CN213739510U - 一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，包括孔盖板(1)、培养孔单元(2)和孔板底座(3)，所述孔板底座(3)上设有带通透底孔(31)的空腔(30)，培养孔单元(2)嵌入在所述空腔(30)中。通过设置通透底孔作为透气窗口，可确保细胞培养过程具有充足溶氧环境，解决类器官细胞球近孔板底部溶氧不足的问题，有效促进类器官细胞球快速生长、提升细胞活性、提高细胞培养效率，避免由于长期培养引起类器官细胞球崩解凋亡，有望为构建需氧量较高的三维类器官细胞球模型提供一种新的研究工具。相较于市场上已有的培养装置，本实用新型装置气体传质效率更高，培养的类器官细胞球边界清晰，细胞聚集紧密度强，无崩解现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物细胞培养技术领域，特别是类器官培养领域，具体涉及一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置。
背景技术
体外细胞培养是细胞生物学研究方法中常用且重要的技术手段，也是研究组织工程及药物筛选的重要技术手段。在细胞培养过程中，细胞培养所处的微环境在细胞生长方面起到关键作用，例如气体环境，尤其氧气浓度的含量在细胞生理代谢的过程中是十分必要的。氧气参与细胞的三羧酸循环，为细胞生存、代谢与合成提供能量。有些细胞在体外低氧环境时，可以借助糖酵解取得能量，但大多数正常体细胞在体外低氧环境时因影响其正常的生理代谢功能而无法大规模培养应用，尤其是需氧量较大的组织中的细胞，例如在肺、肝、心脏、及肾脏等组织中的细胞。
当前，类器官作为一种在体外培育而成的具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构，在模拟人体组织、器官的主要结构和功能特征方面具有突出优势。在对需氧量较大的类器官细胞球培养过程中，细胞增殖及细胞间紧密相连使其对氧气传质效率及溶氧浓度需求显著提高。然而，现有技术用于类器官细胞球的培养多采用商品化类器官细胞球培养孔板，其盖板几乎接近于密封盖合在设有多个培养孔的培养板上，使得浸入培养液中的类器官细胞球生长在溶氧低于细胞生长所需氧的浓度的环境中，尤其在细胞增殖过程中，细胞通过线粒体有氧呼吸的能量产生过程中不断消耗氧的速率超过了培养液的溶氧速率，会引起培养液溶氧浓度低于最初细胞培养时的氧浓度，导致细胞缺氧的程度不恒定，进而影响实验结果的准确性。同时，类器官细胞球接近培养板底部的区域远离气液交换界面，相对处于“全”封闭状态，更易形成缺氧区域。对于需氧量较大的类器官细胞球来讲，缺氧会导致细胞生长速度慢，严重会出现细胞大范围损伤，为实验研究带来严重的损失。因此，开发一种高氧透气的孔板装置专用于需氧量较高的类器官细胞球的培养是十分必要的。
实用新型内容
为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，能够为类器官细胞球的生长提供良好的氧和二氧化碳传质效率，满足类器官细胞球所需生长环境。
下面详述本实用新型技术方案：
一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，包括孔盖板(1)、培养孔单元(2)和孔板底座(3)，所述孔板底座(3)上设有带通透底孔(31)的空腔(30)，培养孔单元(2)嵌入在所述空腔(30)中。
培养孔单元(2)及对应的空腔(30)数量不做限制，一般设置成多个，阵列排布，以提高培养总量，例如可以为6、12、24、48、96、384个，或根据需求任意设置。
该装置通过在孔板底座(3)设置透气窗口即通透底孔(31)，使对应的嵌入式培养孔单元(2)内培养的类器官细胞球的生长具有良好的氧和二氧化碳传质效率。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述培养孔单元(2)的材质为有机硅化合物。有机硅化合物具有气体渗透性高的特点，且无毒无味，透明，便于对细胞球进行观察。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述培养孔单元(2)纵向界面结构为平底型、U型、V型、倒圆锥异形或微孔阵列型。所述微孔阵列型即多个小孔呈阵列排布。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述培养孔单元(2)设有水平或向内倾斜的定位缓冲壁面(211、221、231、241或251)。