專利名稱：用于細胞或組織培養和處理的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及與細胞或組織培養和處理有關的裝置和方法。
技術背景細胞或組織在體外的培養有多種用途，包括細胞或組織工程、細胞功能研 究，從而了解生理或病理的進程。在藥物開發領域，細胞或組織培養與處理可 以用于評價藥物的藥理與毒理。傳統的培養細胞的方法是把細胞置于培養板的培養孔中，在一定的時間內 給一定的培養液。在用一種或幾種藥物處理細胞或組織時，在一定時間內，藥 物濃度保存恒定不變。但是，這種體外培養與處理細胞方法常常不能準確預測體內情況。這是因 為體內細胞處于動態的培養液環境。在這個環境中細胞可以從新鮮的培養液中 得到營養。新鮮的培養液被細胞利用后轉變成用過培養液。細胞產生的廢物隨 用過培養液排出體外。特別指出，在臨床藥物治療中，細胞處于動態變化的藥 物濃度中。為了準確預測體內效果，體外培養條件必須最大限度模擬體內情況。通過 持續加培養液到培養容器中、并持續排除容器中的培養液的動態培養是實現這個目的的良好方法。這是因為動態培養可以通過加培養液提供細胞營養、并排 除用過培養液排除廢物。動態培養還可以持續稀釋藥物濃度、并因此能夠模擬 藥物在生物體內的藥代動力學過程。目前，有一些發表的專利與動態培養有關。例如，發表于2007年2月15 日的授予Shuler等人的美國專利(專利號20070037273)可以根據體內藥代 動力學參數設置動態培養細胞環境；發表于2003年11月11日的授予Diresta等人的美國專利(專利號20030211600)可以補充培養液而實現動態培養細 胞；發表于2003年6月10日的授予Sarem等人的美國專利(專利號 6576458)描述了一個可以使培養液流動的細胞和組織培養裝置；發表于2002 年11月27日的授予鐘詩龍的中國實用新型專利(專利號ZL01271542.5)描述了 一個體外動力學模型裝置。但是，描述在這些專利中的裝置不是基于標準多孔培養板，而多孔培養板 是目前通常使用的可以實現高通量篩選的細胞培養設備。因此，上述裝置不適 合高通量動態培養細胞并評價細胞功能和評價藥效。這些裝置非常復雜，使得 造價昂貴。為了能經濟有效和高通量評價細胞功能或藥物效果，理想的方法是使用基 于多孔培養板的動態培養和處理細胞的裝置。發明內容針對現有技術的缺點，本發明的目的是為生物研究和藥物開發領域提供一 種用于細胞或組織培養和處理的裝置和方法，其基于多孔培養板的動態培養和 處理細胞， 一方面容易工業生產，另一方面適用于高通量動態培養和處理細 胞，因此本發明適用于大規模科學研究和工業應用。為了實現上述目的，本發明用于細胞或組織培養和處理的裝置的技術方案 為 一種用于細胞或組織培養和處理的裝置，包括一個培養板和一個可以移動 的并可以置于所說培養板上面的蓋子，所說培養板包括一個底、至少一個從底 延伸出來的培養孔、圍在培養板周邊的直立邊墻和至少一個從底的內表面延伸 至培養板外面的通道，其中所說底包含一個上邊的內表面、 一個下邊的外表 面；所說蓋子包括一個上面部分、 一個下面部分、 一個在所說上面部分和所說 下面部分之間的腔、至少一個可以用作液體流入腔的入導管，至少一個從所說 下面部分延伸出來的并用作分配液體到所說培養孔中的出導管和一個從所說下 面部分的周邊延伸出來的圍墻，所說出導管與所說培養板的培養孔對齊。根據本發明的精神，培養板和蓋子可以被生產成不同的大小和幾何形狀。 蓋子的形狀與培養板的形狀相吻合。當蓋子蓋在培養板的上方時，蓋子的出導 管與培養板的培養孔一一對應并插入培養板的培養孔中。培養板和蓋子最好生 產成透明，這樣可以有助觀察蓋子的出導管與培養板的培養孔是否對齊，也有 助于觀察細胞或組織的生長和培養液的流動情況。根據本發明的精神，培養板的培養孔的壁的槽或孔，培養板的通道，蓋子 的入導管與出導管可以被生產成不同的大小和幾何形狀。