[发明专利]一种可施加动态载荷的细胞三维受力培养装置

说明书

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其是涉及一种可施加动态载荷的细胞三维受力培养装置。

背景技术

随着社会的发展，越来越多的人从事到生命科学领域，促进了生命科学的迅速发展。机体的器官、组织、细胞和生物大分子在力学作用下发生相应的形态和功能改变，这是机体对力学刺激的响应过程，而机体对一定范围力学刺激的自适应，对于维持正常生理功能具有重要作用。细胞由生物大分子构成，是生命活动的基本单位。研究力对细胞的作用，是揭示器官、组织生物力学特性的基础，也是进一步研究细胞内生物大分子的生物力学特性的出发点。研究表明，力可以通过影响细胞内基因表达和蛋白质合成来调节细胞功能，在细胞的生理、病理过程中发挥着重要作用。目前，细胞培养已成为细胞生物学、分子生物学、遗传学和免疫学等学科研究的重要基础。因此，开发出具有不同针对性的细胞培养方法，对于深入探讨细胞的生长活动规律具有重要意义。

当前，细胞培养广泛使用各种培养瓶，但局限于单一静态培养环境，实际上，在正常的生理条件下，细胞往往处于复杂的力学环境当中，如骨细胞、血管内皮细胞以及心肌细胞等等，这些细胞在生长过程中受到一些物理因素的影响如：血流的流体剪切应力、拉伸力和液体压力等。在常规的细胞培养条件下，此类细胞的真实生长环境无法模拟。因此，需要开发新的细胞培养方法提供与体内细胞生长环境近似的微环境，较为真实的反映细胞的生长情况。

目前，对细胞的拉伸力作用通常是借助使细胞粘附的基底材料发生形变来实现，其中大多数装置采用弹性模为基底材料，通过液体或气体产生的压力使基底膜变形，然后拉伸细胞，对细胞产生一定范围的力学刺激，通过控制形变量大小来控制细胞受力大小。例如，Leung等使用马达驱动的活塞—联动装置拉伸矩形硬蛋白基底，使附着在其上的细胞受到不同大小、不同周期的拉伸力（Leung D Y，Glagov S，Matthews M B.A new in vitro system for studying cell response to mechanical stimulation.Different effects of cyclic stretching and agitation on smooth muscle cell biosynthesis[J].Exp Cell Res，1977,109（2）：285-298）。Carosi和Neidlinger-Wilke等改用DC马达控制偏心杆使矩形基底膜产生更为规则的位移（Carosi J A,Eskin S G，Mcintire L V.Cyclical strain effects on the production of vasoactive material in endothelial cells[J].J Cell Physiol,1992,151（1）：29-36）（Neidlinger-Wilke C，Grood E S，Wang J H，et al.Cell alignment is induced by cyclic changes in cell length:studies of cells grown in cyclically stretched subtrates[J].J Orthop Res，2001,19（2）：286-293）。Kaspar等用电磁驱动矩形硅胶膜产生四点弯曲低应力循环拉伸细胞基底（Kaspar D，Seidl W，Neidlinger-Wilke C，et al.Dynamic cell stretching increases human osteoblast proliferation and CICP synthesis but decreases osteocalcin synthesis and alkaline phosphatase activity[J].J Biomech，2000,33（1）：45-51）。Flexercell公司的拉伸装置，由真空底座和密封垫、正负压力控制模块、柔性细胞培养板、计算机监控系统等组成，通过计算机监控系统控制气体流入速率，通过调节柔性细胞培养板基底膜的垂直形变来控制细胞受力大小。

专利申请号为CN201310043685.3的专利文献公开了一种可机械拉伸的微流控芯片细胞培养装置，利用微量注射泵控制其微通道内的液体流量，进而控制细胞粘附的基底材料应变量，实现在微流控芯片条件下，为细胞提供一个具有机械拉伸作用的生长环境。但该装置提供的细胞生长环境与以前的装置没有很明显的改善。