一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置，包括细胞培养板、摇床、信号发生器和细胞培养箱；细胞培养板固定在摇床上，可对细胞提供旋转剪切力刺激；细胞培养板内设有针电极和环形电极，信号发生器通过电极线与针电极和环形电极相连，可对细胞提供电刺激。本发明建立了旋转剪切力刺激和电刺激联合作用下的细胞培养方法，将促进细胞、组织培养方法及相关组织工程反应器的发展。
【专利说明】一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置，属于细胞工程和组织工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]细胞培养是组织工程研究的重要方面，在保持细胞正常生理功能的前提下，如何经济、稳定、高密度地获得大量细胞，成为组织工程研究的重点之一。细胞在体内受到多种因素的影响，如应力、微电流、生长因子等，这些因素对细胞的生长有着重要的影响。适合的物理刺激如力刺激或电刺激可以对细胞的增殖、分化及代谢等方面产生促进作用。
[0003]力学环境的调控在细胞、组织工程培养过程中起着关键性作用，对其施加一定的剪切力，可以保持和进一步发挥细胞的功能。研究表明剪切力作用后，大鼠成骨细胞增殖能力提高，细胞活性增强(吴丹等，2007)，细胞骨架上的交联蛋白、a-肌动蛋白和细丝蛋白的含量显著增加，同时在流体剪切力作用后它们在细胞内铺展得更开(Wesley M etal.，2008);适合的流体剪切力可以促进成骨细胞内力敏感基因的表达及相关蛋白的合成，如即早基因、促炎症基因(Celil A B et al.，2007)、骨桥蛋白(Ponik S M et al., 2007)等，有助于基质矿化与骨重建。旋转剪切力也能够显著促进平滑肌细胞的增殖(HagaM, Yamashita A et al.，2003)。
[0004]除了复杂的力学环境， 电学环境也是体内细胞生长的重要微环境之一。通过模拟体内细胞、组织生长所处的电学微环境，能使细胞快速、优质扩增。使用导电聚吡咯作为培养基质材料对神经细胞PC-12等进行培养，实验表明加电刺激比不加电刺激神经节要增长近一倍(Schmidt CE, et al., 1997;Ze Zhang, et al.，2007);通过 1V、5V、IOV和 15V 的脉冲电压(频率20Hz，脉冲宽度0.4ms)对成骨细胞进行刺激，发现细胞增殖状况有了显著的提升(Ercan B，et al., 2008);电刺激能够显著增大成骨细胞在纳米材料表面的延伸率，对骨再生和骨折治疗具有潜在应用价值(Shijun Shao, et al.，2011)。
[0005]由上可知，分别加载力刺激或电刺激，能促进细胞的生长。但细胞本身处于力、电刺激同时存在的环境，对于维持细胞正常功能、分化、分泌等都是非常重要的。而现有的细胞、组织培养方法很多都没有结合这两种环境影响。本发明综合考虑了旋转剪切力刺激和电刺激这两种物理刺激因素对细胞生长的影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决现有方法不能对细胞提供旋转剪切力、电刺激同时存在的物理环境的问题，将细胞置于旋转剪切力刺激与电刺激的联合作用下，模拟体内细胞生存环境，促进细胞的生长及分化。
[0007]本发明的一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置，包括细胞培养板、摇床、信号发生器和细胞培养箱；细胞培养板固定在摇床上，并通过电极线与信号发生器连接；摇床放置于细胞培养箱内，信号发生器放置于细胞培养箱外；细胞培养箱两侧分别设有一个与外界相通的孔道，细胞培养箱内的摇床电源线及电极线分别通过孔道与电源及信号发生器连接，细胞培养箱为密封结构，细胞培养箱提供细胞生长所需的二氧化碳、温度和湿度环境;
[0008]所述的细胞培养板内设有两个金属电极，即针电极和环形电极，针电极通过细胞培养板顶盖的小孔垂直插入细胞培养板的培养孔内，环形电极放置在细胞培养板底座上；针电极和环形电极分别与信号发生器的正极、负极连接；
[0009]当摇床旋转时，可对细胞培养板中的细胞加载旋转剪切力刺激；信号发生器可通过电极对细胞加载电刺激。通过改变信号发生器的电压或者电流，提供不同大小的电刺激，电刺激为恒电压、脉冲电压或者直流微电流等。当摇床与信号发生器同时工作时能对细胞加载旋转剪切力和电联合刺激。
[0010]本发明的优点在于:
