專利名稱：模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于細胞培養(yǎng)技術領域。具體公開一種模擬機體內(nèi)環(huán)境的細胞自動化
培養(yǎng)裝置。
背景技術：
細胞培養(yǎng)是生物工程、生物制藥、生物資源可持續(xù)性利用和細胞醫(yī)療的基礎，完善的細胞培養(yǎng)技術體系是保證科研、生產(chǎn)和醫(yī)學應用的關鍵。機體內(nèi)的細胞在生長及分化過程中所處的環(huán)境不同，其生物學特性也會隨環(huán)境而改變。若要在體外培養(yǎng)出真實反映機體特性的細胞，就需有適宜的生物環(huán)境。如胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、維持骨髓干細胞增殖潛能的骨髓內(nèi)環(huán)境和誘導神經(jīng)干細胞發(fā)育成熟的腦脊液環(huán)境等。而現(xiàn)行的細胞培養(yǎng)體系不僅在模擬機體內(nèi)環(huán)境方面，而且在自動化培養(yǎng)和實時監(jiān)控方面尚不盡人意。特別是在在醫(yī)學技術領域，美國FDA和中國衛(wèi)生部均批準了癌癥的免疫細胞治療和造血干細胞治療。細胞治療是采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(如免疫淋巴細胞和干細胞等)，通過誘導培養(yǎng)和擴增培養(yǎng)等體外處理，使效應細胞達到臨床治療標準后回輸至患者體內(nèi)的一種新型治療方法。免疫細胞治療和造血干細胞治療癌癥得到國內(nèi)外醫(yī)療機構(gòu)日益廣泛地應用，具有較好的治療成效。其它干細胞治療研究也逐漸深入，干細胞技術被廣泛應用于脊髓損傷、自閉癥、唐氏綜合征、腦癱、腦外傷、進行性肌營養(yǎng)不良、共濟失調(diào)、運動神經(jīng)元病、腦發(fā)育不良、腦炎后遺癥、糖尿病足等疑難病癥的治療。然而，由于現(xiàn)行的細胞培養(yǎng)體系在模擬機體內(nèi)環(huán)境、自動化培養(yǎng)和實時監(jiān)控方面尚不盡人意，體外培養(yǎng)干細胞技術尚難達到臨床應用標準，干細胞基本上都直接采集于患者本人或相配異體，干細胞治療常常面臨缺乏相配供體和干細胞采集數(shù)量等不足。而現(xiàn)行免疫細胞治療的體外培養(yǎng)過程一般由人工操作完成，培養(yǎng)操作過程繁瑣，易發(fā)生微生物污染和交叉污染，難以確保整個過程的無菌化生產(chǎn)；人工培養(yǎng)方法，可重復性低，質(zhì)量不穩(wěn)定；同時還有效應細胞誘導和擴增數(shù)量少，培養(yǎng)成本較高，需要多次采集患者的淋巴細胞才能滿足癌癥反復多次治療的需要。為了解決上述問題，本申請人于2010年12月I日申請了一項申請?zhí)枮?201020635650. O、實用新型名稱為醫(yī)用細胞自動化生產(chǎn)裝置的專利，該專利能完全實現(xiàn)自動化，操作過程簡單方便，操作誤差小，重復性好，符合GMP標準，能廣泛適用于醫(yī)療和生物制藥等不同工作環(huán)境和場合。細胞的生長分化依賴于機體特定的生長環(huán)境和細胞間的相互作用，如胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、多能干細胞分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)細胞的腦脊髓環(huán)境等，然而現(xiàn)行細胞培養(yǎng)裝置模擬機體內(nèi)環(huán)境的設計欠缺，很難滿足特定細胞的培養(yǎng)要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，該裝置可模擬胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、多能干細胞分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)細胞的腦脊髓環(huán)境，以及干細胞發(fā)育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環(huán)境，誘導培養(yǎng)出特定的高質(zhì)量細胞滿足細胞基礎研究和應用的需要，同時模擬的體內(nèi)環(huán)境也為研究機體細胞生長分化機制奠定了基礎，有利于提高細胞培養(yǎng)質(zhì)量，增加細胞實驗的重復性，節(jié)約細胞培養(yǎng)成本，加快細胞培養(yǎng)技術的臨床轉(zhuǎn)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(xiàn)上述技術目的，本實用新型是按以下技術方案實現(xiàn)的本實用新型所述的一種模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，包括層流無菌的密封室，所述密封室內(nèi)設有內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置，進行胸腺、睪丸、腫瘤和骨髓等器官的組織或細胞培養(yǎng)，以模擬相應組織器官的內(nèi)環(huán)境，所述密封室內(nèi)設有模擬組織器官樣本入口和目的細胞培養(yǎng)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(yǎng)的內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置；所述目的細胞培養(yǎng)樣本入口連接對目的細胞誘導培養(yǎng)的細胞誘導培養(yǎng)裝置，其后通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內(nèi)環(huán)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于細胞間反應罐內(nèi)相互連通的正壓液體交換管、液體交換毛細管網(wǎng)和負壓液體交換管，所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(yǎng)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(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置包括內(nèi)環(huán)境模擬室，所述細胞間反應罐置于內(nèi)環(huán)境模擬室內(nèi)，這樣確保正壓液體交換管、液體交換毛細管網(wǎng)和負壓液體交換管與內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)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(yǎng)出特定的細胞。