[發明專利]一種用于干細胞培養的系統及培養方法

有效

• 申請號: 202010552359.5
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111635860B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉宏;楊鴻儒;桑元華;甘宜梧;劉鋒;段佳志;孔穎;何建龍;郝敏;袁文虎;王書華;王建軍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12M3/02
• 分類號: C12M3/02;C12M1/42;C12M1/38;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04;C12M1/02
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 薛鵬喜

本發明公開了一種用于干細胞培養的系統及培養方法，屬于生物醫學工程技術領域。本發明的系統包括：物質補給裝置、空氣連通裝置、干細胞培養裝置和代謝回收裝置。采用本發明的系統及培養方法，可以避免干細胞在三維培養過程中因剪切力過大而損傷干細胞活性，同時盡可能提高了干細胞培養的效率，并保持了干細胞的多向分化潛能。

技術領域

本發明涉及生物醫學工程技術領域，具體涉及一種用于干細胞培養的系統及培養方法。

背景技術

干細胞是一種具有多向分化潛能和自我更新能力的細胞，能夠在體內分化產生某種特定組織類型的細胞。由于干細胞免疫原性相對較低并且具有免疫調節作用，所以干細胞成為細胞治療與組織器官替代治療最理想的種子細胞。病人可以用自己的成體干細胞治療自身疾病從而避免免疫排斥反應。例如近年來干細胞研究領域最熱門的MSC，能夠通過抑制細胞免疫來抑制免疫排斥反應，非常適用于臨床移植治療，在心血管疾病、肝臟疾病、免疫性疾病等方面的治療都具有重要意義。干細胞研究的熱度直接催生了再生醫學的概念，因為其具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，在醫學界獲得了“萬用細胞”的美譽。

但是，成體干細胞的數量很少，且分離、純化難度較大；人工培養干細胞方式包括：二維培養和三維培養；其中，普通的干細胞培養過程屬于二維培養，細胞在二維培養過程中只能沿平面延伸，二維培養微環境與體內微環境差異太大，容易導致細胞在體外改變的環境下增生逐漸喪失了原有的生物學特性及功能，影響細胞的基因表達、信號轉導等，失去研究及應用價值。與二維培養不同，三維培養(3D細胞培養)由于充分利用空間更加有助于大規模細胞培養，同時能夠模擬了一個更類似于細胞體內生長的微環境，可使干細胞在培養過程中更好的保持原有生物學特性和功能，例如多系分化能力。但是，三維干細胞培養過程中需要在培養介質中通過一些內部的力，比如磁力或震動等來維持懸浮狀態，由此產生的剪切力等就會不可避免地對干細胞造成損傷。所以如何能夠快速大量的體外培養干細胞并保持其多向分化能力就成為干細胞臨床應用面臨的技術瓶頸。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種用于干細胞培養的系統及培養方法。采用本發明的系統及培養方法，可以避免干細胞在三維培養過程中因剪切力過大而損傷干細胞活性，同時盡可能提高了干細胞培養的效率，并保持了干細胞的多向分化潛能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種用于干細胞培養的系統，包括：

物質補給裝置，所述物質補給裝置設有物質注入口和物質出口，物質補給裝置內設有第一濾菌膜，在所述第一濾菌膜的上方設有攪拌器；

空氣連通裝置，所述空氣連通裝置通過第一連接管與所述物質補給裝置的物質出口相連通，空氣連通裝置的頂部設有空氣過濾器和二氧化碳進口，所述二氧化碳進口通過管道與CO₂氣瓶相連，空氣連通裝置內設有第二濾菌膜，在所述第二濾菌膜的上方設有pH監測計；

干細胞培養裝置，所述干細胞培養裝置包括：滾筒，滾筒兩端分別設有進口和出口，滾筒設有進口的一端通過第二連接管與所述空氣連通裝置相連，在滾筒上對稱設有兩個攪拌器，滾筒內裝載有用于承載干細胞的微載體；

代謝回收裝置，所述代謝回收裝置通過第三連接管與滾筒設有出口的一端連接，代謝回收裝置內設有過濾膜，在過濾膜的下方設有出液口，所述出液口通過第四連接管依次與蠕動泵、物質補給裝置相連。

優選的，所述第一濾菌膜和第二濾菌膜的孔徑均為0.2-0.4μm；第一濾菌膜和第二濾菌膜的材質可以選用PTFE或者聚碳酸酯之類的材料。其中，第一濾菌膜的作用是過濾掉物質補給中補給營養物質過程中摻入的細菌或真菌；第二濾菌膜是過濾掉空氣過濾裝置未過濾掉的空氣引入中的細菌或真菌或者物質補給裝置中第一濾菌膜未過濾掉的細菌或真菌，避免其進入整個干細胞培養系統。

優選的，兩個攪拌器所處的連接線與滾筒旋轉的軸線垂直并相交。