一种体外三维细胞或类器官培养装置及其培养系统

1.本发明涉及一种体外三维细胞或类器官培养装置及其培养系统。


背景技术：

2.生物学的发展使得外源化合物对机体的作用机制的研究从整体到分子甚至基因水平，这些都涉及到细胞培养技术，单层细胞培养是细胞培养常用的方法，它具有易操作、成本低和适用性强的优点，但是这种常规的单层细胞培养方法并不能够提供细胞生长发育所需的环境条件，而生长环境对于细胞的基因表达和行为具有至关重要的意义，因此单层细胞培养具有细胞培养效果差的问题。
3.为解决上述问题，现有技术中常用的方法采用体外三维细胞或类器官培养，体外三维细胞或类器官培养技术能够模拟体内细胞之间信号传导的微环境，不仅能保证细胞培养所需微环境的物质结构基础，也能体现细胞培养的直观性和培养条件可控性，例如在公布号cn108913592a的发明专利申请中，提供了一种器官体外保存与培养装置及其方法，该装置包括恒温和循环系统，能够实现了器官在体外长时间的保存并保持健康，但是该培养装置只设计为一个单一箱体，因而仅能满足某一种细胞或类器官培养条件，因此具有培养装置设计单一和适用性低的问题。


技术实现要素：

4.为至少解决上述背景技术中提出的培养装置设计单一和适用性低的问题，本发明提供了一种体外三维细胞或类器官培养装置及其培养系统，该装置由于活动设置了具有用于培养体外三维细胞或者类器官的孔板结构，且孔板结构的数目可以轻易进行改变，以适应不同的体外三维细胞或者类器官培养条件，因此具有适用性强的优点。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面，本技术提供了一种体外三维细胞或类器官培养装置，包括基底、中心组件和顶盖；所述基底设置有第一凹槽，所述第一凹槽上设置有出液口，所述出液口用于流出培养液；所述中心组件放置在所述第一凹槽中，并且包括底板和多个孔板结构，其中所述孔板结构活动安装在所述底板上，用于培养体外三维细胞或类器官且能够适应不同体外三维细胞或类器官的培养需求；所述顶盖上设置有进液口，所述进液口设置在所述中心组件的上方，用于接收培养液并使其流入所述孔板结构，所述顶盖可拆卸安装在所述基底上，用于固定所述中心组件且能改变所述孔板结构的个数。
6.根据本发明的一个实施例：所述培养装置还包括密封垫，所述密封垫设置在所述顶盖和所述中心组件之间，用于密封所述孔板结构。
7.根据本发明的一个实施例：所述顶盖四周设置有第一连接件；所述基底四周设置有第二连接件，所述第一连接件和第二连接件用于连接所述顶盖和所述基底，以固定所述中心组件。
8.根据本发明的一个实施例：所述第一连接件包括第一螺孔，所述第二连接件包括
第二螺孔，且所述第一螺孔和第二螺孔的位置相对应，用于连接所述顶盖和所述基底。
9.根据本发明的一个实施例：所述顶盖上设置有第二凹槽，所述基底上设置有凸边，所述第二凹槽与所述第凸边的位置相对应，用于与所述凸边配合以密封所述中心组件。
10.根据本发明的一个实施例：所述孔板结构上设置有第一缺口和第二缺口，其中所述第一缺口设置在所述孔板结构的底部，所述第二缺口设置在所述第一缺口的对侧的顶部，所述第一缺口用于培养液流入所述孔板结构，所述第二缺口用于流出培养液。
11.根据本发明的一个实施例：所述第二缺口与所述底板之间设置有凹陷结构，用于为流出的培养液进行引流。
12.根据本发明的一个实施例：所述中心组件设置有底座，用于与所述基底上的第一凹槽配合，以固定所述中心组件。
13.根据本发明的一个实施例：所述进液口的位置设置有第一接头，所述出液口的位置设置有第二接头，所述第一接头用于流入培养液，所述第二接头用于流出培养液。
14.第二方面，本发明还提供了一种体外三维细胞或类器官培养系统，包括储液部分、动力部分和上述任意一项实施例所述的一种体外三维细胞或类器官培养装置。
