適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統及方法
2023-09-24 01:27:10 2
適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統及方法
【專利摘要】一種適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統及方法，該方法包括：S1、配置內設至少兩個可密封的培養室的胚胎細胞培養器，用至少一個營養室儲存或產生培養胚胎細胞所需營養液，通過矽膠軟管連通該營養室和所述培養室形成循環迴路；S2、由低頻交流信號發生器驅動環繞所述培養室的線圈產生電磁場，作用於所述培養室內的胚胎細胞；同時蠕動泵作用於所述矽膠軟管使所述營養液在所述營養室與培養室之間循環流動，不斷地向所述培養室內的胚胎細胞供給營養，同時帶走胚胎細胞分泌物。系統設計合理，封閉運行，可提供胚胎細胞培養所需空間、營養物質、機械力刺激及模擬動物體內電磁環境等，特別適合於不同胚胎細胞的非接觸共培養。
【專利說明】適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於細胞體外培養的【技術領域】，具體涉及一種適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養的系統及方法。
【背景技術】
[0002]如今細胞體外培養技術在胚胎工程方面應用非常廣泛，並且成為基本的關鍵技術。然而普通的利用培養皿、培養瓶等進行細胞體外培養，僅能為胚胎細胞提供一個靜態的、二維的體外生長環境，與胚胎細胞在動物體內的生長環境相差甚大，這類培養裝置常常會改變細胞的生長速率、功能、形態等特性，致使體外受精的胚胎細胞在後續培養過程中發育率很低。
[0003]胚胎細胞在體內發育、成長期間會受到輸卵管的擠壓、摩擦、人體內電磁環境、以及輸卵管液流的衝擊影響；胚胎細胞在發育、成長期間需要流動的營養液提供營養物質並帶走胚胎分泌物，同時還需要子宮蠕動產生的機械力的刺激。而這些液流衝擊、營養物質輸送與分泌物排出、機械力刺激、電磁環境是普通培養裝置無法提供的。
【發明內容】
[0004]為了解決普通培養皿或培養瓶進行胚胎細胞體外培養時無法提供模擬子宮內環境，進而導致胚胎細胞成活率低的問題，本發明提供一種適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統及方 法。
[0005]本發明提供的適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統，包括:
一胚胎細胞培養器，它包含:殼體，在該殼體中設置至少兩個培養室、與所述培養室的下進液管連接的入液管道以及與所述培養室的上出液管連接的出液管道，環繞所述培養室設一線圈，該線圈由低頻交流信號發生器驅動產生模擬動物體內的電磁場；於所述培養室上面安裝能夠密封所述培養器的玻璃蓋；
至少一個營養室，用於儲存或產生培養胚胎細胞所需的營養液，該營養室的入液口、出液口分別通過矽膠軟管連通所述出液管道和所述入液管道；及
蠕動泵，它通過其泵頭作用於所述矽膠軟管使所述營養液在所述營養室與所述培養室之間循環流動。
[0006]該系統中，所述培養室採用杯形容器結構，所述下進液管靠近所述培養室的底部設置，所述上出液管靠近所述培養室的上口部設置。
[0007]所述線圈最好安裝於所述殼體外周壁，且所述培養室位於所述線圈產生的電磁場內。磁場強度在io「lsr-1crwr之間可達到胚胎細胞生長的最好電磁效果。
[0008]所述交流信號發生器可置於所述殼體外部，也可安裝到所述殼體內，且位於所述
培養室下。
[0009]所述低頻交流信號發生器輸出0.1-300HZ的正弦交流信號。
[0010]基於本發明上述系統的一種胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養方法，包括以下步驟:
