[实用新型]用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养反应器

说明书

用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养反应器，包括旋转培养室和控制培养室轴向旋转的电机动力系统，可连续或间歇操作。旋转培养室由聚碳酸酯隔膜组件隔开，隔膜组件能够实现并促进两侧物质扩散，分隔不同细胞。左侧培养室包含与不锈钢筛网封闭相连的圆柱形内筒，内外筒同向旋转。工作时，干细胞加入左侧培养室，将生长在微球表面的饲养层细胞添加到右侧培养室。培养室轴向旋转，阻力、离心力和净重力保持在平衡状态。两侧培养室提供不同的剪切力场，双筒侧提供低剪切力供干细胞生长，单筒侧提供大剪切力以促进饲养层细胞生长和细胞因子分泌。本实用新型非常接近人体微环境的培养体系适合工程化种子细胞或组织的大规模扩增。

技术领域

本实用新型涉及一种用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养反应器，特别是指三维动态旋转和不同氧含量条件下应用于干细胞、饲养层细胞或细胞-支架构建物的共同培养和收获，属于生物医学工程技术领域。

背景技术

目前，骨髓、脐带血、外周血来源的造血干细胞移植已成为白血病、再生障碍性贫血、免疫缺陷病等疾病的关键治疗方法。然而，这些组织中造血干细胞的数量都不可观。此外，免疫相容供体数量不足、移植物抗宿主病和移植后延迟重建等也是限制其临床应用的主要因素。造血干细胞的体外培养被认为是增加可移植干细胞数量的潜在可行性研究方向。

造血干细胞是成人造血系统的基础。人体内所有的血细胞皆起源于多能原始造血干细胞的发育、更新和分化。造血干细胞最重要的功能特质在于它们能够维持或重建机体造血体系，这些稀有的细胞具有自我更新和多向分化的双重能力。经过不对称分裂，保留一个具备原始干细胞活性的子代干细胞，另一个子代造血祖细胞则向下游分化，最终生成红细胞、单核/巨噬细胞、巨核细胞/血小板、免疫细胞、粒细胞等。这一功能特性既保证了干细胞池的相对稳定，又实现了足够数量的成熟血细胞的机体循环和功能表达。成体骨髓造血微环境是一个复杂的实体，不同细胞和非细胞参与者间的动态交流维持着造血系统的体内平衡。细胞-细胞、细胞-细胞外基质、细胞-细胞因子相互作用和局部微环境参数触发的信号传导机制以及物理信号(例如氧气张力、剪切应力、收缩力和温度)参与调控造血干细胞的休眠、更新、增殖分化和迁移。

一种有效扩大造血干细胞数量并离体调节其特性的策略是通过整合可溶性因子、基质细胞和生物材料并结合生物反应器创造的流体力学条件、氧张力和机械性能的空间变化，仿生构建造血微环境的复杂空间组织系统。三维动态仿生造血微环境不仅可以辅助细胞治疗，而且有助于阐明造血干细胞命运的调控机制。

此外，由于在生物反应器中的多个位置安装探针不切实际和繁琐，而基于流体动力学技术的商业化软件包ANSYS FLUENT(ANSYS，Canonsburg，PA， USA)，可以用于生物反应器培养系统中流体流动及物质传递的模拟，实验方法无法测量到的区域，也能对其进行图视化分析。这便于我们找出一个适合培养种子细胞或者组织的最佳操作范围，节省成本和时间、加快实验进程。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养反应器，以解决现有技术中的不足。采用三维动态旋转、不同氧含量以及支持性细胞模拟造血微环境，实现造血干细胞和支持性细胞的共同培养和体外收获，以用于组织工程和再生医学领域。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于造血干细胞体外培养的免疫隔离动态共培养反应器，包括电机动力系统和位于培养箱内的旋转培养室。所述的旋转培养室包括外筒1、内筒2、曲面筛网4、左培养室5、右培养室6、造血干细胞加样口7、饲养层细胞加样口8、造血干细胞取样口9、饲养层细胞取样口10、不锈钢筛网11。

所述外筒1中部设有曲面筛网4，曲面筛网4边缘与外筒1内壁面贴合，将外筒1分为左培养室5和右培养室6。所述曲面筛网4为S型双侧曲面设计结构，且双侧曲面对称设计，其中，曲面筛网4可以通过机械加工获得其特殊构型。