模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置的製作方法
2023-06-23 06:56:46
專利名稱：模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於細胞培養技術領域。具體公開一種模擬機體內環境的細胞自動化
培養裝置。
背景技術：
細胞培養是生物工程、生物製藥、生物資源可持續性利用和細胞醫療的基礎，完善的細胞培養技術體系是保證科研、生產和醫學應用的關鍵。機體內的細胞在生長及分化過程中所處的環境不同，其生物學特性也會隨環境而改變。若要在體外培養出真實反映機體特性的細胞，就需有適宜的生物環境。如胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、維持骨髓幹細胞增殖潛能的骨髓內環境和誘導神經幹細胞發育成熟的腦脊液環境等。而現行的細胞培養體系不僅在模擬機體內環境方面，而且在自動化培養和實時監控方面尚不盡人意。特別是在在醫學技術領域，美國FDA和中國衛生部均批准了癌症的免疫細胞治療和造血幹細胞治療。細胞治療是採集患者自體或異體血液、骨髓和各種臟器組織中具有治療作用的細胞(如免疫淋巴細胞和幹細胞等)，通過誘導培養和擴增培養等體外處理，使效應細胞達到臨床治療標準後回輸至患者體內的一種新型治療方法。免疫細胞治療和造血幹細胞治療癌症得到國內外醫療機構日益廣泛地應用，具有較好的治療成效。其它幹細胞治療研究也逐漸深入，幹細胞技術被廣泛應用於脊髓損傷、自閉症、唐氏症候群、腦癱、腦外傷、進行性肌營養不良、共濟失調、運動神經元病、腦發育不良、腦炎後遺症、糖尿病足等疑難病症的治療。然而，由於現行的細胞培養體系在模擬機體內環境、自動化培養和實時監控方面尚不盡人意，體外培養幹細胞技術尚難達到臨床應用標準，幹細胞基本上都直接採集於患者本人或相配異體，幹細胞治療常常面臨缺乏相配供體和幹細胞採集數量等不足。而現行免疫細胞治療的體外培養過程一般由人工操作完成，培養操作過程繁瑣，易發生微生物汙染和交叉汙染，難以確保整個過程的無菌化生產；人工培養方法，可重複性低，質量不穩定；同時還有效應細胞誘導和擴增數量少，培養成本較高，需要多次採集患者的淋巴細胞才能滿足癌症反覆多次治療的需要。為了解決上述問題，本申請人於2010年12月I日申請了一項申請號為 201020635650. O、實用新型名稱為醫用細胞自動化生產裝置的專利，該專利能完全實現自動化，操作過程簡單方便，操作誤差小，重複性好，符合GMP標準，能廣泛適用於醫療和生物製藥等不同工作環境和場合。細胞的生長分化依賴於機體特定的生長環境和細胞間的相互作用，如胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、多能幹細胞分化為神經幹細胞和神經細胞的腦脊髓環境等，然而現行細胞培養裝置模擬機體內環境的設計欠缺，很難滿足特定細胞的培養要求。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，該裝置可模擬胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、多能幹細胞分化為神經幹細胞和神經細胞的腦脊髓環境，以及幹細胞發育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環境，誘導培養出特定的高質量細胞滿足細胞基礎研究和應用的需要，同時模擬的體內環境也為研究機體細胞生長分化機制奠定了基礎，有利於提高細胞培養質量，增加細胞實驗的重複性，節約細胞培養成本，加快細胞培養技術的臨床轉化與應用，一方面提高了細胞的應用造福社會，另一方面也為科研基礎工作者提供了良好的實驗平臺。