蓋子最好包含至少一個入導管，其中一個入導管用作輸入新鮮培養液到蓋 子的腔中。蓋子也可以沒有入導管，新鮮培養液可以儲存于蓋子的腔中。蓋子 必須包含一個腔，這個腔用于暫時儲存新鮮培養液。蓋子必須包含至少一個與 腔相連的出導管，這個出導管用于分配儲存于腔中的新鮮培養液到培養板的培 養孔中。蓋子的出導管的出口最好在出導管的周邊，末端有底，這樣可以減少 培養液對細胞的沖擊。蓋子的出導管的數目最好與培養板的培養孔的數目相 同。培養板的培養孔的壁最好有至少一個槽或孔，以方便用過培養液溢出。培 養板的培養孔的壁也可以沒有槽或孔，此時，用過培養液可以從培養孔的壁的 上沿溢出。培養板的底的上邊內表面可以制造成不同的有利于有效排除液體的幾何模 型。其中的一個造型傾斜的上邊內表面。培養板包括至少一個從底的上邊內表面穿過培養板的直立邊墻或培養板的 底到培養板外的洞。這個洞通常位于底的上邊內表面的最低位置，這樣可以有 效地排除從培養孔中溢出來是的培養液。培養液的流動最好由一個外接的泵驅動，這樣可以根據體內的藥代動力學 參數精確控制流速。在另一種情況，當供給新鮮培養液的位置高于蓋子的位置 時，培養液的流動也可以由新鮮培養液的自身重量驅動，流速可以由這個位置 的高度和入導管的粗細有關。本發明用于細胞或組織培養和處理的方法的技術方案為把細胞或組織種到所說培養板的培養孔的底上，用所說蓋子蓋著所說培養板、并且將所說蓋子 的出導管插入到所說培養孔中，通過外接泵或液體自身重量驅動新鮮培養液持 續加到所說蓋子的所說腔中，在所說蓋子的腔中的新鮮培養液持續分配到所說 培養孔中，新鮮培養液被所說培養孔中的細胞或組織利用并轉變成用過培養 液，所說培養孔中的用過培養液從壁的開口或上沿溢出到所說培養板的底的上 邊內表面，并從所說培養板的通道流出。本發明的一個優點在于它可以持續從蓋子的腔中通過蓋子的出導管分配新 鮮培養液到培養板的培養孔中，培養板的培養孔中的用過培養液可以溢出培養 孔的壁，再流過底的上邊內表面，最后通過培養板的洞流出培養板。這樣培養 板的培養孔中培養的細胞或組織處于類似于體內動態的培養環境中。因為培養板的培養孔中的培養液持續被更換，加入到培養孔中的藥物會隨 時間推移而逐漸減少。藥物減少的速度可以根據體內的藥代動力學參數設定。
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。 圖l是本發明裝置的俯視圖。圖2是本發明裝置的蓋子仰視圖。圖3是本發明裝置的蓋子出導管的部分截面圖。圖4是本發明裝置的多孔培養板的俯視圖。圖5是本發明裝置的培養板的培養孔的部分截圖。圖6本發明裝置的培養板的出孔的部分截面圖。圖7是本發明裝置的培養板和蓋子的橫截面圖。圖8是本發明裝置的培養板的培養孔和蓋子的出導管的部分橫截面圖。
具體實施方式
盡管本發明裝置可以由多個不同的樣式來滿足，但在此處描述一個優選的 樣式。這個優選的樣式僅僅是一個例子，這個例子并不會限制本發明的精神。參考圖1，本發明用于細胞或組織培養和處理的裝置包括一個培養板20和 蓋子IO。也如圖4所示，培養板20包括一個底17，多個培養孔40，圍在培養 板周邊的直立的邊墻14， 一個從底的內表面延伸至培養板的外面的、可以排除 來自底的內表面液體的通道49。直立的邊墻14包含上部分14A和下部分14B 兩部分。上部分14A延伸自下部分14B的周肩。上部分14A包含5個邊，下部 分包含4個邊。通道49包含洞49A和壁49B。參考圖1、 4、 5、 7、和8，培養孔40包含一個一個不透液體的壁41， 一 個開口 43和底44。所以培養孔的從開口 43到底44的高度可以一樣，也可以 不一樣，但最好一樣。底44最好與培養板的底的外表面平行，這樣可以便于 觀測培養孔中細胞培養情況。培養孔40可以制成不同的形狀，但優先選擇柱 狀。在圖5描述的一個樣式中，壁41包含至少一個開口向上沿的槽42。用過 培養液可以從這些槽中溢出到培養板的底的上邊內表面。