一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置製造方法
2023-05-21 17:49:36 1
一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，包括細胞培養板、搖床、信號發生器和細胞培養箱；細胞培養板固定在搖床上，可對細胞提供旋轉剪切力刺激；細胞培養板內設有針電極和環形電極，信號發生器通過電極線與針電極和環形電極相連，可對細胞提供電刺激。本發明建立了旋轉剪切力刺激和電刺激聯合作用下的細胞培養方法，將促進細胞、組織培養方法及相關組織工程反應器的發展。
【專利說明】一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，屬於細胞工程和組織工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]細胞培養是組織工程研究的重要方面，在保持細胞正常生理功能的前提下，如何經濟、穩定、高密度地獲得大量細胞，成為組織工程研究的重點之一。細胞在體內受到多種因素的影響，如應力、微電流、生長因子等，這些因素對細胞的生長有著重要的影響。適合的物理刺激如力刺激或電刺激可以對細胞的增殖、分化及代謝等方面產生促進作用。
[0003]力學環境的調控在細胞、組織工程培養過程中起著關鍵性作用，對其施加一定的剪切力，可以保持和進一步發揮細胞的功能。研究表明剪切力作用後，大鼠成骨細胞增殖能力提高，細胞活性增強(吳丹等，2007)，細胞骨架上的交聯蛋白、a-肌動蛋白和細絲蛋白的含量顯著增加，同時在流體剪切力作用後它們在細胞內鋪展得更開(Wesley M etal.，2008);適合的流體剪切力可以促進成骨細胞內力敏感基因的表達及相關蛋白的合成，如即早基因、促炎症基因(Celil A B et al.，2007)、骨橋蛋白(Ponik S M et al., 2007)等，有助於基質礦化與骨重建。旋轉剪切力也能夠顯著促進平滑肌細胞的增殖(HagaM, Yamashita A et al.，2003)。
[0004]除了複雜的力學環境， 電學環境也是體內細胞生長的重要微環境之一。通過模擬體內細胞、組織生長所處的電學微環境，能使細胞快速、優質擴增。使用導電聚吡咯作為培養基質材料對神經細胞PC-12等進行培養，實驗表明加電刺激比不加電刺激神經節要增長近一倍(Schmidt CE, et al., 1997;Ze Zhang, et al.，2007);通過 1V、5V、IOV和 15V 的脈衝電壓(頻率20Hz，脈衝寬度0.4ms)對成骨細胞進行刺激，發現細胞增殖狀況有了顯著的提升(Ercan B，et al., 2008);電刺激能夠顯著增大成骨細胞在納米材料表面的延伸率，對骨再生和骨折治療具有潛在應用價值(Shijun Shao, et al.，2011)。
[0005]由上可知，分別加載力刺激或電刺激，能促進細胞的生長。但細胞本身處於力、電刺激同時存在的環境，對於維持細胞正常功能、分化、分泌等都是非常重要的。而現有的細胞、組織培養方法很多都沒有結合這兩種環境影響。本發明綜合考慮了旋轉剪切力刺激和電刺激這兩種物理刺激因素對細胞生長的影響。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決現有方法不能對細胞提供旋轉剪切力、電刺激同時存在的物理環境的問題，將細胞置於旋轉剪切力刺激與電刺激的聯合作用下，模擬體內細胞生存環境，促進細胞的生長及分化。
[0007]本發明的一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，包括細胞培養板、搖床、信號發生器和細胞培養箱；細胞培養板固定在搖床上，並通過電極線與信號發生器連接；搖床放置於細胞培養箱內，信號發生器放置於細胞培養箱外；細胞培養箱兩側分別設有一個與外界相通的孔道，細胞培養箱內的搖床電源線及電極線分別通過孔道與電源及信號發生器連接，細胞培養箱為密封結構，細胞培養箱提供細胞生長所需的二氧化碳、溫度和溼度環境;
[0008]所述的細胞培養板內設有兩個金屬電極，即針電極和環形電極，針電極通過細胞培養板頂蓋的小孔垂直插入細胞培養板的培養孔內，環形電極放置在細胞培養板底座上；針電極和環形電極分別與信號發生器的正極、負極連接；
[0009]當搖床旋轉時，可對細胞培養板中的細胞加載旋轉剪切力刺激；信號發生器可通過電極對細胞加載電刺激。通過改變信號發生器的電壓或者電流，提供不同大小的電刺激，電刺激為恆電壓、脈衝電壓或者直流微電流等。當搖床與信號發生器同時工作時能對細胞加載旋轉剪切力和電聯合刺激。
