[发明专利]一种双腔三维灌注生物反应器系统

说明书

技术领域

 本发明属于生物工程设备领域，尤其是涉及细胞在三维支架内生长分化的双腔三维灌注生物反应器系统。

背景技术

目前，在生命科学研究领域及医疗领域中，细胞培养方式有多种，按培养的维度分类基本可归为二维及三维培养方式。二维培养方式中，如玻璃或者塑料的培养瓶、培养皿，需要提供一个平面供细胞附着生长，通过对平面材料的类别和接触面的修饰来提供细胞更好的生长环境，同样通过倒置显微镜及普通显微镜可以很便捷的观察细胞的生长状态。但正常细胞在人体和动物体内都是在三维环境内生长，有些细胞无法粘附任何平面生长，因此在体外为细胞提供一种三维的环境进行培养更符合细胞的正常生理状态，有助于更好的模拟体内的相应生长过程。

三维培养在目前技术领域中有多种形式，如：（1）在二维培养平面的基础上，在平面上方加用一层胶原蛋白基质成分，使细胞在基质的三维环境内生长，也可通过人工材料制作三维支架，结合灌流系统进行培养；（2）通过各种形状的旋桨的摆动和旋转提供动力，使细胞悬浮于培养液体的三维环境内生长，也有通过一些人工材料将单个或者多个细胞微囊化，来为细胞提供附着面和细胞间的接触；（3）通过离心力原理来制造一种无重力的环境，使细胞能三维空间里向各个方向生长。

上述细胞三维培养方式中的通过三维支架结合灌注系统进行培养的方式，如公告号为CN 1288235C的专利文件所公开的《一种旋转灌注式生物反应器系统》，其包括生物反应器，该生物反应器包括底座，底座上设有反应容器，该反应容器中填充有培养液以及固设有三维支架，该反应容器通过灌注系统将培养液注入反应容器中，该反应容器两端通过半透膜进行生物反应器内外的气体交换。该旋转灌注式生物反应器系统，可以很好的改善细胞培养环境，促进细胞在三维支架上的分布更均匀，促进氧气和营养物质向支架内部输送，保持支架内部细胞的活性和功能的发挥，实现反应器内外气体实时交换，保证培养液中氧气和二氧化碳的含量基本稳定，维持生理性PH值，为细胞代谢和功能发挥提供更有利的微环境。上述生物反应器中的培养液为了促进细胞的生长和分化，一般包括普通营养培养液和诱导培养因子，普通营养培养液一般包括基本养分如糖分、氨基酸、微量元素等以维持细胞的生长和增殖，还包括缓冲液以调节适宜的生理PH值，而诱导培养因子则作为细胞生长分化的关键成分发挥作用，但因其较难获得和产量低下而异常昂贵。由于上述生物反应器只具有一个反应容器，则必须将生长培养液和诱导培养因子均混合在同一个反应容器中，一次培养的所需诱导培养因子用量很大；普通营养培养液较为便宜，为满足细胞生长，培养液需要经常性的更换，每次随着普通营养培养液的更换，诱导培养因子也随之流失，如此培养，所花费的成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种双腔三维灌注生物反应器系统，该双腔三维灌注生物反应器系统通过双腔结构和透析膜组件的设计大大提高诱导培养因子的利用率，降低培养成本，比起现有技术中的三维灌注式培养更经济实惠。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双腔三维灌注生物反应器系统，包括生物反应器，生物反应器中设有三维支架，生物反应器连接有灌注装置，其特征在于：所述生物反应器包括供普通营养培养液填充的第一容腔，以及供诱导培养因子填充的第二容腔，第一容腔和第二容腔之间设有可供分子量小于诱导培养因子中诱导细胞因子的成分通过的透析膜组件，所述三维支架位于所述第二容腔中。

上述结构中，双腔结构的设计使得普通营养培养液和诱导培养因子被分置于两个腔中，并通过双腔之间的透析膜组件使得细胞生长增殖所需的养分可以在两腔中随时交换，而诱导培养因子中的诱导细胞因子等大分子物质则被隔离在第二容腔中；当更换普通营养培养液时可以保留诱导培养因子，大大减少了诱导细胞因子的用量，提高了其有效利用率，大大降低了培养成本。

作为本发明的进一步设置，所述三维支架中设有微孔或微管道，所述微孔或微管道汇合形成两条进出管道分别为动脉进液管和静脉出液管，所述动脉进液管和静脉出液管分别与所述灌注装置连接形成三维支架的内部液体循环机构。