体外肝细胞异质性培养装置的制作方法

本发明涉及细胞培养技术领域，具体提供一种体外肝细胞异质性培养装置。

背景技术：

在研究肝细胞在体外的生理功能方面，国内外众多学者采用了多种方法，比如三明治培养、球形聚集培养、微流控芯片培养以及3d打印培养等，用于模拟体内肝细胞生长坏境，从而使体外培养的肝细胞具有更接近体内生长时的生理功能。虽然三维培养和共培养研究明显优于普通平板培养和单培养，但是上述培养过程中基本忽略体内肝细胞异质性这一基本生理特点。肝脏最小结构单位为肝小叶，每个肝小叶由众多条索状的肝板组成，每个肝板中靠近门静脉分支区域的肝细胞称为1区肝细胞，靠近中央静脉的肝细胞称为3区肝细胞，两者之间称为2区肝细胞。不同区域肝细胞在生理功能、代谢能力、对外来物质的敏感性等方面具有不同的特点，这被称为肝细胞异质性。其中，1区肝细胞在糖原分解、糖异生、尿素合成、胆固醇合成、ⅱ相酶物质代谢方面更加高效，3区肝细胞在葡萄糖摄取、糖原储存、谷氨酰胺合成、酒精降解、ⅰ相酶物质代谢方面更加高效。

基于上述现状，如何在体外构建模拟体内肝细胞异质性分布的肝细胞体外培养装置，就成为亟需解决的技术问题。有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了在体外构建模拟体内肝细胞异质性分布的的肝细胞体外培养装置，本发明提供了一种体外肝细胞异质性培养装置，包括：诱导单元，其用于细胞异质性诱导；培养单元，其用于细胞异质性培养；检测单元，其用于检测细胞异质性；存储单元，其用于存储细胞异质性检测数据；通信单元，其用于发送检测单元检测的细胞异质性检测数据；温度控制单元，其用于控制诱导单元和/或培养单元的温度；试剂供给单元，其用于向诱导单元供给诱导液，和/或向培养单元供给培养液。

在上述培养装置的优选技术方案中，诱导单元包括用于形成浓度梯度的流体分流通道以及与流体分流通道相通的细胞诱导区域，流体分流通道上设有多个培养基入口。

在上述培养装置的优选技术方案中，分流通道包括主通道以及与主通道连通的多个支通道。

在上述培养装置的优选技术方案中，细胞诱导区域呈井字形，其两个纵向通道顶端与流体分流通道的末端连通，以通入诱导液；纵向通道底端开设废液出口；其两个横向通道的一侧均开设有细胞液入口，其两个横向通道的另一侧均开设有与培养单元联通的出口。

在上述培养装置的优选技术方案中，培养单元包括至少两个细胞异质性培养腔室，细胞异质性培养腔室和细胞诱导区域联通，且相连的两个细胞异质性培养腔室通过半透膜连接，培养腔室内设有培养芯片。

在上述培养装置的优选技术方案中，培养芯片包括细胞培养池和细胞培养皿，细胞培养池位于细胞培养皿的底部，细胞培养池上设有多个培养孔。

在上述培养装置的优选技术方案中，检测单元包括顶板、底板以及位于顶板和底板之间的通道板，通道内设有网状分离腔室，分离腔室用于富集细胞。

在上述培养装置的优选技术方案中，通信单元为蓝牙模块、nfc模块或wifi模块。

在上述培养装置的优选技术方案中，试剂供给单元包括：诱导液试剂瓶，其用于向诱导单元供给诱导液；培养液试剂瓶，其用于向培养单元供给培养液清洗液试剂瓶，其用于向诱导单元和培养单元供给清洗液。