用于移液枪头的定位停靠且在加液过程对流体冲击力起到缓冲作用。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述培养孔单元(2)底面最小的厚度为0.2-2mm。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述培养孔单元(2)的底面与类器官细胞接触的表面呈平滑圆弧形。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述空腔(30)的内侧壁、所述培养孔单元(2)的外侧壁均为圆柱形，通透底孔(31)为圆形或正多边形且与空腔(30)和培养孔单元(2)同一轴心。这种一个通透底孔(31)的圆柱形空腔(30)适用于所述平底型培养孔单元(21)、U型培养孔单元(22)、V型培养孔单元(23)、倒圆锥异型培养孔单元(24)和微孔阵列型培养孔单元(25)。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述通透底孔(31)为多个且均匀分散排列。例如可以为三个或以上，围绕所述圆柱形空腔(30)底部的圆心均匀分布。这种三个或以上通透底孔(31)的圆柱形空腔(30)适用于U型培养孔单元(22)、V型培养孔单元(23)和倒圆锥异型培养孔单元(24)。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述通透底孔(31)设置在空腔(30)中培养孔单元(2)的可视观察区(32)的外沿。即通透底孔(31)与圆形可视观察区(32)相切。可视观察区是指能够通过肉眼直接观察到的区域。
可选或优选的，上述用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置中，所述空腔(30)的内侧壁为圆柱形，所述通透底孔(31)的最大内径小于或等于空腔(30)的内孔径与培养孔单元(2)可视观察区(32)的直径差值的一半。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，可确保细胞培养过程具有充足溶氧环境，解决类器官细胞球近孔板底部溶氧不足的问题，可有效地促进类器官细胞球快速生长、提升细胞活性、提高细胞培养效率，避免由于长期培养引起类器官细胞球崩解凋亡。相较于市场上已有的培养装置，本实用新型装置气体传质效率更高，培养的类器官细胞球边界清晰，细胞聚集紧密度强，无崩解现象。
附图说明
图1为一种实施例的孔板装置的整体结构示意图；
图2为不同样式的孔板装置中5种不同培养孔单元结构的中心截面图；
图3为图2中5种培养孔单元与孔板底座组装后的结构图(设置有1个透气孔)；
图4为3种不同样式培养孔单元与孔板底座组装后的结构图(设置有6个透气孔)；
图5为不同类器官球体培养孔板中培养液溶氧含量对比图；
图6为不同类器官球体培养孔板中类器官细胞球明场图；
图7为不同类器官球体培养孔板中类器官细胞球的细胞活力对比图。
附图标记：
1：孔板盖，2：培养孔单元，21：平底型培养孔单元，22：U型培养孔单元，23：V型培养孔单元，24：倒圆锥异型培养孔单元，25：微孔阵列型培养孔单元，211、221、231、241、251:定位缓冲壁面，3：孔板底座，30：空腔，31：通透底孔，32：可视观察区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进清楚、行详地细解释和说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型并予以实施。
如图1-4所示，本实施例提供一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，包括孔板盖1、多个培养孔单元2和孔板底座3。孔板底座3设置有多个圆柱形的空腔30，培养孔单元2用于容置目标细胞和培养液，大致呈碗形结构。培养孔单元2可嵌入到圆柱形的空腔30中，圆柱形的空腔30底部向内延伸一部分，以用于承托培养孔单元2。空腔30的底部设置有通透的通透底孔31。通透底孔31使得空腔30在不嵌入培养孔单元2时是上下相通的。
培养孔单元2由透气、透明且无毒的高分子有机硅化合物等材料制成，用于承载培养其中的类器官细胞球，因其具有透气性质外部氧气或二氧化碳更易溶入培养液中，为类器官细胞球的正常生长提供充足溶氧环境和稳定的PH环境。
