一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括細(xì)胞培養(yǎng)板、搖床、信號(hào)發(fā)生器和細(xì)胞培養(yǎng)箱；細(xì)胞培養(yǎng)板固定在搖床上，可對(duì)細(xì)胞提供旋轉(zhuǎn)剪切力刺激；細(xì)胞培養(yǎng)板內(nèi)設(shè)有針電極和環(huán)形電極，信號(hào)發(fā)生器通過(guò)電極線(xiàn)與針電極和環(huán)形電極相連，可對(duì)細(xì)胞提供電刺激。本發(fā)明建立了旋轉(zhuǎn)剪切力刺激和電刺激聯(lián)合作用下的細(xì)胞培養(yǎng)方法，將促進(jìn)細(xì)胞、組織培養(yǎng)方法及相關(guān)組織工程反應(yīng)器的發(fā)展。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置，屬于細(xì)胞工程和組織工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]細(xì)胞培養(yǎng)是組織工程研究的重要方面，在保持細(xì)胞正常生理功能的前提下，如何經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高密度地獲得大量細(xì)胞，成為組織工程研究的重點(diǎn)之一。細(xì)胞在體內(nèi)受到多種因素的影響，如應(yīng)力、微電流、生長(zhǎng)因子等，這些因素對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)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(duì)細(xì)胞的增殖、分化及代謝等方面產(chǎn)生促進(jìn)作用。
[0003]力學(xué)環(huán)境的調(diào)控在細(xì)胞、組織工程培養(yǎng)過(guò)程中起著關(guān)鍵性作用，對(duì)其施加一定的剪切力，可以保持和進(jìn)一步發(fā)揮細(xì)胞的功能。研究表明剪切力作用后，大鼠成骨細(xì)胞增殖能力提高，細(xì)胞活性增強(qiáng)(吳丹等，2007)，細(xì)胞骨架上的交聯(lián)蛋白、a-肌動(dòng)蛋白和細(xì)絲蛋白的含量顯著增加，同時(shí)在流體剪切力作用后它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)鋪展得更開(kāi)(Wesley M etal.，2008);適合的流體剪切力可以促進(jìn)成骨細(xì)胞內(nèi)力敏感基因的表達(dá)及相關(guān)蛋白的合成，如即早基因、促炎癥基因(Celil A B et al.，2007)、骨橋蛋白(Ponik S M et al., 2007)等，有助于基質(zhì)礦化與骨重建。旋轉(zhuǎn)剪切力也能夠顯著促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖(HagaM, Yamashita A et al.，2003)。
[0004]除了復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境， 電學(xué)環(huán)境也是體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要微環(huán)境之一。通過(guò)模擬體內(nèi)細(xì)胞、組織生長(zhǎng)所處的電學(xué)微環(huán)境，能使細(xì)胞快速、優(yōu)質(zhì)擴(kuò)增。使用導(dǎo)電聚吡咯作為培養(yǎng)基質(zhì)材料對(duì)神經(jīng)細(xì)胞PC-12等進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)表明加電刺激比不加電刺激神經(jīng)節(jié)要增長(zhǎng)近一倍(Schmidt CE, et al., 1997;Ze Zhang, et al.，2007);通過(guò) 1V、5V、IOV和 15V 的脈沖電壓(頻率20Hz，脈沖寬度0.4ms)對(duì)成骨細(xì)胞進(jìn)行刺激，發(fā)現(xiàn)細(xì)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(xì)胞在納米材料表面的延伸率，對(duì)骨再生和骨折治療具有潛在應(yīng)用價(jià)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(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)。但細(xì)胞本身處于力、電刺激同時(shí)存在的環(huán)境，對(duì)于維持細(xì)胞正常功能、分化、分泌等都是非常重要的。而現(xiàn)有的細(xì)胞、組織培養(yǎng)方法很多都沒(méi)有結(jié)合這兩種環(huán)境影響。本發(fā)明綜合考慮了旋轉(zhuǎn)剪切力刺激和電刺激這兩種物理刺激因素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法不能對(duì)細(xì)胞提供旋轉(zhuǎn)剪切力、電刺激同時(shí)存在的物理環(huán)境的問(wèn)題，將細(xì)胞置于旋轉(zhuǎn)剪切力刺激與電刺激的聯(lián)合作用下，模擬體內(nèi)細(xì)胞生存環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)及分化。
