一种间充质干细胞培养生物反应器及其使用方法技术

本发明专利技术涉及细胞培养装置，具体涉及一种间充质干细胞培养生物反应器及其使用方法。所述的间充质干细胞培养生物反应器包括壳体，在所述壳体内部设有培养基腔室和细胞悬液腔室；所述培养基腔室由若干个具有间隙的中空纤维的内部管道构成；所述细胞悬液腔室由所述中空纤维的间隙以及所述中空纤维与所述壳体的内壁的间隙构成，在所述细胞悬液腔室中设有若干微球体。与现有间充质干细胞培养方式相比，本发明专利技术通过利用一种间充质干细胞培养生物反应器模拟了体内细胞生长的环境，实现了大规模体外细胞三维立体培养。

A bioreactor for mesenchymal stem cell culture and its application

【技术实现步骤摘要】
一种间充质干细胞培养生物反应器及其使用方法
本专利技术涉及细胞培养装置，具体涉及一种间充质干细胞培养生物反应器及其使用方法。
技术介绍
细胞培养技术为研究动物细胞的结构、功能、分化以及生产许多重要的生物制品如蛋白质、细胞因子、疫苗、激素、抗体、干扰素和核酸等奠定了基础。临床间充质干细胞治疗和间充质干细胞生物制品的制备均离不开大规模的细胞培养。目前，常规的细胞培养方式主要有以下几种类型：单层贴壁培养、中空纤维立体培养、微球体悬浮培养。单层贴壁培养为平面2D培养，通常在培养皿、培养板、培养方瓶、滚瓶中贴壁培养，具有培养密度低、批次差异大、人力和成本高、占用面积大等缺点。中空纤维培养和微球体悬浮培养更适合大规模三维立体培养。微球体培养是以微小的颗粒作为细胞贴附的载体，通过搅拌悬浮在培养液内，使细胞在载体表面繁殖成单层的一种细胞培养技术。传统微球体悬浮培养具有较好的细胞贴壁效果，但是贴壁细胞面临剪切力大，溶氧量低和放大效果差等问题。中空纤维细胞培养是指利用中空纤维超滤或微滤膜中心或外部，仿效血管进行细胞的培养。传统中空纤维立体培养亦存在诸多缺陷，如在结构上，中空纤维纵向成束密集排列，导致无法提供良好的细胞生长环境，不利于细胞的三维培养；细胞分布不均匀，容易在某些部位聚集生长，不能有效地利用培养空间；细胞贴壁生长时容易堵塞中空纤维膜孔，影响营养物质和细胞代谢废物的交换。上述常规的间充质干细胞培养方式存在的缺陷导致细胞产量低、活性差、细胞功能丧失、成本高、批次稳定性差等问题，从而显著影响细胞获取和生物制品的提取。因此，如何改善上述传统间充质干细胞培养方式存在的缺陷，成为实现高质量、规模化细胞培养的关键因素之一。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服现有间充质干细胞培养方式的不足，本专利技术提供了一种结构简单和使用方便的三维立体细胞培养生物反应器，即一种间充质干细胞培养生物反应器及其使用方法。(二)技术方案本专利技术首先提供一种间充质干细胞培养生物反应器，包括壳体，在所述壳体内部设有培养基腔室和细胞悬液腔室；所述培养基腔室由若干个具有间隙的中空纤维的内部管道构成，所述中空纤维间具有间隙；所述中空纤维的材质的膜孔径为0.05μm～5μm；所述细胞悬液腔室由所述中空纤维的间隙以及所述中空纤维与所述壳体的内壁的间隙构成，在所述细胞悬液腔室中设有若干微球体；在所述壳体表面分别设有供培养基出入的开口I和供细胞悬液出入的开口II，所述培养基腔室与所述开口I连通设置，所述细胞悬液腔室与所述开口II连通设置。本专利技术发现，通过上述设置，可以在中空纤维的外膜表面、微球体的表面和反应器壳体的内壁共同构成细胞的三维生长空间，并通过上述特定膜孔径的中空纤维为细胞提供良好的营养交换渠道，有利于间充质干细胞的生长。为了探究更有利于间充质干细胞生长的空间环境与营养交换速率，本专利技术对相关因素进行了研究与试验，发现了如下较为关键的因素及其优选方案：作为优选，所述中空纤维的材质的膜孔径为0.22μm～1μm。作为优选，所述中空纤维的外径为50μm～500μm，管壁厚度为所述外径的6～14％；优选外径为100μm～300μm，管壁厚度为所述外径的8～12％。作为优选，所述中空纤维之间的间隙及所述中空纤维与所述壳体的内壁之间的间隙为100μm～1000μm，优选所述间隙与所述中空纤维外径的比例为2～3:1。作为优选，所述微球体的直径50μm～500μm，优选所述微球体直径与所述间隙的比例为1:4～6。优选地，当所述中空纤维的材质为疏水材料时，可以减少细胞的贴壁生长所造成的纤维膜孔的堵塞，提高营养物质、气体和代谢废物的交换速率。在大量的尝试中发现，聚偏氟乙烯更有利于间充质干细胞的培养。优选地，所述微球体为葡聚糖水凝胶微球体，进一步优选所述微球体的外表面包覆有玻连蛋白层或多肽层时，可以改变微球体的表面特征，使得细胞更容易贴壁。优选地，所述壳体的材质为有机玻璃或不锈钢。所述开口I可以为一个开口，供培养基出入。为了避免交叉污染，优选所述的包括培养基入口和培养基出口，所述培养基入口和培养基出口分设于所述壳体表面的不同位置。可以仅设一个培养基入口和一个培养基出口，也可以分别设置多个培养基入口和培养基出口，在此不做进一步限定。同样的，所述开口II也可以为一个开口，供细胞悬液出入。