一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備的製作方法

2023-06-10 15:13:56

專利名稱：一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫學實驗技術領域，特別是涉及一種用於研究靶向傳遞骨髓間充 質幹細胞的實驗設備。
背景技術：
骨髓間充質幹細胞移植是一種將骨髓間充質幹細胞從自身採集，然後進行培養、 純化，再回輸進患者體內用以治療疾病的方法。骨髓間充質幹細胞具有強大的增殖能力和多向分化潛能，在一定條件下可分化為 骨、軟骨、脂肪、肌腱、肌肉、神經等多種細胞，同時還具有來源較廣、無免疫排斥反應等優
點o目前，利用骨髓間充質幹細胞修復骨缺損已成為廣大學者研究的一大熱點，隨著 基因工程的興起，不少學者把骨髓間充質幹細胞作為基因治療靶細胞，轉入生長因子和細 胞因子基因，進行骨缺損修復的實驗研究，主要研究方向為骨、軟骨缺損疾病的治療，骨壞 死疾病的治療及椎間盤退行性疾病的治療。骨髓間充質幹細胞應用於骨科疾病修復具有廣闊的前景。但同時也面臨著許多問 題，如直接經關節腔注射骨髓間充質幹細胞促進軟骨再生的方法，不能有效的增加軟骨缺 損處幹細胞的數量，注射後的幹細胞在整個關節腔內游離，容易形成游離體，貼附在滑膜的 幹細胞容易使得滑膜增生，副作用明顯。超順磁性氧化納米鐵粒子(SPI0)是美國食品與藥物管理會(FDA)認證的一種臨 床磁共振(MRI)增強顯影劑，由納米鐵核心和外面包裹的葡聚糖組成，可以通過胞吞作用 進入細胞的胞漿，有效的標記骨髓間充質幹細胞，進入細胞的SPI0具有超順磁性，低濃度 即能顯著地造成局部磁場的不均勻，使鄰近氫質子在弛豫中很快產生相散，加速了質子去 相位過程，縮短了組織的T2值，在自旋迴波(SE)和梯度回波(GRE)磁共振序列中，使組織 信號降低從而產生較強的T2負性對比效應。SPI0已經商品化，並且廣泛用於臨床，通過硫酸魚精蛋白作為轉染劑改變SPI0表 面電荷，靜電作用吸附SPI0在胞膜表面，胞吞SPI0進入細胞漿，從而有效的標記骨髓間充 質幹細胞，與未標記的細胞相比，標記後的細胞在分化和代謝能力上並沒有差異，文獻證實 1. 5T磁共振可以示蹤SPI0標記的細胞。這些標記細胞技術和磁共振示蹤細胞技術在臨床 上都已經十分成熟。如上所述，由於SPI0的納米鐵核心具有磁性，從理論上來講，可以在磁力作用下 運動，從而使靶向傳遞骨髓間充質幹細胞成為可能，若這一方案可行，則可將骨髓間充質幹 細胞傳遞至特定位點，不僅有助於提高療效，減少併發症的出現，還能夠節約幹細胞用量。根據這一設想，若直接進行臨床實驗，不僅存在較大的醫療風險，且無法觀察到實 際的靶向效果，無法獲得嚴謹、準確的實驗數據。因此，如何驗證使用磁鐵來靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的可行性，為進一步的研 究和臨床應用提供可靠的技術支持，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備。該實驗設 備的磁鐵能提供實驗所需的磁場，培養瓶能夠模擬人體骨關節的生理環境，可用來驗證靶 向傳遞經超順磁性氧化納米鐵粒子標記的骨髓間充質幹細胞的可行性，從而為進一步的研 究和臨床應用提供可靠的實驗數據。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設 備，包括用於提供磁場的磁鐵、用於盛裝生理鹽水的培養瓶以及用於向培養瓶內注射骨髓 間充質幹細胞的注射器，所述磁鐵位於所述培養瓶外部，兩者相對獨立。優選地，所述培養瓶具體為瓶體透明的培養瓶。優選地，所述注射器的注射口與針頭之間通過軟管連接。優選地，進一步包括多層用於鋪設在培養瓶底部的墊板。優選地，所述磁鐵具體為永磁鐵。優選地，所述永磁鐵呈長方體形狀。優選地，所述磁鐵具體為電磁鐵。本實用新型所提供的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其磁鐵能提供實驗 所需的磁場，培養瓶能夠模擬人體骨關節的生理環境，使用時將經過超順磁性氧化納米鐵 粒子標記的骨髓間充質幹細胞通過注射器緩緩注入培養瓶內，並通過調整磁鐵相對於實驗 骨片的位置來驗證其靶向效果，避免了進行臨床實驗而帶來的各種風險，且能夠觀察到實 際的靶向路徑，能獲得嚴謹、準確的實驗數據，從而為進一步的研究和臨床應用提供可靠的 技術支持，不僅可用於醫學實驗，還可以用於教學演示。