作為上述技術的更進一步改進，內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置內(nèi)均設有培養(yǎng)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(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)參數(shù)，各傳感器連接著控制器和計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可自動操作控制培養(yǎng)條件。作為上述技術的進一步改進，所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(diào)節(jié)開關和壓力感應器，實時監(jiān)控細胞間反應裝置的壓力差，調(diào)節(jié)管路液體流量和培養(yǎng)裝置間的液體交換。以下說明本實用新型所述的模擬內(nèi)環(huán)境細胞自動化培養(yǎng)裝置的工作原理目的細胞誘導培養(yǎng)裝置內(nèi)的目的細胞及其培養(yǎng)液在正壓裝置驅(qū)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(nèi)的醫(yī)用細胞及其培養(yǎng)液在負壓裝置的吸引下，回流至細胞誘導培養(yǎng)裝置。其中一部分目的細胞及其培養(yǎng)液流入細胞凈化裝置，以減少培養(yǎng)液內(nèi)的代謝產(chǎn)物和添加新鮮培養(yǎng)液。目的細胞及其培養(yǎng)液在正壓液體交換管、液體交換毛細管網(wǎng)和負壓液體交換管三個部分中與內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置內(nèi)模擬組織器官的分泌因子及其培養(yǎng)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(yǎng)出特定的細胞。在本實用新型中所述的正壓裝置驅(qū)使目的細胞誘導培養(yǎng)裝置中的目的細胞及其培養(yǎng)液緩慢流入到細胞間反應裝置，并且促使目的細胞的培養(yǎng)液排入至內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置；負壓裝置控制負壓液體交換管的負壓水平，從而有利于吸入內(nèi)環(huán)境模擬裝置中的模擬組織器官的分泌因子及培養(yǎng)液。液體交換毛細管網(wǎng)(或液體交換罐)則增加醫(yī)用細胞與模擬組織器官細胞的接觸面積和時間，從而實現(xiàn)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(wǎng)和負壓交換管是人體動脈、毛細血管和靜脈的仿生結(jié)構(gòu)，為目的細胞的生長提供了組織器官的模擬環(huán)境，有利于目的細胞分化、增殖和成熟，提高目的細胞培養(yǎng)質(zhì)量。與現(xiàn)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(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置可模擬胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、 多能干細胞分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)細胞的腦脊髓環(huán)境，以及干細胞發(fā)育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環(huán)境，有利于目的細胞分化、增殖和成熟，提高細胞培養(yǎng)質(zhì)量。(2)本實用新型所述模擬機體內(nèi)環(huán)境的的自動化細胞培養(yǎng)裝置能在細胞培養(yǎng)過程中，實現(xiàn)全程自動化監(jiān)控，顯著增加細胞實驗的重復性，有利于探索細胞體外增殖、分化和成熟規(guī)律，有利于篩選細胞的最佳培養(yǎng)方法，有利于細胞醫(yī)療的基礎和應用研究。(3)模擬體內(nèi)環(huán)境的的自動化細胞培養(yǎng)裝置的研發(fā)成功可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，便于 GMP管理，有利于提高細胞培養(yǎng)質(zhì)量，節(jié)約細胞培養(yǎng)成本，加快細胞培養(yǎng)技術的轉(zhuǎn)化與應用， 