贴壁型细胞培养系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种贴壁型细胞培养系统及方法，涉及细胞培养装置技术领域。所述系统包括细胞培养盒、储液装置和动力装置，所述储液装置的出液口通过管路与所述细胞培养盒的进液口连接，所述细胞培养盒的出液口通过管路与所述储液装置的进液口连接，所述动力装置设置于所述管路上，用于驱动所述细胞培养盒内的培养基流动。所述系统具有结构简单、使用方便、可进行大规模细胞培养的特点。
【专利说明】
贴壁型细胞培养系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及细胞培养装置技术领域，尤其涉及一种贴壁型细胞培养系统及方法。
【背景技术】
[0002]细胞是除病毒外一切生物体的形态结构和生命活动的基本单位。人体也不例外，各类细胞构成了人体的各种组织和器官，并且承担着人体从受精、出生到生长发育，直至死亡的整个生命周期的全部生命活动。体内所有的生理功能和生化反应，都是在这些细胞及其产物(如细胞间隙中的胶原蛋白和蛋白聚糖)的物质基础上进行的。在这些生命活动中，所有的细胞都处于不同的环境中，机体为细胞的良性生长提供了一个环境稳态。
[0003]1907年，Harrison创立了体外组织培养技术，20世纪50年代开始，动物细胞体外培养技术迅猛发展，至今动物细胞体外培养广泛应用于生物制品的生产(如制备单克隆抗体)、转基因动物的培养、检测有毒物质并判断其强弱、
医学研究(生理病理药理)、移植器官培养、筛选抗癌药物、细胞治疗等方方面面。所谓细胞大规模培养技术(large-scale culture technology)是指在人工条件下(设定ph、温度、溶氧等)，在细胞生物反应器(b1reactor)中高密度大量培养用于生产生物制品的细胞培养技术。现有的规模化细胞培养已成功的用于生产狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等多种生物制品。
[0004]大规模动物细胞体外培养工艺水平随着细胞培养应用的要求逐步提高。动物细胞是一种无细胞壁的真核细胞，生长缓慢，对培养环境十分敏感。采用传统的生物化工技术进行动物细胞大量培养，仅仅能满足培养过程必需的营养要求外，还缺乏建立合理的控制模型，实现PH和溶氧(DO)等培养条件的精确调控。在规模化培养工艺开发中主要围绕多个方面(1、保证培养过程无菌、无病毒条件;2、保证充足的营养物质;3、保证温度和PH相对稳定；
4、确保有效的气体交换;5、减小机械流场对细胞的损伤等其他条件)进彳丁精确调控，进一步实现规模化细胞培养的目的与要求(1.产物高产;2.产物便于纯化;3.产物品质良好;4.人、财、物、时的节约)。当前生物制药行业所用细胞生物反应器可通过微机精准控制加入反应器内的气体和液体的输入与输出，使细胞培养液维持在一定的PH值和溶氧水平等条件，为满足动物细胞的生长对PH值、溶解氧以及其他养份的需求提供了硬件保障。然而，当前大规模培养的细胞并非仅仅几种，其中一方面现有猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞，有cho(中华仓鼠卵巢)细胞、BHK-21 (仓鼠肾细胞)、Ver ο细胞(非洲绿猴肾传代细胞，它是贴壁依赖的成纤维细胞)等传代细胞系；另一方面，随着生物医疗的快速发展必将衍生出许许多多的细胞。不同的细胞拥有不同的生理特性和培养要求，如果大规模的反应器直接用于细胞工艺的开发，因细胞培养工艺优化实验研究往往需要多批次正交实验，将浪费大量的人力、财力和物力，因此急需开发一种简单、有效、可重复性高、对细胞培养参数可精准控制的细胞培养优化的装置与方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种细胞培养系统及方法，所述系统具有结构简单、使用方便、可进行大规模细胞培养的特点。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种贴壁型细胞培养系统，其特征在于:包括细胞培养盒、储液装置和动力装置，所述储液装置的出液口通过管路与所述细胞培养盒的进液口连接，所述细胞培养盒的出液口通过管路与所述储液装置的进液口连接，所述动力装置设置于所述管路上，用于驱动所述细胞培养盒内的培养基流动。