15.本发明的技术方案，一种体外三维细胞或类器官培养装置，包括基底、中心组件和顶盖，顶盖上设置有进液口，进液口设置在中心组件的上方，基底设置有出液口，顶盖可拆卸安装在基底上，并且中心组件放置在基底中的第一凹槽中，并且包括底板和多个孔板结构，孔板结构活动安装在底板上，用于固定中心组件且能改变孔板结构的个数，本发明由于在底板上设计了可以改变个数的孔板结构，因此能够满足不同的三维细胞或类器官的培养需求，从而增加了培养装置的适用性。
附图说明
16.图1为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的简易图；图2为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的大型中心组件的简易图；图3为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图4为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图5为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图6为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图7为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图8为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图9为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图10为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图11为本发明一种体外三维细胞或类器官培养装置的一种实施例的简易图；图12为本发明一种体外三维细胞或类器官培养系统的简易图；图中：1-基底、2-中心组件、3-顶盖、4-第一凹槽、5-出液口、6-底板、7-孔板结构、8-进液口、10-第一螺孔、11-第二螺孔、12-第三凸起、13-第四凸起、14-螺丝、15-螺栓、20-方孔、21-圆孔、22-第三凹槽、37-第一接头、36-第二接头、50-培养机构、60-圆环凸起、70-圆柱凸起、80-凹陷。
具体实施方式
17.下面将结合说明书中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.根据本发明的第一方面，一种体外三维细胞或类器官培养装置，请参考图1，包括基底1、中心组件2和顶盖3，基底1设置有第一凹槽4，第一凹槽4上设置有出液口5，出液口5用于流出培养液；中心组件2放置在第一凹槽4中，并且包括底板6和多个孔板结构7，其中孔板结构7活动安装在底板6上，用于培养体外三维细胞或类器官且能够适应不同体外三维细胞或类器官的培养需求；顶盖3上设置有进液口8，进液口8设置在中心组件2的上方，用于接收培养液并使其流入孔板结构7，顶盖3可拆卸安装在基底1上，用于固定中心组件2且能改变孔板结构7的个数。
19.本发明的设置方式的使用方法为：使用时，首先根据体外三维细胞或类器官和个数和培养条件，确定所需的孔板结构7的个数，将孔板结构7安装在中心组件2的底板6上，随后将中心组件2放置在基底1的第一凹槽4中，最后将基底1和顶盖3密封连接，形成培养装置，培养液从顶盖3的进液口8流入中心组件2的孔板结构7中，培养液流入过多时从孔板结构7的顶端溢出，再从基底1的出液口5流出。
20.本发明的设置方式的工作原理为：顶盖3可拆卸安装在基底1上，因此不仅能够随时打开以更改孔板结构7的个数，而且也能时刻观察细胞或类器官的生长情况，且孔板结构7活动安装在底板6上，因此能够自由控制孔板结构7的个数，以满足不同的培养需求，例如底板上的孔板结构7的数量可以为2.3.4.5等任意数字的数量。