槽42的數量、大 小、形狀可以多種多樣。培養板20的底17進一步包括傾斜的上邊內表面16和一個水平的下邊外表 面18。上邊內表面16制成傾斜是為了有效地排除從槽42溢出的用過培養液到 通道49。培養板20的底17的上邊內表面也可以制成其他的利于排液的高底 面。本樣式的上邊內表面是傾斜的。內表面的最低端與底的上邊內表面的通道 49相連。蓋子的腔可以從入導管接受培養液并通過出導管分配培養液到培養板的培 養孔中。入導管可以連接泵。外接的泵可以調節培養液的流速。培養液的流動 最好可以由泵驅動，但當培養液的位置高于蓋時，培養液的流動也可以由自身 的重量驅動。圖l和圖2描述了本發明的蓋子的一個樣式。蓋子10包含一個上 面部分26， 一個下面部分24， 一個在所說上面部分和所說下面部分之間的腔 25， 一個可以用作液體流入腔的入導管60，至少一個從所說下面部分延伸出來 的、可以用作分配液體到所說培養板的所說培養孔中的出導管50，和一個從下 面部分的周邊延伸出來的圍墻22。根據本發明的精神，精通工藝的人會理解上 面部分26的形狀可以多樣，如平面或拱形。入導管的位置可以在蓋的任何位置，但最好在蓋的上面部分。入導管的數目可以多于一個。例如蓋子有兩個入 導管， 一個可以用作接受培養液， 一個可以用作接受藥物。另外蓋子的腔可大 可小。在一個樣式中，本發明的蓋子的上面部分和下面部分可以制成一體，蓋子 的腔位于上面部分和下面部分之間。在另一個樣式中，本發明的蓋子包括上面 部分和下面部分，即蓋子由上面部分和下面部分兩部分組裝而成。當上面部分 和下面部分兩部分組裝在一起時，中間形成一個儲蓄液體的腔。圖1、 2、 3、 7和8描述了一個蓋子的出導管的樣式。出導管50包括一個 壁51、 一個上開口 56和至少一個孔或縫隙54。在圖3和圖8中，可以很好看 到出導管50最好包括一個底55。這個底可以緩沖培養液的流動對細胞的沖 擊。出導管的形狀可以是圓形、方形及其他形狀。如圖1和圖7所示。蓋子10的形狀與培養板20的形狀相匹配。培養板20 的直立的邊墻14的上部分14A和蓋子10的圍墻22都有5個邊墻，這可以使 蓋子10按正確的方向蓋上培養板20，并且能夠使蓋子10的出導管50準確地 插入培養板20的培養孔40中。盡管蓋子10的出導管50的孔或縫隙54的位置 可以高于培養板20的培養孔40中液面的位置，但是為了獲得穩定的流速和減 少對細胞的沖擊，蓋子10的出導管50的孔或縫隙54在培養板的培養孔中位置 最好低于培養孔中的液面，并距培養孔的底44大于1毫米。作為一個例子，圖l描述了一6個培養孔的培養板20和相匹配的6個出導 管的蓋子10。培養板的培養孔和蓋的出導管的數目可以是6、 12、 24、 48、 96 或任何數目。培養板的培養孔和蓋的出導管的排列可以是標準的長方形行列或 其他排列。培養板和蓋可以是圓形、長方形或其他形狀。本發明的裝置最好制成透明，這便于觀察細胞的生長或處理效果。置備本 發明裝置的材料包括聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等。圖7是一個本發明裝置的培養板和蓋子的橫截面。如圖7所示，新鮮培養 液由外接的泵100驅動通過蓋子10的上面部分26的入導管60進入蓋子10的 腔25，然后通過蓋子10的下面部分24的出導管50分配到培養板20的培養孔40中。新鮮培養液在培養孔40中被細胞利用后轉變成用過培養液。在培養孔 40中的用過培養液從培養孔40的壁41的槽42溢出到培養板20的底17的傾 斜的上邊內表面。最后通過通道49流出培養板20外。用過培養液從培養孔40 溢出的速度與新鮮培養液從出導管50加入到培養孔40的速度相同。在一個樣 式中，如圖7所示，培養液流過路徑是從101、到102、到103、到104、到 105、到106、再到107。