[0007]进一步的技术方案在于:所述细胞培养盒包括壳体，所述壳体内设有一条以上的流道夹壁，相邻的流道夹壁交替的与所述壳体的前侧壁或后侧壁连接，且所述流道夹壁的上侧面与壳体的上顶板无缝连接，下侧面与壳体的下底板无缝连接，相邻的流道夹壁之间保留间隙，流道夹壁与壳体的内壁之间构成迂回的单向流道，所述单向流道的起始位置设有进液口，所述单向流道的终止位置设有出液口。
[0008]进一步的技术方案在于:所述细胞培养盒的进液口上设有进液管，所述细胞培养盒的出液口上设有出液管。
[0009]优选的，所述流道夹壁相对于所述外壳的左右侧板倾斜设置或所述流道夹壁相对于所述外壳的左右侧板平行设置。
[0010]优选的，相邻两个流道夹壁之间的垂直距离大于4-6倍的流道夹壁高度。
[0011 ]优选的，相邻两个流道夹壁之间的垂直距离相等或不等。
[0012]进一步的技术方案在于:所述单向流道上侧和下侧壳体的内表面为细胞亲和性良好的疏松多孔结构或具有带透液孔的光滑表面结构。
[0013]优选的，所述细胞亲和性良好的疏松多孔结构或具有带透液孔的光滑表面结构为纤维素及其衍生物、聚酯纤维、壳聚糖及其衍生物、胶原蛋白、明胶、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯泡沫微载体、海藻酸盐、葡聚糖、玻璃、陶瓷和/或聚N-异丙基丙烯酰胺。
[0014]本发明还公开了一种贴壁型细胞培养方法，其特征在于包括如下步骤:
细胞培养:将细胞培养盒与细胞接种瓶进行无菌连接，通过动力装置将细胞接种瓶内的接种液送入细胞培养盒内，待接种的细胞浓缩液将细胞培养盒的所有流道刚好充满时，将细胞培养盒的进液口、出液口封闭，在恒温环境中静置一段时间，细胞即可粘附到单向流道上、下表面，达到贴壁的目的；当细胞完全贴壁后，将细胞培养盒与储液装置连接，在培养过程中，通过动力装置将培养基注入细胞培养盒的单向流道中，在给细胞提供营养的同时，将细胞代谢产物带走；
剪切力的加载:通过将细胞培养盒置于显微镜下观察，待细胞培养至所需要的密度时，调整动力装置改变培养液的注入速度，观察剪切力感应器显示的读数同时观察细胞形态变化，实施不同培养液流速下的剪切力的加载；
进一步的技术方案在于:所述方法还包括如下步骤:在细胞培养过程中，先用内部具有宽度渐变单向流道的细胞培养盒初步优化培养参数，再用内部具有不等宽平行单向流道的细胞培养盒缩小培养参数范围，最后用内部具有等宽平行单向流道的细胞培养盒精确优化参数，使用精确优化后的参数进行细胞培养。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述培养系统的结构简单、工艺操作简便、实验重复性高、实验过程容易监控;可对同一批次细胞在同一时间段提供不同环境条件，避免因不同批次细胞造成批间误差;能满足研究细胞培养工艺中营养成分(用于培养基的开发)、细胞黏附特性(用于细胞和底板上的生物组织或生物材料的粘附情况等定量研究)、气体交换、切应力(用于评估流场分布对应切应力分布在细胞上的验证)等参数测评优化的要求;同时本装置和方法可减小细胞培养优化的过程中耗费的培养液用量、细胞用量。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0017]图1是本发明实施例所述系统的立体结构示意图；
图2是本发明中第一种细胞培养盒打开后的结构示意图；
图3是本发明中第二种细胞培养盒打开后的结构示意图；
图4是本发明中第三种细胞培养盒打开后的结构示意图；
图5是本发明中细胞培养盒壳体的后侧板立体结构示意图；
其中:1、细胞培养盒11、细胞培养盒的进液口 12、细胞培养盒的出液口 13、壳体14、流道夹壁15、单向流道16、进液管17、出液管2、储液装置3、动力装置。
【具体实施方式】
[0018]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
[0019]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0020]如图1-图2所示，本发明的一个实施例公开了一种贴壁型细胞培养系统，包括细胞培养盒1、储液装置2和动力装置3。所述储液装置2的出液口通过管路与所述细胞培养盒I的进液口 11连接，所述细胞培养盒I的出液口 12通过管路与所述储液装置2的进液口连接，所述动力装置3设置于所述管路上，用于驱动所述细胞培养盒I内的培养基流动，通过使用所述装置，能够简单、方便、快捷的完成细胞的培养。