21.同时，请参考图2，将上述中心组件2当作一个单元，多个单元之间相互组合排列能够形成大型中心组件，包括2、4、8、16、24或其它多个单元相互组合形成的大型中心组件，用于满足大批量的体外三维细胞或类器官的培养，例如中心组件2包含4个孔板结构7，则大型中心组件可以包含6个中心组件2，即一共包含24个孔板结构7，其余设置与单个中心组件2相同，又或者中心组件2包含3个孔板结构7，则大型中心组件可以包含6个中心组件2，即一共包含18个孔板结构7，其余设置与单个中心组件2相同。其中上文以及下文提到的顶盖、中心组件和基底都可以通过3d打印或者热塑性塑料注塑成型得到例如，上述6个单元组成的大型中心组件：上述大型中心组件的设置方式为：基底上排列设置有六个上述第一凹槽4，每个第一凹槽4上放置一个单元，且在顶盖3上设置六个进液口8，每个进液口8设置在每个单元的上方，单个进液口8可以设置在单个顶盖3上，也可以多个进液口8设置在单个顶盖3上，使用时，每个单元放置在每个第一凹槽4中，将基底1和顶盖3密封连接，每个单元上方的进液口8都通入培养液，培养液进入每个单元后，再从孔板结构7的顶部流出，用于满足大批量的体外三维细胞或类器官的培养需求。
22.综上所述可知，本技术的技术方案，通过设置了可拆卸安装的顶盖3和基底1以及孔板结构7个数可变且孔板结构7活动安装在底板6上，从而具有可以满足不同的三维细胞或类器官的培养需求和增加培养装置的适用性的技术效果。
23.在一个实施例中，培养装置还包括密封垫，密封垫设置在顶盖3和中心组件2之间，
用于密封孔板结构7。
24.本实施例的设置方式为：在中心组件2和顶盖3之间设置密封垫，密封垫设置有开口区域，密封垫的尺寸和顶盖3的底面的尺寸相一致，其厚度应该为不影响顶盖3和基底1密封连接的厚度，其中开口区域的尺寸大于进液口8的尺寸，以方便培养液从进液口8流入，再经过上述开口区域流入孔板结构7中，密封垫的尺寸和厚度用于保证密封垫放入顶盖3和中心组件2中间时，不仅能够密封孔板结构7，也不影响顶盖3和基底1的紧密连接。
25.因此本实施例的设置方式由于设置了密封垫，因此具有使孔板结构7保持密闭状态和防止其被污染的技术效果。
26.在一个实施例中，顶盖3四周设置有第一连接件；基底1四周设置有第二连接件，第一连接件和第二连接件用于连接顶盖3和基底1，以固定中心组件2。
27.本实施例的设置方式为上述第一连接件包括第一凸起，第一凸起均匀的设置在顶盖3四周，且第一凸起上设置有卡扣，同理，第二连接件包括第二凸起，第二凸起均匀的设置在基底1四周，且设置位置与第一凸起相对应，第二凸起上设置有卡槽，每个卡槽和卡扣的位置完全对应，卡扣可以从卡槽中插入或者拔出，用来使顶盖3和基底1连接或者分离。例如，当需要将顶盖3和基底1连接以固定中心组件2时，本实施例的设置方式的使用方法为：将每一个卡扣插入对应位置的卡槽中，使顶盖3和基底1连接。
28.本实施例的设置方式由于设置了第一连接件和第二连接件，因此具有操作简单和易于制作的技术效果。
29.在一个实施例中，第一连接件包括第一螺孔，第二连接件包括第二螺孔，且第一螺孔和第二螺孔的位置相对应，用于连接顶盖3和基底1。
30.请参考图3，本实施例的设置方式为在顶盖3的四周均匀的设置第三凸起12，每个第三凸起12上设置有第一螺孔10，同理，在基底1的四周均匀的设置第四凸起13，第四凸起13与第三凸起12的位置相对应，每个第四凸起13上设置有第二螺孔11，且第一螺孔10和第二螺孔11的位置相对应，每个螺丝14分别穿过第一螺孔10和第二螺孔11后与螺栓15连接，螺栓15可以拧紧或者拧松，用来使顶盖3和基底1连接或者分离。例如，当需要将顶盖3和基底1分离以取出中心组件2时，本实施例的设置方式的使用方法为：将螺丝14上的螺栓15拧松，直至螺栓15完全离开螺丝14后，将螺丝14拔出，使顶盖3和基底1分开，以取出中心组件2。因此本实施例的设置方式由于设置了可以放置螺丝14和螺栓15的第一螺孔10和第二螺孔11，因此具有成本低、易操作和固定性能好的技术效果。
31.在一个实施例中，顶盖3上设置有第二凹槽，基底1上设置有凸边，第二凹槽与凸边的位置相对应，用于与凸边配合以密封中心组件2。