圖1為本實用新型所提供靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備的結構示意圖。圖中數字編號所對應的設備或部件名稱如下1.永磁鐵2.培養瓶3.注射器3-1.軟管4.實驗骨片5.墊板
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備。該實驗設 備的磁鐵能提供實驗所需的磁場，培養瓶能夠模擬人體骨關節的生理環境，可用來驗證靶 向傳遞經超順磁性氧化納米鐵粒子標記的骨髓間充質幹細胞的可行性，從而為進一步的研 究和臨床應用提供可靠的實驗數據。為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，
以下結合附圖和具體實施 方式對本實用新型作進一步的詳細說明。請參考圖1，圖1為本實用新型所提供靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備的 結構示意圖。在一種具體實施方式
中，本實用新型所提供的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗 設備主要由永磁鐵1、培養瓶2以及注射器3組成。永磁鐵1用於提供磁場，具體可以是銣鐵硼強力磁鐵，永磁鐵1的長度為10cm、寬度為10cm、高度為5cm，場強為0. 6T。培養瓶2的瓶體透明，整體上呈扁平狀，其內注滿生理鹽水，以模擬人體關節腔模 型，其較窄的內壁上通過生物膠粘固有一塊呈正方形的實驗骨片4。實驗骨片4可採用在全膝關節置換術中獲得的截骨塊，修剪成邊長為2cm的正方 形，中心處開設一直徑為1cm、深度為3mm的孔，形成全層軟骨缺損部位，實驗骨片4大體位 於培養瓶2內壁的中間位置，完全浸在生理鹽水中。培養瓶2的底部設有多層墊板5，以調整培養瓶2相對於永磁鐵1的位置，墊板5 的層數越多，培養瓶2的高度越高，實驗骨片4越接近永磁鐵1的上邊緣。注射器3為1ML小型注射器，其注射口通過一軟管3-1與針頭相連，以便伸入培養 瓶2，向培養瓶2內注射骨髓間充質幹細胞。具體實驗步驟如下首先，利用超順磁性氧化納米鐵粒子(SPI0)標記骨髓間充質千細胞(bMSCs)1.用DMEM/F12培養液(不含血清)將17. 4mg/ml濃度SPI0原液分別稀釋為 50 u g/ml 備用；2.硫酸魚精蛋白粉劑先用蒸餾水稀釋配製成10mg/ml濃縮液，使用時再加入 DMEM/F12無血清培養液稀釋為6 u g/ml備用；3.標記前取等量SPI0液和硫酸魚精蛋白液漩渦混合器間歇混合lOmin，製備成含 SPI0 終濃度 25 u g/ml 的 Fe-Pro 標記液，含 Pro 為 3 ii g/ml ；4.待第三代BMSCs長至培養瓶底85%面積時，棄去原含血清的培養液，PBS衝洗 兩遍，取氧化鐵_魚精蛋白複合物標記液予以等量換液，在37°C、5% C02、100%飽和溼度培 養箱孵育過夜12h。然後，進行三維立體靶向傳遞SPI0標記的骨髓間充質幹細胞的實驗步驟1.將上述SPI0標記好的骨髓間充質幹細胞，加入3ml 0. 25%胰蛋白酶+0. 01 % EDTA液，消化3-5min，吸出含SPI0的培養液，PBS洗兩次；2.再用含肝素鈉10U/ml的PBS液衝洗1次，加入3ml含血清培養液，離心後去上 清液，加入DMEM/F12完全培養基吹打計數；3.配製成終濃度107/300ul的SPI0標記的骨髓間充質幹細胞懸液；4.將永磁鐵1安置在貼附有骨片的組織培養瓶2 —側，用注射器3將107/300ul 的骨髓間充質幹細胞懸液注射到培養瓶2中。由於磁力的原因，肉眼觀察到SPI0標記的骨髓間充質幹細胞被吸附到實驗骨片4 上軟骨缺損部位的中央(見圖中虛線)；同時切片染色也證實大量的細胞沉積在缺損處。該實驗設備在使用時需注意以下幾點1. SPI0標記骨髓間充質幹細胞的時間必須在12小時以上，標記液濃度25ug/ml， 只有這樣胞吞入細胞漿內的納米鐵才足夠多，磁力才能吸引細胞靶向傳遞；2.細胞懸液的濃度必須足夠高，這猶如泥石流一樣，只有足夠多的細胞，懸液才會 跟著細胞走，否則就猶如河流一樣，是細胞跟著液體走，然而液體中是不含鐵的，只有細胞 含鐵，這樣就不能靶向；3.