對提高人民健康水平，提升我國生物醫(yī)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(nèi)環(huán)境的的自動化細胞培養(yǎng)裝置可模擬胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、多能干細胞分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)細胞的腦脊髓環(huán)境，以及干細胞發(fā)育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環(huán)境，便于誘導培養(yǎng)出特定的細胞滿足細胞醫(yī)療的基礎研究和應用需要，同時模擬的體內(nèi)環(huán)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(jié)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(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型實施例二所述的模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)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(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，包括層流無菌的密封室1，所述密封室I內(nèi)設有內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2和目的細胞誘導培養(yǎng)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(yǎng)，以模擬相應組織器官的內(nèi)環(huán)境，所述密封室I內(nèi)設有模擬組織器官樣本入口 I和目的細胞培養(yǎng)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(yǎng)的內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2連接；所述目的細胞培養(yǎng)樣本入口 II與對目的細胞誘導培養(yǎng)的細胞誘導培養(yǎng)裝置3連接，其后通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內(nèi)環(huán)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及置于細胞間反應罐41內(nèi)相互連通的正壓液體交換管42、液體交換毛細管網(wǎng)43和負壓液體交換管44，所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(yǎng)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(diào)節(jié)并控制壓力的大小，所述目的細胞誘導培養(yǎng)裝置3與內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)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(diào)節(jié)開關7和負壓傳感器8 ;所述目的細胞誘導培養(yǎng)裝置3與內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)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(diào)節(jié)開關9和正壓傳感器10。所述內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2包括內(nèi)環(huán)境模擬室21，所述細胞間反應罐41 置于內(nèi)環(huán)境模擬室21內(nèi)，這樣確保正壓液體交換管42、液體交換毛細管網(wǎng)43和負壓液體交換管44與內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2內(nèi)的培養(yǎng)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(yǎng)出特定的細胞。內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置3內(nèi)均設有培養(yǎng)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(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)參數(shù)，各傳感器連接著控制器和計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可自動操作控制培養(yǎng)條件。所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(diào)節(jié)開關和壓力傳感器，實時監(jiān)控細胞間反應裝置的壓力差，調(diào)節(jié)管路液體流量和培養(yǎng)裝置間的液體交換。以下說明本實用新型所述模擬內(nèi)環(huán)境細胞自動化培養(yǎng)裝置的工作原理工作時，正壓裝置5驅(qū)使目的細胞誘導培養(yǎng)裝置3中的醫(yī)用細胞及其培養(yǎng)物緩慢流入到細胞間反應罐41，并且促使目的細胞的培養(yǎng)液排入內(nèi)環(huán)境模擬罐21 ;負壓裝置6控制負壓液體交換管的負壓水平，從而有利于吸入內(nèi)環(huán)境模擬罐21中的培養(yǎng)液。液體交換毛細管網(wǎng)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(xiàn)高效率的醫(yī)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(wǎng)和負壓交換管是人體動脈、毛細血管和靜脈的仿生結(jié)構(gòu)，為醫(yī)用細胞的生長提供了組織器官的模擬環(huán)境，有利于醫(yī)用細胞分化、增殖和成熟，提高目的細胞培養(yǎng)質(zhì)量。