51、配置內設至少兩個可密封的培養室的胚胎細胞培養器，用至少一個營養室儲存或產生培養胚胎細胞所需的營養液，通過矽膠軟管連通該營養室和所述培養室形成循環迴路；
52、由低頻交流信號發生器驅動環繞所述培養室的線圈產生模擬動物體內電磁環境的電磁場，作用於所述培養室內的胚胎細胞和所述培養室內的營養液；同時蠕動泵通過其泵頭作用於所述矽膠軟管使所述營養液在所述營養室與所述培養室之間循環流動，不斷地向所述培養室內的胚胎細胞供給營養，同時帶走胚胎細胞分泌物。
[0011]其中，所述營養液的流速 在0.0002-100ml/min之間調節。所述營養液內含有營養物質、生長因子等。
[0012]所述低頻交流信號發生器能提供0.1-300HZ的正弦交流信號。調節低頻交流信號
發生器產生的正弦交流信號控制線圈產生磁場強度為io-15r-1crMr的電磁場，使所述培
養室內的胎細胞在類似動物體內電磁環境中生長。在所述電磁場為胚胎細胞提供電磁環境的同時，也會對培養室內的流動的營養液進行磁化處理。
[0013]所述營養液以並聯方式進入和流出所述培養室，當所述營養液從所述培養室的靠近底部的下進液管進入時，所述營養液對胚胎細胞形成流體衝擊效果。
[0014]用於本發明上述系統的一種胚胎細胞培養器，包括:殼體；在該殼體中設置至少兩個培養室、與所述培養室的下進液管連接的入液管道以及與所述培養室的上出液管連接的出液管道；環繞所述培養室設一線圈，該線圈由低頻交流信號發生器驅動產生模擬動物體內電磁環境的電磁場；於所述培養室上面安裝能夠密封所述培養器的玻璃蓋；其中，所述線圈安裝於所述殼體外周壁；所述低頻交流信號發生器輸出0.1-300HZ的正弦交流信號。
[0015]本發明系統設計合理，可提供胚胎細胞培養所需空間、營養物質、機械力刺激及模擬動物體內電磁環境等。
[0016]利用線圈產生的電磁場模擬動物體內電磁環境，通過改變低頻交流信號發生器產生的正弦交流信號來控制線圈產生的電磁場，磁場強度在i(T15r-1cr?r之間可達到胚胎細胞生長的最好電磁效果。
[0017]含有營養物質、生長因子等的營養液從胚胎細胞培養器的下進液管進入培養室時，對胚胎細胞形成理想的衝擊效果。
[0018]整個系統內提供給胚胎細胞生長的營養物質、生長因子等是動態流動的，新的營養物質、生長因子等源源不斷的提供給胚胎細胞的同時也帶走了胚胎細胞的分泌物，同時流動能使胚胎細胞的分泌物易於擴散，細胞和營養物質、生長因子充分接觸。
[0019]通過對蠕動泵的控制能實現系統內營養液的循環流動速度，以期達到適合細胞生長的最佳效果。
[0020]整個系統運行時是封閉的，能夠在胚胎細胞和其他細胞不接觸的情況下實現多種細胞共培養。
[0021]系統中可以配置多個營養室，可根據需要在各個營養室中分別滋養不同的細胞，產生不同的營養物質、生長因子等。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明培養系統原理示意圖；
圖2為本發明培養系統實施例1示意圖；
圖3、圖4為圖2實施例1中胚胎細胞培養器的結構示意圖；
圖5為圖3胚胎細胞培養器中一個培養室結構及它與入液管道、出液管道連接示意
圖；
圖6為圖2實施例1中營養室的結構不意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合實施例附圖對本發明詳細說明。
[0024]圖1適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統，包括胚胎細胞培養器1、兩個營養室(a、b)及蠕動泵。胚胎細胞培養器I為自行設計，它提供胚胎細胞培養所需的空間、營養物質、機械力刺激及電磁環境等。胚胎細胞培養器I主要包含至少兩個培養室，由環繞所述培養室的線圈產生電磁場來模擬動物體內電磁環境。兩個營養室(a、b)分別用娃膠軟管與胚胎細胞培養器I連通，且兩個營養室互連形成系統循環迴路。兩個營養室為胚胎細胞培養提供營養物質、生長因子等，可通過兩種方法為胚胎細胞培養器I提供營養液:一種是直接將胚胎細胞培養所需的營養物質加入營養室從而進入整個系統；另一種是在營養室植入滋養層細胞，將其產生的分泌物作為營養物質進入整個培養系統。胚胎細胞培養需要的營養物質、生長因子等可參考現有相關文獻。