[0007]本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括細(xì)胞培養(yǎng)板、搖床、信號(hào)發(fā)生器和細(xì)胞培養(yǎng)箱；細(xì)胞培養(yǎng)板固定在搖床上，并通過(guò)電極線(xiàn)與信號(hào)發(fā)生器連接；搖床放置于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器放置于細(xì)胞培養(yǎng)箱外；細(xì)胞培養(yǎng)箱兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)與外界相通的孔道，細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)的搖床電源線(xiàn)及電極線(xiàn)分別通過(guò)孔道與電源及信號(hào)發(fā)生器連接，細(xì)胞培養(yǎng)箱為密封結(jié)構(gòu)，細(xì)胞培養(yǎng)箱提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的二氧化碳、溫度和濕度環(huán)境;
[0008]所述的細(xì)胞培養(yǎng)板內(nèi)設(shè)有兩個(gè)金屬電極，即針電極和環(huán)形電極，針電極通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋的小孔垂直插入細(xì)胞培養(yǎng)板的培養(yǎng)孔內(nèi)，環(huán)形電極放置在細(xì)胞培養(yǎng)板底座上；針電極和環(huán)形電極分別與信號(hào)發(fā)生器的正極、負(fù)極連接；
[0009]當(dāng)搖床旋轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)板中的細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力刺激；信號(hào)發(fā)生器可通過(guò)電極對(duì)細(xì)胞加載電刺激。通過(guò)改變信號(hào)發(fā)生器的電壓或者電流，提供不同大小的電刺激，電刺激為恒電壓、脈沖電壓或者直流微電流等。當(dāng)搖床與信號(hào)發(fā)生器同時(shí)工作時(shí)能對(duì)細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011](1)本發(fā)明提供的力電聯(lián)合刺激加載方式更接近于細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育的體內(nèi)環(huán)境，力電聯(lián)合作用可改善細(xì)胞生長(zhǎng)條件，從而促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、提高細(xì)胞活性；
[0012](2)本發(fā)明既可用于細(xì)胞、組織培養(yǎng)，也可用于細(xì)胞、組織生長(zhǎng)研究，并且對(duì)細(xì)胞體外擴(kuò)增有積極的意義；
[0013](3)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，具有較大的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明細(xì)胞培養(yǎng)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖中:
[0017]1-信號(hào)發(fā)生器 2-電極線(xiàn)3-細(xì)胞培養(yǎng)板4-搖床5-細(xì)胞培養(yǎng)箱
[0018]301-針電極 302-環(huán)形電極303-細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋304-細(xì)胞培養(yǎng)板底座【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明是一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖1所示的，包括信號(hào)發(fā)生器1、電極線(xiàn)2、細(xì)胞培養(yǎng)板3、搖床4和細(xì)胞培養(yǎng)箱5 ；
[0021]細(xì)胞培養(yǎng)板3固定在搖床4上，放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱5中。電極線(xiàn)2連接細(xì)胞培養(yǎng)板3的電極與信號(hào)發(fā)生器I的正、負(fù)極。搖床4的電源線(xiàn)從細(xì)胞培養(yǎng)箱5的孔道穿出連接電源，電極線(xiàn)2從細(xì)胞培養(yǎng)箱5的孔道穿出與信號(hào)發(fā)生器連接。細(xì)胞培養(yǎng)箱5為密封結(jié)構(gòu)，提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的二氧化碳、溫度和濕度環(huán)境；
[0022]細(xì)胞培養(yǎng)板3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)設(shè)有兩個(gè)金屬電極，即針電極301和環(huán)形電極302，針電極301通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋303的小孔垂直插入細(xì)胞培養(yǎng)板3的培養(yǎng)孔內(nèi)，環(huán)形電極302放置在細(xì)胞培養(yǎng)板底座304上；針電極301和環(huán)形電極302分別與信號(hào)發(fā)生器I的正極、負(fù)極連接；細(xì)胞接種在細(xì)胞培養(yǎng)板底座304的培養(yǎng)孔內(nèi)；