32.本实施例的设置方法为在顶盖3的侧边均设置有第二凹槽，在基底1的侧边均设置凸边，第二凹槽与凸边的位置相对应，例如，当上述顶盖3和基底1均为长方形时，在顶盖3的四周的侧边，即两长边和两宽边上均设置有第二凹槽，同理在基底1的两长边和两宽边均设置有凸边，其中凸边可以紧密插入第二凹槽中，从而实现对中心组件2的完全密封，本实施例的设置方式由于在顶盖3上设置了第二凹槽和在基底1上设置了凸边，因此能够将中心组件2进行密封，具有易制作和防止孔板结构7污染的有益效果。
33.在一个实施例中，孔板结构7上设置有第一缺口和第二缺口，其中第一缺口设置在孔板结构7的底部，第二缺口设置在第一缺口的对侧的顶部，第一缺口用于培养液流入孔板
结构7，第二缺口用于流出培养液。
34.请参考图4，本实施例的设置方法为：在孔板结构7上设置第一缺口,和第二缺口，其中第一缺口可以设置为方孔20，第二缺口可以设置为圆孔21，方孔20设置在孔板结构7的底部，且位于进液口8的下方，有利于从进液口8流入的培养液流入孔板结构7；圆孔21设置在方孔20的对侧的顶部，且其距离底板6的高度大于三维细胞或类器官培养所需基质胶的高度，有利于培养液将三维细胞或类器官全部覆盖进行培养后再从圆孔21流出。
35.本实施例的设置方式的工作原理为：培养液从方孔20流入孔板结构7后，其液面能够在孔板结构7中逐渐升高，直至其液面高于基质胶，以培养三维细胞或类器官，随后，在孔板结构7中的培养液的液面逐步升高到达圆孔21的高度，从而直接从圆孔21流出，到达出液口5，从出液口5流出，圆孔21的设置因其具有半圆形的边缘，便于培养液流出，因此本实施例的设置方式，由于在孔板结构7上设置了方孔20和圆孔21，因此具有培养液能够完全浸润细胞或类细胞和能够将培养液顺利流入和流出孔板结构7的有益效果。
36.在一个实施例中，第二缺口与底板6之间设置有凹陷结构，用于为流出的培养液进行引流。
37.本实施例的设置方式为：上述凹陷结构包括顶端与第二缺口的底端紧密连接的第三凹槽22，其中第二缺口为上述圆孔21，上述第三凹槽22在孔板结构7的外表面上，且位于圆孔21和底板6之间，本实施例的设置方式的工作原理为：培养液经上述圆孔21流出后，若不设置第三凹槽22，流出的培养液会在孔板结构7的外表面肆意流淌，不能快速的流入出液口5，因此本实施例的设置方式设置了第三凹槽22，其能对圆孔21流出的培养液进行引流，使其具有固定的流向，从而快速的流入出液口5，因此本实施例的设置方式具有装置简单且能提高培养液流通效率的技术效果。
38.在一个实施例中，中心组件2设置有底座，用于与基底1上的第一凹槽4配合，以固定中心组件2。
39.本实施例设置方式为，中心组件2的底座设置成凸台，上述凸台在中心组件2的底板6的底部，且向外凸出一定的高度，第一凹槽4的内底部继续向下设置有第四凹槽，且第四凹槽距离第一凹槽4的内底部的高度与凸台凸出的高度一致，因此凸台能够紧密坐落在第四凹槽中，使用时，仅需将凸台放置在第四凹槽中，就能固定中心组件2，使其不会在基底1中左右移动，同时放入中心组件2后，其内设置的孔板结构7也不会发生晃动，能够保持体外三维细胞或类器官的培养环境的稳定性，因此本实施例的设置方式通过设置凸台和第四凹槽，具有提高中心组件2和孔板结构7的稳定性的技术效果。
40.在一个实施例中，进液口8的位置设置有第一接头，出液口5的位置设置有第二接头，第一接头用于流入培养液，第二接头用于流出培养液。
41.请参考图5和6，本实施例的设置方式为：进液口8上方设置第一中空管，第一中空管远离进液口8的一端的外表面设置有第一螺纹，同理，出液口5上方设置第二中空管，第二中空管远离出液口5的一端的外表面设置有第二螺纹；第一接头37包括第三中空管，第三中空管的第一端的内表面设置有第三螺纹，第二端连接流通管，上述流通管用于运送培养液，同理，第二接头36包括第四中空管，第四中空管的第一端的内表面设置有第四螺纹，第二端连接流通管。其中，第一螺纹能够与第三中空管的第一端的内表面设置的第三螺纹螺旋连接，第二螺纹能够与第四中空管的第一端的内表面设置的第四螺纹螺旋连接，上述第一中