[0025]圖2實施例1系統包括胚胎細胞培養器1、營養室2、提供動力的蠕動泵4和低頻交流信號發生器17等。
[0026]如圖3、圖4、圖5所示，胚胎細胞培養器I包含殼體1』，在殼體I』中設置四個培養室6、四個培養室6兩邊有入液管道10和出液管道12，各培養室6均採用杯形容器結構，靠近其底部設置下進液管11，靠近其上口部設置上出液管13，四個下進液管11分別連通入液管道10，四個上出液管13分別連通出液管道12。
[0027]環繞殼體I』的外周壁安裝一線圈14，線圈14和開關16串聯後連接於低頻交流信號發生器17的輸出端。低頻交流信號發生器17通過線圈14產生電磁場，且四個培養室6位於線圈14產生的電磁場內。磁場強度在10-15T-10-ΜT之間可達到胚胎細胞生長的最好電磁效果。
[0028]玻璃蓋9放置於四個培養室6上面,玻璃蓋9能夠密封四個培養器6的上口 ；同時透過玻璃蓋可觀測培養室6內部環境及細胞生長狀況。
[0029]兩個營養室2如圖6,用於儲存或產生培養胚胎細胞所需的營養液。營養室2設有入液口 18、出液口 19和注射口 20，通過注射口 20可以為營養室2注入營養液。參照圖2，一個營養室2的入液口 18通過矽膠軟管5連通所述出液管道12的出口端8，另一個營養室2的出液口 19通過矽膠軟管5連通所述入液管道10的進口端7，且一個營養室2的出液口 19和另一個營養室2的入液口 18用另一條矽膠軟管5連接構成循環迴路。把該另一條矽膠軟管5夾持在蠕動泵4的擠壓裝置中，泵頭與該軟管接觸擠壓實現軟管內液體的低速流動。[0030]蠕動泵4作為動力源，蠕動泵通過其泵頭作用於所述矽膠軟管5提供將營養物質等從營養室傳輸到胚胎細胞培養器所需的動力，並使液體內部產生壓力差，使所述營養物質等在所述營養室2與所述培養室6之間循環流動，在胚胎細胞培養器的培養室6內形成液流衝擊效果。
[0031]上述胚胎細胞培養器I的各培養室6米用並聯方式提供營養液流動,並各培養室6均被玻璃蓋9密封，可將它們內部生長的胚胎細胞(不同的胚胎細胞或相同的胚胎細胞)限制在各自培養室中，實現各培養室的細胞互不接觸，營養物質、生長因子等循環流動的共培養狀態。非常適合於在一些培養室中的胚胎細胞和另一些培養室中的其他細胞非接觸共培養。
[0032]通過實施例1培養系統培養胚胎時，在培養室6中放入胚胎細胞，營養室2內植入滋養層細胞(分泌產生不同的營養物質和生長因子等)；打開蠕動泵4，讓營養物質在培養系統的循環迴路內循環流動起來，不斷地向培養室6內的胚胎細胞供給營養，同時帶走胚胎細胞分泌物；並開啟開關16，低頻交流信號發生器17驅動線圈14產生需要的電磁場，使四個培養室6內的胚胎細胞在該電磁環境下生長。
[0033]調節蠕動泵4可調節營養物質(或營養液)在該循環迴路內的流動速度，實現在電磁環境下對胚胎細胞和滋養層細胞的動態循環共培養。該循環迴路內營養物質的流動速度在0.0002-100ml/min範圍調節即可滿足要求。
[0034]在胚胎細胞培養器I中，由於線圈14環繞四個培養室6設置,營養物質(或營養液)從培養室6的底部的下進液管11進入(向上流出)，這樣四個培養室6位於線圈14產生的電磁場內。線圈14產 生的電磁場為培養室6內的胚胎細胞提供電磁環境，同時對培養室內的流動的營養液進行磁化處理。
[0035]實施例2培養系統和實施例1培養系統(圖2)結構相同，區別在於直接在營養室2內注入營養液，營養液中包含胚胎細胞生長所需的營養物質、生長因子等。
[0036]通過實施例2培養系統培養胚胎時,在培養室6中放入胚胎細胞,營養室2內注入含有胚胎細胞生長所需的營養物質、生長因子等的營養液；開啟開關16，低頻交流信號發生器17驅動線圈14產生需要的電磁場，作用於四個培養室6內的胚胎細胞；並打開蠕動泵4,讓營養液在培養系統內以0.0002ml/min、5ml/min或50ml/min流速循環流動起來,不斷地向所述培養室6內的胚胎細胞供給營養，同時帶走胚胎細胞的分泌物。
