[实用新型]复合场三维细胞培养装置

说明书

本实用新型涉及细胞培养实验设备，特别是将应变场与电磁场复合作用于三维基质支架中的细胞进行细胞培养的实验装置。

在我国，因创伤、疾病而致的组织缺损病人数量越来越多，已成为最常见的临床问题，是致残的重要因素。组织缺损常用替换植入方法治疗。替换物包括异种、同种异体以及自体组织和人工合成材料。异种组织引起相当快速的排斥反应、同种异体移植排斥反应不可避免，且组织来源有限；自体组织移植会造成供区损伤以及所能供给的组织源有局限性；传统的人工合成材料植入后引起异物反应，继发感染及裸露等，这些都迫使科学工作者寻求新型组织替代物。

体外构建新型组织替代物要求将高浓度的功能相关的活细胞种植于天然或人工合成的细胞外基质中，形成与人体组织相同或类似的组织，然后移植于人体内“就地生长”，达到形成新的有功能的组织的目的。而现有的细胞培养方法不能适应体外构建新型组织替代物的需要，如：

传统的单层细胞贴壁培养是从体内取出组织细胞，模拟体内生理条件，在无菌、适当温度和一定营养条件下，使之生存和生长并维持其结构和功能的方法。这种方法中细胞是在二维平面内生长和增殖，要受到细胞接触抑制的影响；培养时间过长，特别是反复传代，很容易导致细胞发生变异或反分化现象(如软骨细胞)；传代时经消化处理，对细胞有一定的损伤。因此，用传统的细胞培养法其克隆形成率低，不能在体外生成三维组织结构。

为了提高克隆形成率，产生了微载体培养法，包括微囊培养法或中空纤维培养法。这些培养技术以微囊或中空纤维为载体，增加了细胞附着面积，达到大量培养细胞的目的(Jauregui HO et al Primary cultures of rat hepatocytes inhollow fiber chambers.In Vitro Cell Dev Biol，1994；30A：23)。用微载体细胞培养的主要特点是需要进行适宜的搅动，以增加细胞附着的面积，但却增加了细胞与载体附着和生长的随机性，不利于体外有目的地生产具有特定形态结构和功能的组织替代物。

新近发展的细胞三维培养技术，既充分考虑到细胞与基质接触面积，又使细胞能在三维空间生长和增殖，是目前体外构建组织替代物的首选技术(Naughton GK et al.Three-dimensional cell and tissue culture system.Int.PCT.WO90 02796,1990)。但是，普通的细胞三维培养技术仍然存在着细胞生长随机性强，没有确定方向；而且细胞生长缓慢，组织形成周期长的局限性，显然不利于临床应用。

本实用新型的目的正是为了克服上述现有技术中的不足之处而提供一种将细胞种植在三维基质支架中，置于应变场和电磁场复合作用下，使细胞在三维基质支架中取向生长，提高细胞代谢，促进其分泌功能，以构建出具有特定形态和功能的组织替代物的装置。

本实用新型是由微机系统、功率放大器等组成的控制部分；由步进电机、连杆机构构成的机械部分；由电源、亥姆霍兹线圈组构成的电磁部分和由培养瓶、种植有细胞的三维基质支架构成的组织反应器部分构成。微处理系统分别控制步进电机带动连杆机构上的丝杠作周期性往复运动和控制直流电源，输出脉冲电流，使绕在固定架上的亥姆霍兹线圈组产生电磁场；组织反应器是园柱形玻璃培养瓶，两端分别开有小孔固定夹持具和供丝杠伸出，种植有细胞的三维基质支架材料置于培养液中，两端由夹持具固定，设有培养瓶盖，固定在丝杠上的三维基质支架材料随丝杠运动产生动态应变场，应变场与电磁场复合作用于支架材料中的细胞，组织反应器置于CO₂培养箱中以保证细胞生长的外界条件，培养箱中设有散热器，培养箱上有专用孔作管线进出。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点和产生的积极效果：

1.采用折叠或卷成的三维基质支架，为细胞生长提供三维定向生长空间，极大地增加了细胞的附着面积；同时可在支架中加入各种促进细胞粘附、生长和分化的因子，有效地模拟在体内组织中细胞生长的微环境。

2.三维基质支架中的细胞在动态应变场中，在一定程度上增加了基质支架中细胞的通透性，提高了培养体系传热传质效果，从而显著改善了细胞在基质支架中的营养条件，提高了组织生成效率。

3.细胞在动态应变场和电磁场的复合作用下大大改善了细胞在三维基质支架中的生长条件，从而加快了细胞生长过程，使细胞培养周期缩短，代谢产物含量提高，细胞分泌胶原纤维量大，并按一定方向排列。

4.本实用新型结构简单、使用方便，应用广泛，给组织缺损病人带来福音。

以下是本实用新型附图的图面说明：