[0021 ]在本发明的一个实施例中，如图2-图4所示，所述细胞培养盒I包括壳体13，所述壳体13内设有一条以上的流道夹壁14。当所述流道夹壁14设有一条时，所述流道夹壁14位于具有出液口和进液口的侧板上。当所述流道夹壁14设有两条以上时，相邻的流道夹壁14交替的与所述壳体13的前侧壁或后侧壁连接，且所述流道夹壁14的上侧面与壳体13的上顶板无缝连接，下侧面与壳体13的下底板无缝连接，相邻的流道夹壁14之间保留间隙，流道夹壁14与壳体13的内壁之间构成迂回的单向流道15，使壳体内的液体只能沿单向流道15流通。此外，为了使所述细胞培养盒I能够与储液装置2之间进行液体流通，所述单向流道15的起始位置设有进液口 11，所述单向流道15的终止位置设有出液口 12。
[0022]如图5所示，所述细胞培养盒I的进液口 11上设有进液管16，所述细胞培养盒I的出液口 12上设有出液管17，用以方便的与所述储液装置2连接。所述动力装置3—般为循环栗，动力装置3可以设置于连接细胞培养盒I与储液装置2的任何一条管路上。
[0023]如图2所示，在本发明的一个实施例中，所述流道夹壁14相对于所述外壳11的左右侧板倾斜设置;如图3-图4所示，在本发明的实施例中，所述流道夹壁14相对于所述外壳11的左右侧板平行设置。是将所述流道夹壁14进行倾斜设置或平行设置，需要根据实际需要进行，无论是倾斜设置或平行设置，都能完成本发明所述细胞培养盒的功能。
[0024]优选的，相邻两个流道夹壁14之间的垂直距离大于4-6倍的流道夹壁14高度，过小单向流道内的液体阻力较大，过大起不到较好的导向效果。
[0025]优选的，相邻两个流道夹壁14之间的垂直距离相等或不等，需要说明的是，相邻两个流道夹壁14之间的垂直距离无论是相等或不等，都能够实现对单向流道内的液体的导向作用。
[0026]在本发明的一个实施例中，为了使细胞更容易的贴于所述壳体上，所述单向流道15上侧和下侧壳体13的内表面为细胞亲和性良好的疏松多孔结构或具有带透液孔的光滑表面结构。可以在有限空间内提供最大的细胞接触表面，流道内表面可采用纤维素及其衍生物、聚酯纤维(尼龙)、壳聚糖及其衍生物、胶原蛋白、明胶、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯泡沫微载体、海藻酸盐、葡聚糖、玻璃、陶瓷、聚异丙基丙烯酰胺凝胶等材料或上述材料相结合制成。
[0027]本发明的一个实施例公开了一种贴壁型细胞培养方法，包括如下步骤:
细胞培养:将细胞培养盒与细胞接种瓶进行无菌连接，通过动力装置将细胞接种瓶内的接种液送入细胞培养盒内，待接种的细胞浓缩液将细胞培养盒的所有单向流道刚好充满时，将细胞培养盒的进液口、出液口封闭，在恒温环境中静置一段时间，细胞即可粘附到流道下表面，达到贴壁的目的。当细胞完全贴壁后，将细胞培养盒与储液装置连接，储液装置可采用能控制温度、溶氧、PH参数的发酵罐(或将整体系统安装于恒温环境中)，保证细胞培养过程中环境处于稳态，在培养过程中，通过动力装置将培养基注入细胞培养盒的单向流道中，在给细胞提供营养的同时，将细胞代谢产物带走。
[0028]剪切力的加载:通过将细胞培养盒置于显微镜下观察，待细胞培养至所需要的密度时，调整动力装置改变培养液的注入速度，观察细胞培养盒内剪切力感应器显示的读数同时观察细胞形态变化，实施不同培养液流速下的剪切力的加载。
[0029]不同流道宽度的配合使用:在细胞培养工艺参数优化时(特别是流道宽度和注液速度的优化)，可以先用内部具有宽度渐变流道的细胞培养盒初步优化参数，再用内部具有不等宽平行流道的细胞培养盒缩小参数范围进行优化验证，最后用内部具有等宽平行流道精确优化参数(整个参数优化过程，均可实时通过显微镜下细胞形态来评估细胞的生长状态)，通过优化后的参数进行细胞的培养，直到细胞满足要求后取出细胞。
[0030]所述培养系统的结构简单、工艺操作简便、实验重复性高、实验过程容易监控;可对同一批次细胞在同一时间段提供不同环境条件，避免因不同批次细胞造成批间误差;能满足研究细胞培养工艺中营养成分(用于培养基的开发)、细胞黏附特性(用于细胞和底板上的生物组织或生物材料的粘附情况等定量研究)、气体交换、切应力(用于评估流场分布对应切应力分布在细胞上的验证)等参数测评优化的要求；同时本装置和方法可减小细胞培养优化的过程中耗费的培养液用量、细胞用量。
【主权项】