本實用新型所述的模擬機體內(nèi)環(huán)境的醫(yī)用細胞自動化培養(yǎng)裝置可模擬胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、多能干細胞分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)細胞的腦脊髓環(huán)境，以及干細胞發(fā)育成肝臟、胰臟、骨髓等組織器官的所需的微環(huán)境，便于誘導培養(yǎng)出特定的細胞滿足細胞醫(yī)療的基礎研究和應用需要，同時模擬的體內(nèi)環(huán)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(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置有利于提高細胞培養(yǎng)質(zhì)量，節(jié)約細胞培養(yǎng)成本，加快細胞培養(yǎng)技術的轉(zhuǎn)化與應用，對提高人民健康水平，提升我國生物醫(yī)藥競爭力具有重大的推動作用；將增加細胞培養(yǎng)實驗的重復性，有利于探索細胞體外增殖、分化和成熟規(guī)律，有利于篩選細胞的最佳培養(yǎng)方法，有利于細胞醫(yī)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，其不同之處在于所述內(nèi)環(huán)境模擬裝置為兩個，包括用于模擬胸腺、淋巴結(jié)內(nèi)環(huán)境的第一內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2a和用于模擬腫瘤內(nèi)環(huán)境的內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2b，可以根據(jù)實際需要將醫(yī)用細胞誘導培養(yǎng)裝置I得到的效應細胞對應地輸送至第一內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置2a或第二內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)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(nèi)環(huán)境，并通過液體交換毛細管網(wǎng)43延長效應細胞在該模擬的內(nèi)環(huán)境中存留的時間，有效提聞效應細胞的質(zhì)量。
權利要求1.一種模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，包括層流無菌的密封室，其特征在于 所述密封室內(nèi)設有內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置，所述密封室內(nèi)設有模擬組織器官樣本入口和目的細胞培養(yǎng)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(yǎng)的內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置；所述目的細胞培養(yǎng)樣本入口連接對目的細胞誘導培養(yǎng)的細胞誘導培養(yǎng)裝置，其后通過連接管依次連接對目的細胞進行機體內(nèi)環(huán)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于細胞間反應罐內(nèi)相互連通的正壓液體交換管、液體交換毛細管網(wǎng)和負壓液體交換管，所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(yǎng)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(jù)權利要求I所述的模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所述內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置包括內(nèi)環(huán)境模擬室，所述細胞間反應罐置于內(nèi)環(huán)境模擬室內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求2所述的模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所述內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置內(nèi)均設有培養(yǎng)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，各傳感器后連接有控制器和計算機監(jiān)控系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的模擬機體內(nèi)環(huán)境的自動化細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所述目的細胞誘導培養(yǎng)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(diào)節(jié)開關和壓力感應器。
專利摘要本實用新型屬于細胞培養(yǎng)技術領域。具體公開模擬機體內(nèi)環(huán)境細胞自動化培養(yǎng)裝置，包括層流無菌的密封室所述密封室內(nèi)設有內(nèi)環(huán)境模擬組織器官培養(yǎng)裝置和目的細胞誘導培養(yǎng)裝置。該裝置可模擬培養(yǎng)胚胎干細胞的低氧低滲環(huán)境、生殖細胞發(fā)育成熟過程中的睪丸內(nèi)環(huán)境，誘導T細胞發(fā)育成熟的胸腺環(huán)境、誘導神經(jīng)干細胞分化的腦脊液環(huán)境、以及相應干細胞分化發(fā)育成熟的組織器官環(huán)境如肝臟、胰臟、骨髓和腫瘤等內(nèi)環(huán)境，誘導培養(yǎng)出特定的高質(zhì)量細胞滿足細胞基礎研究和應用需要，同時模擬的體內(nèi)環(huán)境也為研究機體細胞生長、分化和成熟機制奠定了基礎，有利于提高細胞培養(yǎng)質(zhì)量，顯著增加細胞學研究的重復性，節(jié)約細胞培養(yǎng)成本，加快細胞培養(yǎng)技術的臨床轉(zhuǎn)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(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者張雁, 汪華 申請人:汪華