[0011](1)本发明提供的力电联合刺激加载方式更接近于细胞生长、发育的体内环境，力电联合作用可改善细胞生长条件，从而促进细胞生长、提高细胞活性；
[0012](2)本发明既可用于细胞、组织培养，也可用于细胞、组织生长研究，并且对细胞体外扩增有积极的意义；
[0013](3)本发明操作简单，稳定性好，具有较大的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置的结构示意图；
[0015]图2是本发明细胞培养板的结构示意图；
[0016]图中:
[0017]1-信号发生器 2-电极线3-细胞培养板4-摇床5-细胞培养箱
[0018]301-针电极 302-环形电极303-细胞培养板顶盖304-细胞培养板底座【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0020]本发明是一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置，如图1所示的，包括信号发生器1、电极线2、细胞培养板3、摇床4和细胞培养箱5 ；
[0021]细胞培养板3固定在摇床4上，放置在细胞培养箱5中。电极线2连接细胞培养板3的电极与信号发生器I的正、负极。摇床4的电源线从细胞培养箱5的孔道穿出连接电源，电极线2从细胞培养箱5的孔道穿出与信号发生器连接。细胞培养箱5为密封结构，提供细胞生长所需的二氧化碳、温度和湿度环境；
[0022]细胞培养板3的结构如图2所示，内设有两个金属电极，即针电极301和环形电极302，针电极301通过细胞培养板顶盖303的小孔垂直插入细胞培养板3的培养孔内，环形电极302放置在细胞培养板底座304上；针电极301和环形电极302分别与信号发生器I的正极、负极连接；细胞接种在细胞培养板底座304的培养孔内；
[0023]当摇床4旋转时，可对细胞培养板3中的细胞加载旋转剪切力刺激；信号发生器I可通过电极301和302对细胞加载电刺激。当摇床4与信号发生器I同时工作时能对细胞加载旋转剪切力和电联合刺激。
[0024]本发明的细胞培养具体过程如下:
[0025]将细胞接种于细胞培养板底座304的培养孔内，将环形电极302放置在细胞培养板底座304上。盖上细胞培养板顶盖303，从顶盖303的小孔插入针电极301。通过电极线2将针电极301、环形电极302连接至信号发生器I的正、负极上。将细胞培养板3固定在摇床4上，通过摇床4的运动，提供旋转剪切力刺激；信号发生器I与细胞培养板3内针电极301、环形电极302相连提供电刺激，在加载期间使细胞处于旋转剪切力和电刺激双重刺激的环境下生长，完成细胞的培育。
[0026]实施例:
[0027]在无菌条件下把1-3天龄SD大鼠乳鼠的成骨细胞按1X 105/cm2密度接种在细胞培养板底座304的培养孔内，预培养3天后，放入环形电极302。盖上细胞培养板顶盖303，从细胞培养板顶盖的小孔内插入针电极301。通过电极线2将针电极301、环形电极302连接至信号发生器I的正、负极上。将细胞培养板3固定在摇床4上。打开调节好的摇床4和信号发生器I，使得旋转剪切力刺激和电刺激联合作用于成骨细胞，成骨细胞在旋转剪切力刺激和电刺激双重刺激的环境下生长。
[0028]施加的旋转剪切力刺激为8dyn/cm2，电刺激为电脉冲信号，幅值为150mV，脉冲宽度为5ms，频率为1Hz，刺激时间为12h。
[0029]上述旋转剪切力刺激、电刺激参数的设置是根据所培养的细胞特点不同进行选择的。
【权利要求】
1.一种旋转剪切力和电联合刺激细胞培养装置，其特征在于:包括细胞培养板、摇床、信号发生器和细胞培养箱，细胞培养板固定在摇床上，并通过电极线与信号发生器连接；所述的细胞培养板内设有两个金属电极，即针电极和环形电极，针电极通过细胞培养板顶盖的小孔垂直插入细胞培养板的培养孔内，环形电极放置在细胞培养板底座上；针电极和环形电极分别与信号发生器的正极、负极连接； 摇床放置于细胞培养箱内，保证细胞的生长环境，满足其对温度、湿度及CO2的要求；信号发生器放置于细胞培养箱外；当摇床旋转时，可对细胞培养板中的细胞加载旋转剪切力刺激；信号发生器可通过电极对细胞加载电刺激。当摇床与信号发生器同时工作时能对细胞加载旋转剪切力和电联合刺激。`
【文档编号】C12M1/42GK103525700SQ201310414782
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】李萍, 樊瑜波, 牛旭锋, 刘美丽, 田丰 申请人:北京航空航天大学