在上述培养装置的优选技术方案中，还包括控制单元，其用于控制诱导单元诱导细胞异质性；其用于控制培养单元培养细胞异质性；其用于控制检测单元检测细胞异质性；其用于控制存储单元存储细胞异质性检测数据；其用于控制通信单元发送细胞异质性检测数据；其用于控制温度控制单元控制诱导单元和/或培养单元的温度；其用于控制试剂供给单元向诱导单元供给诱导液，和/或向培养单元供给培养液，和/或向诱导单元和培养单元供给清洗液。

本领域技术人员能够理解的是，本发明通过诱导单元的流体分流通道形成浓度梯度的诱导液后通入细胞诱导区域，模拟肝细胞异质性分布形成的内环境，其模拟的肝细胞异质性更符合肝细胞的生理状态。

进一步地，异质性细胞诱导完成后，还可以继续进行异质性细胞的培养，本发明培养装置包括至少两个培养细胞异质性培养腔室，可以同时培养多种异质性细胞；相连的两个细胞异质性培养腔室通过半透膜连接，使得相邻的两个细胞异质性培养腔室中细胞所释放的细胞因子、抗体等小分子物质可以通过半透膜进入与其相邻的细胞异质性培养腔室中为其细胞培养所利用，且相邻的两个细胞异质性培养腔室中所培养的异质性细胞不会透过半透膜进行混合，采用本培养单元可以有效降低目标细胞的培养成本，并且装置结构简单易实现，具有良好的市场应用前景。

进一步地，检测单元把异质性肝细胞的样品制备、分离检测等基本操作单位集成或基本集成于一块芯片上，用以完成不同的过程，并对其产物进行分术，价格便宜、操作灵活、便于携带等特点。

附图说明

图1是本发明的体外肝细胞异质性培养装置的框体示意图；

图2是本发明的诱导单元的结构示意图；

图3是本发明的培养单元的结构示意图；

图4是本发明的检测单元的结构示意图。

其中，1、诱导单元；11、流体分流通道；111、主通道；112、支通道；12、细胞诱导区域；2、培养单元；21、培养腔室；22、培养芯片；221、培养池；2211、培养孔；222、培养皿；3、检测单元；31、顶板；32、底板；33、通道板；4、存储单元；5、通信单元；6、温度控制单元；7、试剂供给单元。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“底”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图4，图1是本发明的体外肝细胞异质性培养装置的框体示意图；图2是本发明的诱导单元的结构示意图；图3是本发明的培养单元的结构示意图；图4是本发明的检测单元的结构示意图。如图1所示，本发明的体外肝细胞异质性培养装置包括：诱导单元1，其用于细胞异质性诱导；培养单元2，其用于细胞异质性培养；检测单元3，其用于检测细胞异质性；存储单元4，其用于存储细胞异质性检测数据；通信单元5，其用于发送检测单元3检测的细胞异质性检测数据；温度控制单元6，其用于控制诱导单元1和/或培养单元2的温度；试剂供给单元7，其用于向诱导单元1供给诱导液，和/或向培养单元2供给培养液。

在一种较佳的实施方式中，如图2所示，诱导单元1包括用于形成浓度梯度的流体分流通道11以及与流体分流通道11相通的细胞诱导区域12，流体分流通道11上设有多个培养基入口。

优选地，分流通道包括主通道111以及与主通道111连通的多个支通道112，用于分流不同浓度梯度的诱导液，模拟肝细胞异质性分布形成的内环境，其模拟的肝细胞异质性更符合肝细胞的生理状态。

优选地，细胞诱导区域12呈井字形，其两个纵向通道顶端与流体分流通道11的末端连通，以通入诱导液；纵向通道底端开设废液出口；其两个横向通道的一侧均开设有细胞液入口，其两个横向通道的另一侧均开设有与培养单元2联通的出口。

在一种较佳的实施方式中，如图3所示，培养单元2包括至少两个细胞异质性培养腔室21，细胞异质性培养腔室21和细胞诱导区域12联通，且相连的两个细胞异质性培养腔室21通过半透膜连接，培养腔室21内设有培养芯片22。优选地，培养单元2包括两个细胞异质性培养腔室21，和细胞诱导区域12的横向通道一一对应。更进一步底，培养单元2还包括备用的细胞异质性培养腔室21，当一个培养腔室21被污染不能继续使用时，能够继续培养肝细胞，采用备用腔室培养肝细胞，确保了肝细胞异质性的培养能够顺利进行。