為了實現上述技術目的，本實用新型是按以下技術方案實現的本實用新型所述的一種模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，包括層流無菌的密封室，所述密封室內設有內環境模擬組織器官培養裝置和目的細胞誘導培養裝置，進行胸腺、睪丸、腫瘤和骨髓等器官的組織或細胞培養，以模擬相應組織器官的內環境，所述密封室內設有模擬組織器官樣本入口和目的細胞培養樣本入口，所述組織器官樣本入口連接有對模擬組織器官進行培養的內環境模擬組織器官培養裝置；所述目的細胞培養樣本入口連接對目的細胞誘導培養的細胞誘導培養裝置，其後通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內環境模擬刺激的細胞間反應裝置，所述細胞間反應裝置包括細胞間反應罐及置於細胞間反應罐內相互連通的正壓液體交換管、液體交換毛細管網和負壓液體交換管，所述目的細胞誘導培養裝置入口通過連接管與負壓液體交換管連通，所述目的細胞誘導培養裝置的出口與通過連接管與正壓液體交換管連通，所述正壓液體交換管的連通管路上設有正壓裝置，負壓液體交換管的連通管路上設有負壓裝置。作為上述技術的進一步改進，所述內環境模擬組織器官培養裝置包括內環境模擬室，所述細胞間反應罐置於內環境模擬室內，這樣確保正壓液體交換管、液體交換毛細管網和負壓液體交換管與內環境模擬組織器官培養裝置內的培養液廣泛接觸，能達到液體的單向和雙向交換，以刺激目的細胞分化和增殖，誘導培養出特定的細胞。作為上述技術的更進一步改進，內環境模擬組織器官培養裝置和目的細胞誘導培養裝置內均設有培養液出入管道到位提醒傳感器或溫度傳感器或PH值傳感器或壓力傳感器或溶氧傳感器，實時顯示各培養裝置內的培養參數，各傳感器連接著控制器和計算機監控系統，可自動操作控制培養條件。作為上述技術的進一步改進，所述目的細胞誘導培養裝置與細胞間反應裝置的正、負壓液體交換管之間的管路上設有壓力控制調節開關和壓力感應器，實時監控細胞間反應裝置的壓力差，調節管路液體流量和培養裝置間的液體交換。以下說明本實用新型所述的模擬內環境細胞自動化培養裝置的工作原理目的細胞誘導培養裝置內的目的細胞及其培養液在正壓裝置驅動下通過連接管依次流入正壓液體交換管、液體交換毛細管和負壓液體交換管，負壓液體交換管內的醫用細胞及其培養液在負壓裝置的吸引下，回流至細胞誘導培養裝置。其中一部分目的細胞及其培養液流入細胞淨化裝置，以減少培養液內的代謝產物和添加新鮮培養液。目的細胞及其培養液在正壓液體交換管、液體交換毛細管網和負壓液體交換管三個部分中與內環境模擬組織器官培養裝置內模擬組織器官的分泌因子及其培養液進行液體交換，這些分泌因子如胸腺肽等刺激目的細胞分化增殖，誘導培養出特定的細胞。在本實用新型中所述的正壓裝置驅使目的細胞誘導培養裝置中的目的細胞及其培養液緩慢流入到細胞間反應裝置，並且促使目的細胞的培養液排入至內環境模擬組織器官培養裝置；負壓裝置控制負壓液體交換管的負壓水平，從而有利於吸入內環境模擬裝置中的模擬組織器官的分泌因子及培養液。液體交換毛細管網(或液體交換罐)則增加醫用細胞與模擬組織器官細胞的接觸面積和時間，從而實現高效率的目的細胞與模擬組織器官的細胞間相互作用。這種正壓交換管、毛細管網和負壓交換管是人體動脈、毛細血管和靜脈的仿生結構，為目的細胞的生長提供了組織器官的模擬環境，有利於目的細胞分化、增殖和成熟，提高目的細胞培養質量。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是(I)本實用新型所述模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置可模擬胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、 多能幹細胞分化為神經幹細胞和神經細胞的腦脊髓環境，以及幹細胞發育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環境，有利於目的細胞分化、增殖和成熟，提高細胞培養質量。(2)本實用新型所述模擬機體內環境的的自動化細胞培養裝置能在細胞培養過程中，實現全程自動化監控，顯著增加細胞實驗的重複性，有利於探索細胞體外增殖、分化和成熟規律，有利於篩選細胞的最佳培養方法，有利於細胞醫療的基礎和應用研究。(3)模擬體內環境的的自動化細胞培養裝置的研發成功可實現自動化生產，便於 GMP管理，有利於提高細胞培養質量，節約細胞培養成本，加快細胞培養技術的轉化與應用， 對提高人民健康水平，提升我國生物醫藥競爭力具有重大的推動作用。(4)本實用新型所述的模擬體內環境的的自動化細胞培養裝置可模擬胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、多能幹細胞分化為神經幹細胞和神經細胞的腦脊髓環境，以及幹細胞發育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環境，便於誘導培養出特定的細胞滿足細胞醫療的基礎研究和應用需要，同時模擬的體內環境也為研究機體細胞功能和生長分化機制奠定了基礎， 故一方面提高了細胞的應用造福社會，另一方面也為科研基礎工作者提供了良好的實驗平臺。
