利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置

本发明属于生物工程，涉及一种细胞外泌体分泌装置，特别是利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置。

背景技术：

1、外泌体(exosomes)是一类由细胞分泌，直径大约在40～150nm的纳米级囊泡样结构，能够通过胞吞、膜融合等方式将其携带的蛋白质、脂类、dna、mirna、lncrna、mrna等物质释放进受体细胞中，经过信号分子的传递变化来使受体细胞的功能发生改变，从而实现调控炎症反应、促进细胞增殖迁移、促进血管生成和调控基质重建等目的。作为干细胞发挥生物学效应的重要途径，与干细胞相比，外泌体性质更稳定，保存运输方便，且没有细胞移植带来的免疫排斥反应和肿瘤形成等风险。尽管应用外泌体治疗疾病具有巨大潜力，但是外泌体的产量低的问题却成为其临床转化面临的最大的挑战之一。目前，提高细胞分泌外泌体的方法主要有通过3d细胞培养，机械力、磁场、声波、饥饿、缺氧、化学物质刺激细胞，能提升外泌体分泌效率至原来的3～10倍，但仍无法满足干细胞外泌体临床实验的需求。进一步提升干细胞外泌体分泌效率，成为当前干细胞外泌体治疗急需攻克的难关。

2、中国专利cn116355742a公开了一种促进细胞外泌体分泌的培养设备，包括细胞培养装置、气体传输装置、电刺激装置、过滤装置以及控制装置，细胞培养装置内盛放有培养液，气体传输装置用于向细胞培养装置内通入气体或抽出细胞培养装置内的气体以改变细胞培养装置的瓶内压力，电刺激装置通过线缆向培养液施加电流以刺激培养液内的细胞产生外泌体，过滤装置与细胞培养装置相连接以过滤培养液，控制装置则分别与气体传输装置及电刺激装置电连接以控制二者的启动与停止。该培养设备通过增加气体压力和电刺激促进细胞加速分泌外泌体。该专利细胞加电设备设计无电解质缓冲体系，电解产物将直接与细胞接触，会对细胞活力造成直接损伤，同时该设备设计对装置内电流电场无控制，细胞培养槽中不同位置的细胞感受到的电场电流差异大，无法满足外泌体标准化安全生产的要求。专利us20210054359a1、us20210093567、cn111194210a则公开了利用纳米电穿孔和其他非内吞的细胞转染制备治疗性外泌体的方法，在外加150v～220v、10ms脉冲电刺激时能使细胞外泌体产量增加近50～100倍，这些方法施加到细胞上的电信号强，能引起细胞膜穿孔，同时短时间内产生大量热量，相关研究也表明强电压刺激产生的热效应是该装置发挥促进细胞外泌体分泌的关键机制。此外，长期超过安全电压范围的强电刺激会影响细胞活力，所以该方法不适合作为促进细胞外泌体生产的长期方案。

3、因此亟待开发一种新型的促进细胞分泌外泌体的装置，以达到保持细胞活力的情况下，增加外泌体产量、推进外泌体技术产业化的效果。皮肤伤口、胚胎生长发育等过程中能产生生理性电场，强度在0～200mv/mm之内，生理性电场能引导细胞定向迁移。目前，生理性电场对细胞外泌体分泌的影响还无相关报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置。

2、本发明包括微流体细胞培养组件、细胞培养基池、盐桥和电解液池。

3、所述的微流体细胞培养组件包括多个叠放的细胞培养芯片，细胞培养芯片内开有微流体通道，微流体通道两端分别开口于细胞培养芯片的顶面和底面，其中顶面开口为通道入口，底面开口为通道出口；多个微流体通道通道依次串联，形成细胞培养通道，细胞培养通道的两端分别设置有导电引脚，两个导电引脚连接电压表。

4、每个细胞培养芯片结构相同，包括底板和盖板；底板的一面开有线槽，线槽为蛇形线槽或者螺旋线槽，线槽的一端底面开有通孔，形成微流体通道的出口；盖板上对应底板线槽另一端的位置开有通孔，形成微流体通道的入口；盖板固定覆盖在底板上，线槽和盖板构成微流体通道；多个细胞培养芯片叠放，相邻的一个细胞培养芯片的微流体通道出口对应另一个细胞培养芯片的微流体通道入口，多个细胞培养芯片的微流体通道依次串联，形成细胞培养通道，细胞培养通道开口于微流体细胞培养组件顶面，出口开口于底面。

5、两个细胞培养基池分别连通微流体细胞培养组件的细胞培养通道的入口和出口，两个细胞培养基池之间通过管路连通，管路上设置有输液泵；两个细胞培养基池分别通过盐桥与两个电解液池连通，电解液池内装有电解液，电解液内插有电极；两个电极通过电源和电压控制器连接，其中电源正极连接细胞培养通道入口一侧的电极，电源负极连接细胞培养通道出口一侧的电极。

6、本发明装置结构简单，易于控制，能够在保证外泌体效力的前提下，增加外泌体产量，提升外泌体的生产效率，同时实现可控、标准化生产。本发明能够保持细胞活力，细胞可传代，可持续生产，适合培养细胞、离体组织等，装置可重复利用。本发明培养装置的生产方式新颖可靠，提高了外泌体的产量，结构简单易于推广。

技术特征：

1.利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，包括微流体细胞培养组件、细胞培养基池、盐桥和电解液池；其特征在于：

2.如权利要求1所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：

3.如权利要求1所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：所述的微流体通道的高度为100～1000μm。

4.如权利要求1、2或3所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：每升steinberg’s溶液加入10～30g琼脂，加热摇匀后置于容器中，冷却至常温凝固，即为盐桥。

5.如权利要求1、2或3所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：细胞培养通道内设有传感器，用于监测通道内培养液的ph值和温度。

6.如权利要求1、2或3所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：通过电压控制器调整细胞电刺激电场强度为50～500mv/mm；

7.如权利要求6所述的利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置，其特征在于：电刺激为直流电刺激，交变电流刺激，或脉冲刺激。

技术总结
本发明公开了一种利用生理性电场调节细胞外泌体分泌的装置。本发明包括微流体细胞培养组件、细胞培养基池、盐桥和电解液池。微流体细胞培养组件包括多个叠放的细胞培养芯片，细胞培养芯片内开有微流体通道，多个细胞培养芯片的微流体通道依次串联，形成细胞培养通道，通道两端连接电压表。两个细胞培养基池分别连通细胞培养通道的入口和出口，两个细胞培养基池之间通过管路连通，管路上设置有输液泵。两个细胞培养基池分别通过盐桥与两个电解液池连通，电解液内插有电极，两个电极通过电源和电压控制器连接。本发明装置结构简单，易于控制，能够提升外泌体的生产效率、增加外泌体产量，同时实现可控、标准化生产。

技术研发人员：张燕,杨军,黄诗雯,陈靓婧,孙川,巫建东
受保护的技术使用者：杭州师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17