在一种优选的实施例中，如图2所示，培养孔单元2具有多种结构构型，根据截面结构可分为平底型培养孔单元21、U型培养孔单元22、V型培养孔单元23、倒圆锥异型培养孔单元24和微孔阵列型培养孔单元25。
为了便于移液枪头对多种构型的培养孔单元2的吸液和加液操作，在多种构型的培养孔单元2中均设置了水平或向内倾斜的定位缓冲壁面211/221/231/241/251，用于移液枪头的定位停靠且在加液过程对流体冲击力起到缓冲作用。
为了利于氧气或二氧化碳渗入到类器官细胞球培养区，平底型培养孔单元21、U型培养孔单元22、V型培养孔单23、倒圆锥异型培养孔单元24和微孔阵列型培养孔单元25的底部的厚度H，即类器官细胞球培养界面与其下表面之间的高度优选为0.2-2mm。
其中，平底型培养孔单元21可用于常规基质胶包埋的类器官培养，也可用于不依赖支架结构的类器官细胞球的培养。U型培养孔单元22、V型培养孔单元23、倒圆锥异型培养孔单元24和微孔阵列型培养孔单元25因将底部类器官细胞球培养界面处的结构设置为平滑的圆弧形，使细胞更易聚集自组装为类器官细胞球，更适用于不依赖支架结构的类器官细胞球的培养。
空腔30用于容纳嵌入其中的培养孔单元2，底部设置有通透底孔31用于为培养孔单元2提供透气窗口，使培养孔单元2内底部培养的类器官细胞球有机会获得充足的氧和二氧化碳，进一步满足类器官细胞球正常生长所需的环境。
在一种优选的实施例中，如图3所示，空腔30中的通透底孔31的数量为1个，且与所述空腔30和所述培养孔单元2位于中间同一轴心，该设置可使氧气或二氧化碳经过1个通透底孔31从培养孔单元2底部中心处直接渗透到类器官细胞球培养区且不干扰中心区光的透射，利于对细胞球进行光学观察。
具有1个通透底孔31的空腔30适用于所述平底型培养孔单元21、U型培养孔单元22、V型培养孔单元23、倒圆锥异型培养孔单元24和微孔阵列型培养孔单元25。通透底孔31的平面形状为圆形或正多边形，且垂直截面处的最大孔径距离d小于所述空腔30的内孔径D，以方便在空腔30的底部留有足够实体面积用于承载培养孔单元2。
在另一优选的实施例中，如图4所示，空腔30中的通透底孔31的数量另一优化方案为3个或以上，且围绕所述空腔30底部的圆心均匀分布，该设置可使氧气或二氧化碳经过3个或以上的通透底孔31从培养孔单元2底部的中心的边缘即从侧向逐渐渗透到类器官细胞球培养区，该设置避免了由于温差变化易在培养孔单元2的透气中心底部产生微气泡而影响培养在此区的类器官细胞球，同时也不干扰中心区光的透射利于对细胞球进行光学观察。
具有3个或以上通透底孔31的空腔30适用于U型培养孔单元22、V型培养孔单元23和倒圆锥异型培养孔单元24。通透底孔31与圆形可视观察区32相切。通透底孔31的平面形状同样为圆形或正多边形，且垂直截面处的最大孔径距离d小于等于所述空腔30的内孔径D与圆形可视观察区32的直径W差值的1/2(dw)，该设置同样是为了在空腔30的底部留有足够实体面积用于承载培养孔单元2。
孔板底座3中的空腔30和培养孔单元2的数量不局限于96个，也可为6、12、24、48和384中的任意值，以满足科研人员对不同实验通量的需求。
通过以下的实施例，能够体现出本实用新型的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置相比于现有的商用的类器官球体培养孔板的优点。
实施例1
取人肝祖细胞HepaRG(购自Thermo Fisher)按说明书规定培养基进行培养。按肝细胞悬液为2000个/孔的浓度分别接种到商品化类器官球体培养孔板和本实用新型所述孔板装置A(含1个通透底孔31)和孔板装置B(含3个或以上通透底孔31)中。将接种后的孔板放置在37℃，5％CO2的细胞培养箱中培养，细胞每隔两天更换一次培养液，类器官细胞球连续培养至第6天，采用氧微电极检测***测定并记录细胞培养液的溶解氧浓度。
结果如图5所示，本实用新型所述孔板装置A及孔板装置B培养液溶解氧浓度分别为0.168±0.006mol/m3和0.153±0.007mol/m3，两者无统计学差异，而商品化孔板中培养液的溶解氧浓度为0.120±0.006mol/m3明显低于本实用新型所述的孔板装置A和B，且差异具有统计学意义。结果显示本实用新型所述孔板装置A和B中培养液溶氧浓度明显高于商品化孔板中培养液的溶解氧浓度。与商品化孔板相对比，本实用新型所述孔板装置A和B中气体传质效率更高，可为类器官细胞球的生长提供有利的氧环境。
实施例2