空管和第三中空管与第二中空管和第四中空管的连接方式和使用方法完全一致，因此以第一中空管和第三中空管为例介绍其连接方式和使用方法：第一中空管和第三中空管的连接方式为将第三中空管内表面设置有第三螺纹的第一端螺旋连接第一中空管带有第一螺纹的一端，因此第三中空管可以选择连接或者离开第一空中管，以第三中空管连接第一空中管为例，对其使用方法进行说明：使用时，仅需将用于培养液运送的流通管连接第三中空管的第二端，第三中空管的第一端再螺旋连接在第一空中管上，即能将培养液流入进液口8中，本实施例的设置方式由于设置了第一接头37和第二接头36，因此能够使进液口8和出液口5与流通管的连接可随时拆卸或者安装，因此具有易操作、成本低和实用性高的技术效果。
42.在一个实施例中，请参考图7，上述第二接头36与基底1的连接方式为第二接头36倾斜向上安装在基底1上，其安装方式包括插接和螺纹链接，倾斜向上的安装更加有利于使用人员将导管与第二接头36进行连接，同时倾斜向上的安装更加有利于培养液的流通，同样将上述中心组件当作一个单元，多个单元之间相互组合排列能够形成大型中心组件，包括2、4、8、16、24或其它多个单元相互组合形成的大型中心组件，与其配合的基底1上均可设置倾斜向上安装的第二接头36，本实施例的设置具有安装更加便捷且使用更加方便的技术效果。
43.在一个实施例中，中心组件2的底部设置有圆柱形凹槽，基底1上设置有圆柱形凸起，圆柱形凸起可以紧密插入圆柱形凹槽中，以固定中心组件2。本实施例的设置通过简单的圆柱形凸起和圆柱形凹槽能够将中心组件2固定在基底1上，具有设置简单且易制作的技术效果。
44.在一个实施例中，请参考图8，上述中心组件包括底板和单个培养机构50，单个培养机构50与基底1的连接方式可参考上述任一实施例中的中心组件2与基底1的连接方式，上述培养机构50的形状可以为圆形，其上设置有第三缺口，以供培养液流入，且与之配合的基底1的底部设置有支撑架，用于使基底1远离台面或者桌面，防止培养装置被污染，且以上述中心组件为一个培养单元，多个单元之间相互组合排列能够形成大型中心组件，包括2、3、6、10、16或其它多个单元相互组合形成的大型中心组件，每个培养机构的上方均设置有进液口，本实施例的设置具有能够适应不同的培养条件的技术效果。
45.在一个实施例中，请参考图9，顶盖3上设置有进液口8，进液口8的一侧表面设置有围绕进液口的圆环凸起60，圆环凸起60能够紧密插入单个培养机构50中，以对其进行密封，防止培养液从培养机构50中溢出，本设置具有设置简单且密封效果好的技术效果。
46.在一个实施例中，请参考图10，顶盖3上设置有进液口8，进液口8的一侧表面设置有围绕进液口的圆柱凸起70，圆柱凸起70能够紧密插入单个培养机构50中，以对其进行密封，防止培养液从培养机构50中溢出，本设置具有密封效果好的技术效果。
47.在一个实施例中，请参考图11，顶盖3上设置有进液口8，进液口8的一侧表面设置有围绕进液口8的凹陷80，进液口8设置在上述凹陷80的中间位置，该设置具有防止进液口8暴露在表面上防止进液口被污染的技术效果。
48.根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种体外三维细胞或类器官培养系统，请参考图12，该系统包括储液部分、动力部分和第一方面提到的一种体外三维细胞或类器官培养装置，在第一方面中已经对培养装置及其实施例进行了完整且清楚的说明，在此不
再过多说明。其中，储液部分包括储液瓶和与储液瓶配套的瓶塞，瓶塞中心位置设置有防止细菌进入培养系统的空气过滤器，进行气体交换避免杂菌污染；动力部分包括蠕动泵，且培养系统本身应包含为系统提供细胞生长所需要的适宜温度和二氧化碳浓度的培养箱。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。