作为优选，当所述开口II包括细胞悬液入口和细胞悬液出口，所述细胞悬液入口和细胞悬液出口分设于所述壳体表面的不同位置时，不仅可以减少交叉污染，而且可以在细胞悬液出口处设置检测装置，便于取样并根据细胞悬液监测细胞状态。可以仅设一个细胞悬液入口和一个细胞悬液出口，也可以分别设置多个细胞悬液入口和细胞悬液出口，在此不做进一步限定。优选地，所述细胞悬液入口与所述培养基入口的相对距离小于所述细胞悬液入口与所述培养基出口的相对距离；所述细胞悬液出口与所述培养基出口的相对距离小于所述细胞悬液出口与所述培养基入口的相对距离。本专利技术中所述的中空纤维可以为各种形状，只要具有间隙，并与所述开口I连通设置即可。优选地，所述壳体呈柱体状，所述中空纤维与所述壳体的轴线平行设置。为了提高所述的间充质干细胞培养生物反应器的使用寿命，优选所述微球体可通过所述开口II进出，以便于对其进行灭菌和包被处理，使其可以重复利用。本专利技术进一步提供所述的间充质干细胞培养生物反应器的使用方法，包括：(1)将细胞悬液从所述开口II注入所述细胞悬液腔室中，置于细胞培养箱中静置，以使细胞贴壁；(2)将培养基从所述开口I注入所述培养基腔室中，并对所述培养基进行定期更换；(3)经过一段时间的培养后，通过所述开口II从所述细胞悬液腔室中收集细胞和/或细胞产物；当所述微球体可通过所述开口II进出时，在所述步骤(1)前还包括：将所述微球体经所述开口II注入所述细胞悬液腔室中；更优选在注入所述细胞悬液腔室中前，对灭菌后的所述微球体进行玻连蛋白或多肽的包被处理。(三)有益效果与现有间充质干细胞培养方式相比，本专利技术通过利用一种间充质干细胞培养生物反应器模拟了体内细胞生长的环境，实现了大规模体外细胞三维立体培养；物质交换效率高，有利于营养物质和细胞代谢废物的快速交换；细胞所受剪切力小，细胞形态更完整，细胞活性更高；同时，在间充质干细胞培养过程中还可以采用无血清培养基，避免动物源性支原体和病毒感染的风险。附图说明图1为本专利技术实施例1中间充质干细胞培养生物反应器的纵向剖面图结构示意图；图2为本专利技术实施例1中间充质干细胞培养生物反应器的横向剖面图结构示意图；图3为实施例及对比例的脐带间充质干细胞产量统计结果；图4为实施例1的脐带间充质干细胞表面标志物表达情况及细胞纯度，图中有填充分别代表CD34、CD45、CD73、CD90、CD105，无填充代表同型对照；图5为对比例1的脐带间充质干细胞表面标志物表达情况及细胞纯度，图中有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，包括壳体，在所述壳体内部设有培养基腔室和细胞悬液腔室；/n所述培养基腔室由若干个中空纤维的内部管道构成，所述中空纤维间具有间隙；所述中空纤维的材质的膜孔径为0.05μm～5μm；/n所述细胞悬液腔室由所述中空纤维的间隙以及所述中空纤维与所述壳体的内壁的间隙构成，在所述细胞悬液腔室中设有若干微球体；/n在所述壳体表面分别设有供培养基出入的开口I和供细胞悬液出入的开口II，所述培养基腔室与所述开口I连通设置，所述细胞悬液腔室与所述开口II连通设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，包括壳体，在所述壳体内部设有培养基腔室和细胞悬液腔室；
所述培养基腔室由若干个中空纤维的内部管道构成，所述中空纤维间具有间隙；所述中空纤维的材质的膜孔径为0.05μm～5μm；
所述细胞悬液腔室由所述中空纤维的间隙以及所述中空纤维与所述壳体的内壁的间隙构成，在所述细胞悬液腔室中设有若干微球体；
在所述壳体表面分别设有供培养基出入的开口I和供细胞悬液出入的开口II，所述培养基腔室与所述开口I连通设置，所述细胞悬液腔室与所述开口II连通设置。


2.根据权利要求1所述的间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，所述中空纤维的材质的膜孔径为0.22μm～1μm。


3.根据权利要求1或2所述的间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，所述中空纤维的外径为50μm～500μm，管壁厚度为所述外径的6～14％；优选外径为100μm～300μm，管壁厚度为所述外径的8～12％。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，所述中空纤维之间的间隙及所述中空纤维与所述壳体的内壁之间的间隙为100μm～1000μm，优选所述间隙与所述中空纤维外径的比例为2～3:1。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于，所述微球体的直径50μm～500μm，优选所述微球体直径与所述间隙的比例为1:4～6。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的间充质干细胞培养生物反应器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩荣成，杜如龙，
申请(专利权)人：汉郎北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11