将实例1中培养液溶氧浓度测量完成后的商品化孔板和本实用新型所述孔板装置A和B从培养箱中取出，分别对孔板内的类器官细胞球进行拍照观察和细胞活性检测。细胞活力采用乳酸脱氢酶细胞毒性检测试剂盒LDH(购自碧云天生物技术有限公司)进行测试，操作步骤按照说明书进行操作。
结果如图6所示，本实用新型所述孔板装置A和B中培养的类器官细胞球边界清晰，细胞聚集紧密度强，无崩解现象。然而在商品化孔板中,细胞聚集紧密度下降，出现空泡及崩解现象，有少量细胞从细胞球分离出来，散在分布在细胞球周围。细胞活力结果如图7所示，本实用新型所述孔板装置A和B中类器官细胞球的细胞活性分别为(96.97±1.14)％和(95.35±0.85)％，且两者无统计学差异，但本实用新型所述孔板装置A和B中类器官细胞球的细胞活性显著高于商品化孔板中类器官细胞球的细胞活性(69.53±5.96)％。这些结果说明商品化类器官球体培养孔板中的培养液溶氧浓度较低易导致细胞生长速度慢，甚至引起细胞损伤。而本明所述孔板装置A和B中培养液溶氧浓度较高有利于类器官细胞球的生长，且可有效提升类器官细胞球结构完整性及细胞活力。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，包括孔盖板(1)、培养孔单元(2)和孔板底座(3)，所述孔板底座(3)上设有带通透底孔(31)的空腔(30)，培养孔单元(2)嵌入在所述空腔(30)中。
2.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述培养孔单元(2)的材质为有机硅化合物。
3.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述培养孔单元(2)纵向界面结构为平底型、U型、V型或微孔阵列型。
4.根据权利要求3所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述培养孔单元(2)设有水平或向内倾斜的定位缓冲壁面(211、221、231、241、251)。
5.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述培养孔单元(2)底面最小的厚度为0.2-2mm。
6.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述培养孔单元(2)的底面与类器官细胞接触的表面呈平滑圆弧形。
7.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述空腔(30)的内侧壁、所述培养孔单元(2)的外侧壁均为圆柱形，通透底孔(31)为圆形或正多边形且与空腔(30)和培养孔单元(2)同一轴心。
8.根据权利要求1所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述通透底孔(31)为多个且均匀分散排列。
9.根据权利要求8所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述通透底孔(31)设置在空腔(30)中培养孔单元(2)的可视观察区(32)的外沿。
10.根据权利要求8所述的用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置，其特征在于，所述空腔(30)的内侧壁为圆柱形，所述通透底孔(31)的最大内径小于或等于空腔(30)的内孔径与培养孔单元(2)可视观察区(32)的直径差值的一半。
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| CN202021675457.XU CN213739510U (zh) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | 一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置 |
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| CN111793563A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-10-20 | 江苏信安佳医疗科技有限公司 | 一种用于类器官球体培养的高氧透气孔板装置 |
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