优选地，培养芯片22包括细胞培养池221和细胞培养皿222，细胞培养池221位于细胞培养皿222的底部，细胞培养池221上设有多个培养孔2211，每一个异质性肝细胞在与其对应的一个培养孔2211内培养，单独培养，避免了相互之间影响。

在一种较佳的实施方式中，如图4所示，检测单元3包括顶板31、底板32以及位于顶板31和底板32之间的通道板33，通道内设有网状分离腔室，分离腔室用于富集细胞。检测单元3把异质性肝细胞的样品制备、分离检测等基本操作单位集成或基本集成于一块芯片上，用以完成不同的过程，并对其产物进行分术，价格便宜、操作灵活、便于携带等特点。

在一种较佳的实施方式中，通信单元5为蓝牙模块、nfc模块或wifi模块，实现了培养装置的无线通讯功能，通过通信单元5将监测数据发送给电脑端、或者平板、手机等移动端，便于随时观察数据。

优选地，还包括云端服务器，通信单元5将监测数据发送至云端服务器，便于数据的存储。

在一种较佳的实施方式中，试剂供给单元7包括：诱导液试剂瓶，其用于向诱导单元1供给诱导液；培养液试剂瓶，其用于向培养单元2供给培养液；还包括清洗液试剂瓶，其用于向诱导单元1和培养单元2供给清洗液。

尽管图中未示出，为了实现对培养装置的控制，还包括控制单元，其用于控制诱导单元1诱导细胞异质性；其用于控制培养单元2培养细胞异质性；其用于控制检测单元3检测细胞异质性；其用于控制存储单元4存储细胞异质性检测数据；其用于控制通信单元5发送细胞异质性检测数据；其用于控制温度控制单元6控制诱导单元1和/或培养单元2的温度；其用于控制试剂供给单元7向诱导单元1供给诱导液，和/或向培养单元2供给培养液，和/或向诱导单元1和培养单元2供给清洗液。

在物理形式上，该控制机构可以是任何类型的控制器，例如可编程控制器、组合逻辑控制器等。

在一种较佳的实施方式中，温度控制单元6为温度控制器。

本实施例中，其细胞异质性培养方法具体如下：

(1)、通过温度控制器控制诱导单元1和诱导液的温度，将诱导单元1和诱导液的温度控制在第一预设温度范围内，用诱导液对诱导单元1浸润，再将肝细胞悬液加入到细胞诱导区域12并等待肝细胞贴壁生长，其中，肝细胞来源于原代肝细胞。

(2)、进一步地，待肝细胞贴壁生长之后，将向细胞诱导区域12加入肝细胞悬液的横向通道的一侧开设的细胞液入口关闭，从流体分流通道11持续匀速通入不同浓度或不同成分的诱导液，以便诱导形成异质性分布的肝细胞。

(3)、进一步地，待肝细胞形成异质性之后，将横向通道的另一侧开设的与培养单元2联通的出口打开，将异质性肝细胞转移至与其对应的细胞培养腔室21内，并在培养芯片22的培养孔2211上培养，在此过程中，通过培养液试剂瓶向培养单元2供给培养液，以供培养异质性肝细胞，并通过温度控制器控制培养单元2和培养液的温度，将培养单元2和培养液液的温度控制在第二预设温度范围内。

(4)在上述过程中，通过检测单元3检测细胞异质性，并通过通信单元5将监测数据发送至云端服务器或者移动端，便于数据的存储和及时观察数据。

(5)当细胞异质性培养结束，通过清洗液试剂瓶向诱导单元1和培养单元2供给清洗液，用于清洗诱导单元1和培养单元2。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。