[0010]本發明的優點在於:
[0011](1)本發明提供的力電聯合刺激加載方式更接近於細胞生長、發育的體內環境，力電聯合作用可改善細胞生長條件，從而促進細胞生長、提高細胞活性；
[0012](2)本發明既可用於細胞、組織培養，也可用於細胞、組織生長研究，並且對細胞體外擴增有積極的意義；
[0013](3)本發明操作簡單，穩定性好，具有較大的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置的結構示意圖；
[0015]圖2是本發明細胞培養板的結構示意圖；
[0016]圖中:
[0017]1-信號發生器 2-電極線3-細胞培養板4-搖床5-細胞培養箱
[0018]301-針電極 302-環形電極303-細胞培養板頂蓋304-細胞培養板底座【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0020]本發明是一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，如圖1所示的，包括信號發生器1、電極線2、細胞培養板3、搖床4和細胞培養箱5 ；
[0021]細胞培養板3固定在搖床4上，放置在細胞培養箱5中。電極線2連接細胞培養板3的電極與信號發生器I的正、負極。搖床4的電源線從細胞培養箱5的孔道穿出連接電源，電極線2從細胞培養箱5的孔道穿出與信號發生器連接。細胞培養箱5為密封結構，提供細胞生長所需的二氧化碳、溫度和溼度環境；
[0022]細胞培養板3的結構如圖2所示，內設有兩個金屬電極，即針電極301和環形電極302，針電極301通過細胞培養板頂蓋303的小孔垂直插入細胞培養板3的培養孔內，環形電極302放置在細胞培養板底座304上；針電極301和環形電極302分別與信號發生器I的正極、負極連接；細胞接種在細胞培養板底座304的培養孔內；
[0023]當搖床4旋轉時，可對細胞培養板3中的細胞加載旋轉剪切力刺激；信號發生器I可通過電極301和302對細胞加載電刺激。當搖床4與信號發生器I同時工作時能對細胞加載旋轉剪切力和電聯合刺激。
[0024]本發明的細胞培養具體過程如下:
[0025]將細胞接種於細胞培養板底座304的培養孔內，將環形電極302放置在細胞培養板底座304上。蓋上細胞培養板頂蓋303，從頂蓋303的小孔插入針電極301。通過電極線2將針電極301、環形電極302連接至信號發生器I的正、負極上。將細胞培養板3固定在搖床4上，通過搖床4的運動，提供旋轉剪切力刺激；信號發生器I與細胞培養板3內針電極301、環形電極302相連提供電刺激，在加載期間使細胞處於旋轉剪切力和電刺激雙重刺激的環境下生長，完成細胞的培育。
[0026]實施例:
[0027]在無菌條件下把1-3天齡SD大鼠乳鼠的成骨細胞按1X 105/cm2密度接種在細胞培養板底座304的培養孔內，預培養3天後，放入環形電極302。蓋上細胞培養板頂蓋303，從細胞培養板頂蓋的小孔內插入針電極301。通過電極線2將針電極301、環形電極302連接至信號發生器I的正、負極上。將細胞培養板3固定在搖床4上。打開調節好的搖床4和信號發生器I，使得旋轉剪切力刺激和電刺激聯合作用於成骨細胞，成骨細胞在旋轉剪切力刺激和電刺激雙重刺激的環境下生長。
[0028]施加的旋轉剪切力刺激為8dyn/cm2，電刺激為電脈衝信號，幅值為150mV，脈衝寬度為5ms，頻率為1Hz，刺激時間為12h。
[0029]上述旋轉剪切力刺激、電刺激參數的設置是根據所培養的細胞特點不同進行選擇的。
【權利要求】
1.一種旋轉剪切力和電聯合刺激細胞培養裝置，其特徵在於:包括細胞培養板、搖床、信號發生器和細胞培養箱，細胞培養板固定在搖床上，並通過電極線與信號發生器連接；所述的細胞培養板內設有兩個金屬電極，即針電極和環形電極，針電極通過細胞培養板頂蓋的小孔垂直插入細胞培養板的培養孔內，環形電極放置在細胞培養板底座上；針電極和環形電極分別與信號發生器的正極、負極連接； 搖床放置於細胞培養箱內，保證細胞的生長環境，滿足其對溫度、溼度及CO2的要求；信號發生器放置於細胞培養箱外；當搖床旋轉時，可對細胞培養板中的細胞加載旋轉剪切力刺激；信號發生器可通過電極對細胞加載電刺激。當搖床與信號發生器同時工作時能對細胞加載旋轉剪切力和電聯合刺激。`
【文檔編號】C12M1/42GK103525700SQ201310414782
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】李萍, 樊瑜波, 牛旭鋒, 劉美麗, 田豐 申請人:北京航空航天大學