[發(fā)明專(zhuān)利]細(xì)胞及器官體外3?D培養(yǎng)裝置及人工器官培育的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510346955.7
• 申請(qǐng)日: 2015-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104911104B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白蓮花;帥領(lǐng);賴(lài)潔娟;張玉君;賴(lài)向東;張宏宇;別平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院
• 主分類(lèi)號(hào): C12M3/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M3/00;C12M1/36;C12M1/10;C12M1/04;C12N5/071
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置及人工器官的培育方法。

背景技術(shù)

為避免細(xì)胞或組織在二維(2-D)生長(zhǎng)過(guò)程中逐漸失去許多原組織生理特征的弊端，人們發(fā)明了體外三維(3-D)培養(yǎng)。目前采用的體外3-D培養(yǎng)裝置主要采用生物反應(yīng)器(Bioreactor，BR)，是指利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能在體外提供生物活性環(huán)境的裝置系統(tǒng)或工程設(shè)備。根據(jù)培養(yǎng)細(xì)胞、培養(yǎng)載體、培養(yǎng)液混合方式的不同BR主要分為攪拌式、氣體式、中空纖維式、回旋式(空間BR)等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同BR分為旋轉(zhuǎn)技術(shù)結(jié)合普通37℃?5％CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱的箱體結(jié)構(gòu)；循環(huán)培養(yǎng)裝置和普通37℃?5％CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱的箱體結(jié)構(gòu)、循環(huán)培養(yǎng)裝置和普通37℃?5％CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱各自獨(dú)立裝置和循環(huán)培養(yǎng)結(jié)合氣體交換密閉式裝置。此外，與BR配套的輔助技術(shù)還有灌注培養(yǎng)式、微載體式、多孔微球式等。

然而，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，這些BR普遍存在成本高、設(shè)備復(fù)雜等。例如從功能角度攪拌式BR的攪拌槳葉產(chǎn)生的剪切力可對(duì)細(xì)胞造成損傷；中空纖維式BR的培養(yǎng)環(huán)境不均一、培養(yǎng)工藝不易放大、消毒重復(fù)使用困難等；從結(jié)構(gòu)角度分析，結(jié)構(gòu)一裝置造價(jià)昂貴，體積龐大，無(wú)疑增加了對(duì)儀器購(gòu)買(mǎi)及使用的難度；結(jié)構(gòu)二裝置除造價(jià)昂貴，體積龐大外，裝置中3-D培養(yǎng)管是固定存在培養(yǎng)箱中的，不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，無(wú)法很好實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或組織類(lèi)似于人體發(fā)育過(guò)程這樣一個(gè)自然懸空運(yùn)動(dòng)生長(zhǎng)的立體培養(yǎng)功能，導(dǎo)致人工器官功能缺失或發(fā)育不良；結(jié)構(gòu)三裝置中雖然搖擺或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可使細(xì)胞3-D培養(yǎng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，但由于3-D培養(yǎng)管置于培養(yǎng)箱外，大大增加了污染機(jī)率，循環(huán)培養(yǎng)結(jié)合氣體交換密閉式裝置則要求造價(jià)較高的高級(jí)別周?chē)囵B(yǎng)氛圍。

為克服上述問(wèn)題，急需對(duì)現(xiàn)有的培養(yǎng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)的裝置既可模擬胎兒在母體胎盤(pán)羊水發(fā)育過(guò)程中的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，又可進(jìn)行代謝物質(zhì)的循環(huán)交換，既可充分滿(mǎn)足細(xì)胞高密度增值需要，又可保證細(xì)胞高效分泌，為細(xì)胞或器官體外培育提供一個(gè)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、溫和、立體、營(yíng)養(yǎng)全面的3-D生長(zhǎng)微環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞再生和人工器官的生成。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法真實(shí)模擬人體器官生長(zhǎng)微環(huán)境導(dǎo)致人工器官存在發(fā)育不良、功能缺失、培育效率低的問(wèn)題。本發(fā)明的目的之二提供采用上述細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置進(jìn)行人工培育器官的方法。

本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)室、可做復(fù)合運(yùn)動(dòng)的3-D運(yùn)動(dòng)搖箱，以及分別與培養(yǎng)室連通的條件培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)和氣體交換系統(tǒng)，所述培養(yǎng)室通過(guò)彈性部件可拆卸的懸掛于3-D運(yùn)動(dòng)搖箱內(nèi)，還包括設(shè)置在3-D運(yùn)動(dòng)搖箱一側(cè)或兩側(cè)的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述培養(yǎng)室的培養(yǎng)環(huán)境：溫度為37℃；濕度為95～98％；含體積分?jǐn)?shù)為5％CO₂的空氣；酸堿p?H值為7.2-7.4。

進(jìn)一步，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和設(shè)置在兩者之間的多功能連接結(jié)構(gòu)，所述條件培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)及氣體交換系統(tǒng)通過(guò)多功能連接結(jié)構(gòu)與外界連接進(jìn)行培養(yǎng)液及氣體交換。

進(jìn)一步，所述縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括縱向旋轉(zhuǎn)軸和調(diào)速電機(jī)I，所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的一端與3-D運(yùn)動(dòng)搖箱固定，另一端與調(diào)速電機(jī)I的主軸固定。

進(jìn)一步，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括水平旋轉(zhuǎn)架、水平旋轉(zhuǎn)軸和調(diào)速電機(jī)II，所述水平旋轉(zhuǎn)架的一端與縱向旋轉(zhuǎn)軸的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與水平旋轉(zhuǎn)軸的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述水平旋轉(zhuǎn)軸的另一端與調(diào)速電機(jī)II的主軸固定。

進(jìn)一步，所述水平旋轉(zhuǎn)架與縱向及水平旋轉(zhuǎn)軸的連接處均設(shè)置有多功能連接結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在3-D運(yùn)動(dòng)搖箱的兩側(cè)，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括固定設(shè)置在3-D運(yùn)動(dòng)搖箱另一側(cè)的縱向從動(dòng)軸，所述縱向從動(dòng)軸與水平旋轉(zhuǎn)架之間設(shè)置有多功能連接結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述多功能連接結(jié)構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動(dòng)且密封套裝于縱向或水平旋轉(zhuǎn)軸外圓面的活動(dòng)套、設(shè)置在活動(dòng)套與縱向或水平旋轉(zhuǎn)軸之間的密封腔、設(shè)置在活動(dòng)套與縱向或水平旋轉(zhuǎn)軸之間的滾動(dòng)軸承，以及設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)軸、水平旋轉(zhuǎn)架、縱向旋轉(zhuǎn)軸和縱向從動(dòng)軸內(nèi)的條件培養(yǎng)液循環(huán)通道和氣體交換通道，所述密封腔通過(guò)條件培養(yǎng)液循環(huán)通道及氣體交換通道分別與培養(yǎng)室連通。

進(jìn)一步，所述培養(yǎng)室內(nèi)均勻間隔設(shè)置有多個(gè)彈性材料制成的擋板，所述擋板的頭部設(shè)置具有圓弧頂部的彈性緩沖薄膜。

進(jìn)一步，所述彈性部件為彈簧或橡膠或其它彈性件。