以下結合附圖
和具體實施例對本實用新型做詳細的說明圖I是本實用新型實施例一所述的模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置結構示意圖。圖2是本實用新型實施例二所述的模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型所述的一種模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，包括層流無菌的密封室1，所述密封室I內設有內環境模擬組織器官培養裝置2和目的細胞誘導培養裝置3，進行胸腺、睪丸、腫瘤和骨髓等器官的組織或細胞培養，以模擬相應組織器官的內環境，所述密封室I內設有模擬組織器官樣本入口 I和目的細胞培養樣本入口 II， 所述組織器官樣本入口I與對模擬組織器官進行培養的內環境模擬組織器官培養裝置2連接；所述目的細胞培養樣本入口 II與對目的細胞誘導培養的細胞誘導培養裝置3連接，其後通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內環境模擬刺激的細胞間反應裝置4，所述細胞間反應裝4置包括細胞間反應罐41及置於細胞間反應罐41內相互連通的正壓液體交換管42、液體交換毛細管網43和負壓液體交換管44，所述目的細胞誘導培養裝置3入口通過連接管與負壓液體交換管44連通，所述目的細胞誘導培養裝置3的出口與通過連接管與正壓液體交換管42連通，所述正壓液體交換管42的連通管路上設有正壓裝置5，負壓液體交換管44的連通管路上設有負壓裝置6。此外，為了實時調節並控制壓力的大小，所述目的細胞誘導培養裝置3與內環境模擬組織器官培養裝置2的負壓液體交換管43之間的管路還設有負壓控制調節開關7和負壓傳感器8 ;所述目的細胞誘導培養裝置3與內環境模擬組織器官培養裝置2的正壓液體交換管22之間的管路還設有正壓控制調節開關9和正壓傳感器10。所述內環境模擬組織器官培養裝置2包括內環境模擬室21，所述細胞間反應罐41 置於內環境模擬室21內，這樣確保正壓液體交換管42、液體交換毛細管網43和負壓液體交換管44與內環境模擬組織器官培養裝置2內的培養液廣泛接觸，能達到液體的單向和雙向交換，以刺激目的細胞分化和增殖，誘導培養出特定的細胞。內環境模擬組織器官培養裝置2和目的細胞誘導培養裝置3內均設有培養液出入管道到位提醒傳感器或溫度傳感器或PH值傳感器或壓力傳感器或溶氧傳感器，實時顯示各培養裝置內的培養參數，各傳感器連接著控制器和計算機監控系統，可自動操作控制培養條件。所述目的細胞誘導培養裝置3與細胞間反應裝置4的正壓液體交換管42、負壓液體交換管43之間的管路上設有的壓力控制調節開關和壓力傳感器，實時監控細胞間反應裝置的壓力差，調節管路液體流量和培養裝置間的液體交換。以下說明本實用新型所述模擬內環境細胞自動化培養裝置的工作原理工作時，正壓裝置5驅使目的細胞誘導培養裝置3中的醫用細胞及其培養物緩慢流入到細胞間反應罐41，並且促使目的細胞的培養液排入內環境模擬罐21 ;負壓裝置6控制負壓液體交換管的負壓水平，從而有利於吸入內環境模擬罐21中的培養液。液體交換毛細管網43 (或液體交換罐)則增加目的細胞與模擬組織器官細胞的接觸面積和時間，從而實現高效率的醫用細胞與模擬組織器官的細胞間相互作用。這種正壓交換管、毛細管網和負壓交換管是人體動脈、毛細血管和靜脈的仿生結構，為醫用細胞的生長提供了組織器官的模擬環境，有利於醫用細胞分化、增殖和成熟，提高目的細胞培養質量。