1.一种贴壁型细胞培养系统，其特征在于:包括细胞培养盒(I)、储液装置(2)和动力装置(3)，所述储液装置(2)的出液口通过管路与所述细胞培养盒(I)的进液口(11)连接，所述细胞培养盒(1)的出液口(12)通过管路与所述储液装置(2)的进液口连接，所述动力装置(3)设置于所述管路上，用于驱动所述细胞培养盒(I)内的培养基流动。2.如权利要求1所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:所述细胞培养盒(I)包括壳体(13)，所述壳体(13)内设有一条以上的流道夹壁(14)，相邻的流道夹壁(14)交替的与所述壳体(13)的前侧壁或后侧壁连接，且所述流道夹壁(14)的上侧面与壳体(13)的上顶板无缝连接，下侧面与壳体(13)的下底板无缝连接，相邻的流道夹壁(14)之间保留间隙，流道夹壁(14)与壳体(13)的内壁之间构成迂回的单向流道(15)，所述单向流道(15)的起始位置设有进液口( 11)，所述单向流道(15 )的终止位置设有出液口( 12 )。3.如权利要求2所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:所述细胞培养盒(I)的进液口( 11)上设有进液管(16)，所述细胞培养盒(I)的出液口( 12 )上设有出液管(17)。4.如权利要求2所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:所述流道夹壁(14)相对于所述外壳(11)的左右侧板倾斜设置或所述流道夹壁(14)相对于所述外壳(11)的左右侧板平行设置。5.如权利要求2所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:相邻两个流道夹壁(14)之间的垂直距离大于4-6倍的流道夹壁(14)高度。6.如权利要求2所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:相邻两个流道夹壁(14)之间的垂直距离相等或不等。7.如权利要求2所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:所述单向流道(15)上侧和下侧壳体(13)的内表面为细胞亲和性良好的疏松多孔结构或具有带透液孔的光滑表面结构。8.如权利要求7所述的贴壁型细胞培养系统，其特征在于:所述细胞亲和性良好的疏松多孔结构或具有带透液孔的光滑表面结构为纤维素及其衍生物、聚酯纤维、壳聚糖及其衍生物、胶原蛋白、明胶、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯泡沫微载体、海藻酸盐、葡聚糖、玻璃、陶瓷和/或聚N-异丙基丙烯酰胺。9.一种贴壁型细胞培养方法，其特征在于包括如下步骤: 细胞培养:将细胞培养盒与细胞接种瓶进行无菌连接，通过动力装置将细胞接种瓶内的接种液送入细胞培养盒内，待接种的细胞浓缩液将细胞培养盒的所有流道刚好充满时，将细胞培养盒的进液口、出液口封闭，在恒温环境中静置一段时间，细胞即可粘附到单向流道上、下表面，达到贴壁的目的；当细胞完全贴壁后，将细胞培养盒与储液装置连接，在培养过程中，通过动力装置将培养基注入细胞培养盒的单向流道中，在给细胞提供营养的同时，将细胞代谢产物带走； 剪切力的加载:通过将细胞培养盒置于显微镜下观察，待细胞培养至所需要的密度时，调整动力装置改变培养液的注入速度，观察剪切力感应器显示的读数同时观察细胞形态变化，实施不同培养液流速下的剪切力的加载。10.如权利要求9所示的贴壁型细胞培养方法，其特征在于所述方法还包括如下步骤: 在细胞培养过程中，先用内部具有宽度渐变单向流道的细胞培养盒初步优化培养参数，再用内部具有不等宽平行单向流道的细胞培养盒缩小培养参数范围，最后用内部具有等宽平行单向流道的细胞培养盒精确优化参数，使用精确优化后的参数进行细胞培养。
【文档编号】C12M3/04GK106085858SQ201610624625
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月3日 公开号201610624625.4, CN 106085858 A, CN 106085858A, CN 201610624625, CN-A-106085858, CN106085858 A, CN106085858A, CN201610624625, CN201610624625.4
【发明人】敦振毅, 唐续, 杨静, 刘芮铭
【申请人】广州赛泊泰生物技术有限公司