[0023]當(dāng)搖床4旋轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)板3中的細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力刺激；信號(hào)發(fā)生器I可通過(guò)電極301和302對(duì)細(xì)胞加載電刺激。當(dāng)搖床4與信號(hào)發(fā)生器I同時(shí)工作時(shí)能對(duì)細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激。
[0024]本發(fā)明的細(xì)胞培養(yǎng)具體過(guò)程如下:
[0025]將細(xì)胞接種于細(xì)胞培養(yǎng)板底座304的培養(yǎng)孔內(nèi)，將環(huán)形電極302放置在細(xì)胞培養(yǎng)板底座304上。蓋上細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋303，從頂蓋303的小孔插入針電極301。通過(guò)電極線(xiàn)2將針電極301、環(huán)形電極302連接至信號(hào)發(fā)生器I的正、負(fù)極上。將細(xì)胞培養(yǎng)板3固定在搖床4上，通過(guò)搖床4的運(yùn)動(dòng)，提供旋轉(zhuǎn)剪切力刺激；信號(hào)發(fā)生器I與細(xì)胞培養(yǎng)板3內(nèi)針電極301、環(huán)形電極302相連提供電刺激，在加載期間使細(xì)胞處于旋轉(zhuǎn)剪切力和電刺激雙重刺激的環(huán)境下生長(zhǎng)，完成細(xì)胞的培育。
[0026]實(shí)施例:
[0027]在無(wú)菌條件下把1-3天齡SD大鼠乳鼠的成骨細(xì)胞按1X 105/cm2密度接種在細(xì)胞培養(yǎng)板底座304的培養(yǎng)孔內(nèi)，預(yù)培養(yǎng)3天后，放入環(huán)形電極302。蓋上細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋303，從細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋的小孔內(nèi)插入針電極301。通過(guò)電極線(xiàn)2將針電極301、環(huán)形電極302連接至信號(hào)發(fā)生器I的正、負(fù)極上。將細(xì)胞培養(yǎng)板3固定在搖床4上。打開(kāi)調(diào)節(jié)好的搖床4和信號(hào)發(fā)生器I，使得旋轉(zhuǎn)剪切力刺激和電刺激聯(lián)合作用于成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞在旋轉(zhuǎn)剪切力刺激和電刺激雙重刺激的環(huán)境下生長(zhǎng)。
[0028]施加的旋轉(zhuǎn)剪切力刺激為8dyn/cm2，電刺激為電脈沖信號(hào)，幅值為150mV，脈沖寬度為5ms，頻率為1Hz，刺激時(shí)間為12h。
[0029]上述旋轉(zhuǎn)剪切力刺激、電刺激參數(shù)的設(shè)置是根據(jù)所培養(yǎng)的細(xì)胞特點(diǎn)不同進(jìn)行選擇的。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于:包括細(xì)胞培養(yǎng)板、搖床、信號(hào)發(fā)生器和細(xì)胞培養(yǎng)箱，細(xì)胞培養(yǎng)板固定在搖床上，并通過(guò)電極線(xiàn)與信號(hào)發(fā)生器連接；所述的細(xì)胞培養(yǎng)板內(nèi)設(shè)有兩個(gè)金屬電極，即針電極和環(huán)形電極，針電極通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)板頂蓋的小孔垂直插入細(xì)胞培養(yǎng)板的培養(yǎng)孔內(nèi)，環(huán)形電極放置在細(xì)胞培養(yǎng)板底座上；針電極和環(huán)形電極分別與信號(hào)發(fā)生器的正極、負(fù)極連接； 搖床放置于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)，保證細(xì)胞的生長(zhǎng)環(huán)境，滿(mǎn)足其對(duì)溫度、濕度及CO2的要求；信號(hào)發(fā)生器放置于細(xì)胞培養(yǎng)箱外；當(dāng)搖床旋轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)板中的細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力刺激；信號(hào)發(fā)生器可通過(guò)電極對(duì)細(xì)胞加載電刺激。當(dāng)搖床與信號(hào)發(fā)生器同時(shí)工作時(shí)能對(duì)細(xì)胞加載旋轉(zhuǎn)剪切力和電聯(lián)合刺激。`
【文檔編號(hào)】C12M1/42GK103525700SQ201310414782
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】李萍, 樊瑜波, 牛旭鋒, 劉美麗, 田豐 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)