[0037]以上通過具體實施例對本發明做了詳細的說明，這些具體的描述不能認為本發明僅僅限於這些實施例的內容。本領域技術人員根據本發明構思、這些描述並結合本領域公知常識做出的任何改進、等同替代方案，均應包含在本發明權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種適用於胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養系統，其特徵在於包括: 一胚胎細胞培養器，它包含殼體，在該殼體中設置至少兩個可密封的培養室、與所述培養室的下進液管連接的入液管道以及與所述培養室的上出液管連接的出液管道；環繞所述培養室設一線圈，該線圈由低頻交流信號發生器驅動產生模擬動物體內的電磁場； 至少一個營養室，用於儲存或產生培養胚胎細胞所需的營養液，該營養室入液口、出液口分別通過矽膠軟管連通所述出液管道和所述入液管道；及 蠕動泵，它作用於所述矽膠軟管使所述營養液在所述營養室與所述培養室之間循環流動。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述培養室採用杯形容器結構，所述下進液管設置於靠近所述培養室的底部，所述上出液管設置於靠近所述培養室的上口部。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述線圈安裝於所述殼體外周壁，且所述培養室位於所述電磁場內，所述電磁場的磁場強度為IO-15F-JO-bT。
4.根據權利要求1或3所述的系統，其特徵在於:所述低頻交流信號發生器輸出.0.1-300HZ的正弦交流信號。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於:在所述培養室上面安裝能夠密封所述培 養器的玻璃蓋。
6.基於權利要求1-5任一項所述系統的胚胎細胞體外動態循環非接觸共培養方法，其特徵在於包括以下步驟: 51、配置內設至少兩個可密封的培養室的胚胎細胞培養器，用至少一個營養室儲存或產生培養胚胎細胞所需的營養液，通過矽膠軟管連通該營養室和所述培養室形成循環迴路； 52、由低頻交流信號發生器驅動環繞所述培養室的線圈產生模擬動物體內電磁環境的電磁場，作用於所述培養室內的胚胎細胞；同時蠕動泵作用於所述矽膠軟管使所述營養液在所述營養室與所述培養室之間循環流動，不斷地向所述培養室內的胚胎細胞供給營養，同時帶走胚胎細胞分泌物。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:所述營養液的流速為0.0002-100ml/min,所述電磁場的磁場強度為IO-1sT-1Q-vsT ο
8.根據權利要求6或7所述的方法，其特徵在於:所述低頻交流信號發生器輸出.0.1-300HZ的正弦交流信號。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:所述營養液以並聯方式進入和流出所述培養室，當所述營養液從所述培養室的靠近底部的下進液管進入時，所述營養液對胚胎細胞形成流體衝擊效果。
10.用於權利要求1-5任一項所述系統的一種胚胎細胞培養器，其特徵在於包括:殼體；在該殼體中設置至少兩個培養室、與所述培養室的下進液管連接的入液管道以及與所述培養室的上出液管連接的出液管道；環繞所述培養室設一線圈，該線圈由低頻交流信號發生器驅動產生模擬動物體內電磁環境的電磁場；於所述培養室上面安裝能夠密封所述培養器的玻璃蓋；其中，所述線圈安裝於所述殼體外周壁；所述低頻交流信號發生器輸出.0.1- 300HZ的正弦交流信號。
【文檔編號】C12N5/073GK103966093SQ201410173738
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】彌勝利, 劉長勇, 徐圓圓, 孫偉, 雷安民, 劉多靜, 蘇鑫, 孔彬 申請人:清華大學深圳研究生院