[发明专利]一种神经轴突牵拉生长装置

说明书

技术领域

本发明属于生物医学实验设备领域，更具体地，涉及一种神经轴突牵拉生长装置。

背景技术

据美国国家脊髓损伤统计中心2011年公布的数据，当前美国约存活265,000例脊髓损伤病人，平均每年新增约12,000例脊髓损伤病人。在中国，每年新增约6万脊髓损伤患者。目前临床治疗脊髓损伤方法主要包括手术、药物治疗和长期运动康复等。然而，神经组织的大量损失及再生功能的衰竭，使得当前治疗手段非常有限。现阶段，临床上主要是通过自体神经移植来进行神经修复，不仅能够填充损伤缺陷，而且能够给截断神经的近端末梢延伸提供一个内在导向，但是，自体神经由于来源受限、直径细小等原因根本无法满足修复大量损坏神经的需求，而且被截取后的神经会永久的失去功能，并有形成神经瘤的风险。

近年来，通过神经细胞体外培养或干细胞诱导神经细胞再生成为神经再生与神经修复领域的研究热点。然而，体外培育的神经组织往往因为生长方向杂乱无章，进行移植后，机体功能恢复仍然比较少。如何让神经向有助于功能恢复的方向生长一直制约着神经修复技术的发展。现代生物研究表明，力学因素对细胞的生长、分化及增殖起着至关重要的作用。此外，已有大量文献表明，电刺激可有效地进行神经调控，加速神经再生与功能修复。因此，本研究涉及的神经轴突牵拉生长装置可对培养的神经轴突实施机械牵拉和电刺激，促进神经轴突的定向、快速生长，为神经再生和功能修复提供先进的组织工程手段。

中国发明专利200910009465.2公开一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器。该装置通过电机驱动细胞培养皿支架往复运动，对固定在支架上的细胞培养皿产生动力性牵拉，间接牵拉贴壁细胞。该装置主要用于研究肌腱细胞在循环载荷下生物学改变，其控制系统的精确度和稳定性较差，不满足神经轴突持续牵拉生长的要求。

中国发明专利201010583804.0公开了一种用于细胞牵拉刺激的高通量培养装置。该装置使用嵌有硅胶膜的双层有机玻璃孔板结构，通过使用单一压力源对硅胶膜上所有细胞培养单元同时施加周期性压力，从而对细胞牵拉实现控制。该装置不仅可以精细调节薄膜拉伸量、实现周期性牵拉，而且还可以直接在倒置显微镜下观察。但该方法主要依靠硅胶材料的形变来对细胞进行重复牵拉，使得牵拉长度有限。而人体的神经修复，往往需要数厘米的神经组织，因此采用硅胶材料形变进行牵拉，无法培育足够长度的神经轴突，同时该专利未涉及刺激电极的放置，无法实施神经电刺激。

中国发明专利201110392367.9公开了一种牵张-电联合刺激三维细胞培养装置。该装置采用牵张力刺激与电刺激联合加载，将三维细胞培养物置于牵张刺激与电刺激的联合作用下，模拟体内细胞生存环境，促进细胞的生长及分化，构建出具有特定功能的组织。但该装置无法控制神经轴突生长的长度、方向、速度，不能满足神经再生与神经修复的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种神经轴突牵拉生长装置，可以在较短时间培养大量长度合适、排列规律的神经束，用于神经修复，以解决以往自体神经修复来源有限和直径大小难以匹配的问题。本发明还提供了该装置的控制系统，可控制轴突牵拉的速度、步长、时间，可控制多只独立的细胞牵拉生长装置同时工作。

为达到上述目的，该发明通过以下技术方案实现，神经轴突牵拉生长装置由培养与牵拉控制系统和机械装置两部分组成。其中，培养与牵拉控制系统包括有细胞培养箱、上位机、控制器和步进电机，机械装置包括有连接步进电机的联轴器、滚珠丝杆直线滑台、牵拉连接块、细胞牵拉生长装置、装置支撑架、底座。

细胞牵拉生长装置设于装置支撑架上，连同步进电机、联轴器、滚珠丝杆线性滑台固定在底座上，底座放置于细胞培养箱内，保证37℃温度、95％相对湿度和5％二氧化碳的培养条件。细胞培养箱设有一个与外界相通的孔道，用于通过步进电机的数据线连接控制器，优选地，所述孔道位于细胞培养箱后侧，孔道与数据线连接处采用硅胶密封。

细胞牵拉生长装置包括：培养座、盖子、牵拉杆、支撑杆、支撑块、牵拉块、玻璃片、牵拉膜和底膜。培养座为一体化长方形结构，其中，支撑块和牵拉块位于培养座中部，牵拉杆位于培养座的端部中央，支撑杆穿过支撑块设于培养座的两侧，底膜涂上硅胶粘附于培养座底部槽内，玻璃片粘附于培养座两侧凹槽内，高度略低于培养座两侧高度且可调。