(xì)胞牽拉實(shí)現(xiàn)控制。該裝置不僅可以精細(xì)調(diào)節(jié)薄膜拉伸量、實(shí)現(xiàn)周期性牽拉，而且還可以直接在倒置顯微鏡下觀察。但該方法主要依靠硅膠材料的形變來(lái)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行重復(fù)牽拉，使得牽拉長(zhǎng)度有限。而人體的神經(jīng)修復(fù)，往往需要數(shù)厘米的神經(jīng)組織，因此采用硅膠材料形變進(jìn)行牽拉，無(wú)法培育足夠長(zhǎng)度的神經(jīng)軸突，同時(shí)該專利未涉及刺激電極的放置，無(wú)法實(shí)施神經(jīng)電刺激。

中國(guó)發(fā)明專利201110392367.9公開(kāi)了一種牽張-電聯(lián)合刺激三維細(xì)胞培養(yǎng)裝置。該裝置采用牽張力刺激與電刺激聯(lián)合加載，將三維細(xì)胞培養(yǎng)物置于牽張刺激與電刺激的聯(lián)合作用下，模擬體內(nèi)細(xì)胞生存環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)及分化，構(gòu)建出具有特定功能的組織。但該裝置無(wú)法控制神經(jīng)軸突生長(zhǎng)的長(zhǎng)度、方向、速度，不能滿足神經(jīng)再生與神經(jīng)修復(fù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種神經(jīng)軸突牽拉生長(zhǎng)裝置，可以在較短時(shí)間培養(yǎng)大量長(zhǎng)度合適、排列規(guī)律的神經(jīng)束，用于神經(jīng)修復(fù)，以解決以往自體神經(jīng)修復(fù)來(lái)源有限和直徑大小難以匹配的問(wèn)題。本發(fā)明還提供了該裝置的控制系統(tǒng)，可控制軸突牽拉的速度、步長(zhǎng)、時(shí)間，可控制多只獨(dú)立的細(xì)胞牽拉生長(zhǎng)裝置同時(shí)工作。

為達(dá)到上述目的，該發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，神經(jīng)軸突牽拉生長(zhǎng)裝置由培養(yǎng)與牽拉控制系統(tǒng)和機(jī)械裝置兩部分組成。其中，培養(yǎng)與牽拉控制系統(tǒng)包括有細(xì)胞培養(yǎng)箱、上位機(jī)、控制器和步進(jìn)電機(jī)，機(jī)械裝置包括有連接步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)軸器、滾珠絲桿直線滑臺(tái)、牽拉連接塊、細(xì)胞牽拉生長(zhǎng)裝置、裝置支撐架、底座。

細(xì)胞牽拉生長(zhǎng)裝置設(shè)于裝置支撐架上，連同步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲桿線性滑臺(tái)固定在底座上，底座放置于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)，保證37℃溫度、95％相對(duì)濕度和5％二氧化碳的培養(yǎng)條件。細(xì)胞培養(yǎng)箱設(shè)有一個(gè)與外界相通的孔道，用于通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)據(jù)線連接控制器，優(yōu)選地，所述孔道位于細(xì)胞培養(yǎng)箱后側(cè)，孔道與數(shù)據(jù)線連接處采用硅膠密封。

細(xì)胞牽拉生長(zhǎng)裝置包括：培養(yǎng)座、蓋子、牽拉桿、支撐桿、支撐塊、牽拉塊、玻璃片、牽拉膜和底膜。培養(yǎng)座為一體化長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，其中，支撐塊和牽拉塊位于培養(yǎng)座中部，牽拉桿位于培養(yǎng)座的端部中央，支撐桿穿過(guò)支撐塊設(shè)于培養(yǎng)座的兩側(cè)，底膜涂上硅膠粘附于培養(yǎng)座底部槽內(nèi)，玻璃片粘附于培養(yǎng)座兩側(cè)凹槽內(nèi)，高度略低于培養(yǎng)座兩側(cè)高度且可調(diào)。