本實用新型所述的模擬機體內環境的醫用細胞自動化培養裝置可模擬胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、多能幹細胞分化為神經幹細胞和神經細胞的腦脊髓環境，以及幹細胞發育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環境，便於誘導培養出特定的細胞滿足細胞醫療的基礎研究和應用需要，同時模擬的體內環境也為研究機體細胞功能和生長分化機制奠定了基礎， 故一方面提高了細胞的應用造福社會，另一方面也為科研基礎工作者提供了良好的實驗平臺；模擬體內環境的自動化細胞培養裝置有利於提高細胞培養質量，節約細胞培養成本，加快細胞培養技術的轉化與應用，對提高人民健康水平，提升我國生物醫藥競爭力具有重大的推動作用；將增加細胞培養實驗的重複性，有利於探索細胞體外增殖、分化和成熟規律，有利於篩選細胞的最佳培養方法，有利於細胞醫療的臨床研究。實施例二 如圖2所示，本實施例與實施例一基本相同，其不同之處在於所述內環境模擬裝置為兩個，包括用於模擬胸腺、淋巴結內環境的第一內環境模擬組織器官培養裝置2a和用於模擬腫瘤內環境的內環境模擬組織器官培養裝置2b，可以根據實際需要將醫用細胞誘導培養裝置I得到的效應細胞對應地輸送至第一內環境模擬組織器官培養裝置2a或第二內環境模擬組織器官培養裝置2b中，通過正壓液體交換管42、負壓液體交換管44的壓差的配合模擬機體內環境，並通過液體交換毛細管網43延長效應細胞在該模擬的內環境中存留的時間，有效提聞效應細胞的質量。
權利要求1.一種模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，包括層流無菌的密封室，其特徵在於 所述密封室內設有內環境模擬組織器官培養裝置和目的細胞誘導培養裝置，所述密封室內設有模擬組織器官樣本入口和目的細胞培養樣本入口，所述組織器官樣本入口連接對模擬組織器官進行培養的內環境模擬組織器官培養裝置；所述目的細胞培養樣本入口連接對目的細胞誘導培養的細胞誘導培養裝置，其後通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內環境模擬刺激的細胞間反應裝置，所述細胞間反應裝置包括細胞間反應罐及置於細胞間反應罐內相互連通的正壓液體交換管、液體交換毛細管網和負壓液體交換管，所述目的細胞誘導培養裝置入口通過連接管與負壓液體交換管連通，所述目的細胞誘導培養裝置的出口與通過連接管與正壓液體交換管連通，所述正壓液體交換管的連通管路上設有正壓裝置，負壓液體交換管的連通管路上設有負壓裝置。
2.根據權利要求I所述的模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，其特徵在於所述內環境模擬組織器官培養裝置包括內環境模擬室，所述細胞間反應罐置於內環境模擬室內。
3.根據權利要求2所述的模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，其特徵在於所述內環境模擬組織器官培養裝置和目的細胞誘導培養裝置內均設有培養液出入管道到位提醒傳感器或溫度傳感器或PH值傳感器或壓力傳感器或溶氧傳感器，各傳感器後連接有控制器和計算機監控系統。
4.根據權利要求3所述的模擬機體內環境的自動化細胞培養裝置，其特徵在於所述目的細胞誘導培養裝置與細胞間反應裝置的正、負壓液體交換管之間的管路上設有壓力控制調節開關和壓力感應器。
專利摘要本實用新型屬於細胞培養技術領域。具體公開模擬機體內環境細胞自動化培養裝置，包括層流無菌的密封室所述密封室內設有內環境模擬組織器官培養裝置和目的細胞誘導培養裝置。該裝置可模擬培養胚胎幹細胞的低氧低滲環境、生殖細胞發育成熟過程中的睪丸內環境，誘導T細胞發育成熟的胸腺環境、誘導神經幹細胞分化的腦脊液環境、以及相應幹細胞分化發育成熟的組織器官環境如肝臟、胰臟、骨髓和腫瘤等內環境，誘導培養出特定的高質量細胞滿足細胞基礎研究和應用需要，同時模擬的體內環境也為研究機體細胞生長、分化和成熟機制奠定了基礎，有利於提高細胞培養質量，顯著增加細胞學研究的重複性，節約細胞培養成本，加快細胞培養技術的臨床轉化與應用，為科研基礎工作者提供良好的實驗平臺。
文檔編號C12M3/00GK202347025SQ2011205213
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者張雁, 汪華 申請人:汪華