場強必須足夠大，只有足夠強的磁力才能使得SPI0標記的骨髓間充質幹細胞 在三維立體空間中傳遞，實驗證實場強在0. 5-在0. 8T之間比較合適，既能產生足夠的磁力，又不至於磁力過於強大而損傷細胞；4.經過用高斯計測量永磁鐵表面場強，以及磁場在三維空間中的分布，發現磁場 在永磁鐵1的邊緣最強，遠離邊緣變弱，在永磁鐵1的中心最弱。因此實驗骨片4上缺損部 位的中心必須對準永磁鐵1的邊緣，因為邊緣處場強最強，否者細胞懸液會被靶向到與磁 場邊緣對應的部位去，不能到達軟骨缺損部位的中心；5.推動注射器3的時候動作要輕柔，因為細胞初速度過大，超過側方施加的磁力， 就會靶向到更低的位置，相反，推動越輕柔，初速度越小，就越能準確的靶向到與永磁鐵1 邊緣對應的軟骨缺損部位。實驗結果證明，在0.6T磁力作用下，可以將SPI0標記的骨髓間充質幹細胞在三維 立體空間上傳遞到特定的位點，而不是在水平面上或者垂直面上進行傳遞，靶向傳遞骨髓 間充質幹細胞到軟骨缺損部位，可增加缺損部位的細胞數量，促進軟骨再生，防止幹細胞在 關節腔內游離形成瘢痕體，減少滑膜增生，從而為進一步的研究和臨床應用提供可靠的技 術支持，使這一技術用於臨床治療成為可能，除上述實驗功能，該設備還可以用於進行教學 演示。當然，上述永磁鐵也可以採用電磁鐵來代替，這樣可通過調節電流來獲得不同的 場強，從而對不同場強的磁場對靶向效果的影響進行研究，可大大節約購置永磁鐵的成本。以上對本實用新型所提供的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備進行了詳細 介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的 說明只是用於幫助理解本實用新型的核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這 些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在於，包括用於提供磁場的磁鐵、用於盛裝生理鹽水的培養瓶以及用於向培養瓶內注射骨髓間充質幹細胞的注射器，所述磁鐵位於所述培養瓶外部，兩者相對獨立。
2.根據權利要求1所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在於，所述 培養瓶具體為瓶體透明的培養瓶。
3.根據權利要求2所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在於，所述 注射器的注射口與針頭之間通過軟管連接。
4.根據權利要求3所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在於，進一 步包括多層用於鋪設在培養瓶底部的墊板。
5.根據權利要求1至4任一所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在 於，所述磁鐵具體為永磁鐵。
6.根據權利要求5所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在於，所述 永磁鐵呈長方體形狀。
7.根據權利要求1至4任一所述的靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，其特徵在 於，所述磁鐵具體為電磁鐵。
專利摘要本實用新型公開了一種靶向傳遞骨髓間充質幹細胞的實驗設備，包括用於提供磁場的磁鐵、用於盛裝生理鹽水的培養瓶以及用於向培養瓶內注射骨髓間充質幹細胞的注射器。該實驗設備的磁鐵能提供實驗所需的磁場，培養瓶能夠模擬人體骨關節的生理環境，可用來驗證靶向傳遞經超順磁性氧化納米鐵粒子標記的骨髓間充質幹細胞的可行性，從而為進一步的研究和臨床應用提供可靠的實驗數據，還可用於教學演示。
文檔編號C12M1/24GK201756554SQ201020166329

公開日2011年3月9日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者馮勇, 楊柳 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學第一附屬醫院