研究人員可以把細胞培養于發明裝置的培養板20的培養孔40中，然后持 續地從蓋的出導管加入培養液到培養培養板中，并且持續地從培養板地排液系 統排除培養液。在本發明裝置，培養板的排液系統包括培養板20的培養孔40 的壁41的槽42、底17的傾斜的上邊內表面16和培養板20的通道49。本發明裝置的一個主要優點是可以持續地從蓋的出導管加入培養液到培養 培養板中，并且持續地從培養板地排液系統排除培養液，培養液的流速可以通 過外接的泵實現精確調控，因而可以實現細胞或組織的動態培養。本發明裝置的另一個主要優點是多培養孔培養培養板構成。每一個培養孔 模擬一個體內動態系統。因此本發明裝置可以用作高通量動態培養系統來研究 細胞或組織的生理或病理情況。本發明裝置的一個應用方法是研究藥物對細胞或組織的效果。方法如下 細胞在動態培養液條件下培養，然后加入藥物。藥物隨時間推移而逐漸減少。 藥物減少的速度由加入新鮮培養液和排除用過培養液的速度控制。為了模擬體 內藥物消除情況，培養液流動速度可以由藥物在體內的半衰期計算得到并由外 接的泵調控。細胞或組織經過藥物處理后，檢測各項參數來得到藥物效果。
權利要求
1. 一種用于細胞或組織培養和處理的裝置，包括一個培養板和一個可以移動的并可以置于所說培養板上面的蓋子，其特征在于所說培養板包括一個底、至少一個從底延伸出來的培養孔、圍在培養板周邊的直立邊墻和至少一個從底的內表面延伸至培養板外面的通道，其中所說底包含一個上邊的內表面和一個下邊的外表面；所說蓋子包括一個上面部分、一個下面部分、一個在所說上面部分和所說下面部分之間的腔、至少一個可以用作液體流入腔的入導管，至少一個從所說下面部分延伸出來的并用作分配液體到所說培養孔中的出導管和一個從所說下面部分的周邊延伸出來的圍墻，所說出導管與所說培養板的培養孔對齊。
2. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 所說底的上邊內表面是傾斜的。
3. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 所說通道通過所說底或所說直立的墻并從所說底的上邊內表面延伸至培養板的 外面。
4. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 所說的培養孔進一步包括一個底、 一個開口和一個不透液體的壁，該壁包含至 少一個可以讓液體溢出到所說培養板的底的上邊內表面的槽或孔。
5. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 所說蓋子的上面部分和下面部分是一體的，蓋子的腔位于上面部分和下面部分 之間。
6. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于-所說蓋子由上面部分和下面部分兩部分組裝而成，當上面部分和下面部分兩部 分組裝在一起時，中間形成一個儲蓄液體的腔。
7. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 所說蓋子的所說入導管與外接的泵連接。
8. 根據權利要求1中的用于細胞或組織培養和處理的裝置，其特征在于 當所說蓋子蓋住所說培養板并且所說出導管插入到所說培養孔中時，所說出導 管的端部位置低于所說培養孔的壁的上沿并且與所說培養孔的底的差距大于1 微米。
9. 一種利用權利要求l-8所述裝置來進行細胞或組織培養的方法，其特征在 于把細胞或組織種到所說培養板的培養孔的底上，用所說蓋子蓋著所說培養 板、并且將所說蓋子的出導管插入到所說培養孔中，通過外接泵或液體自身重 量驅動新鮮培養液持續加到所說蓋子的所說腔中，在所說蓋子的腔中的新鮮培 養液持續分配到所說培養孔中，新鮮培養液被所說培養孔中的細胞或組織利用 并轉變成用過培養液，所說培養孔中的用過培養液從壁的開口或上沿溢出到所 說培養板的底的上邊內表面，并從所說培養板的通道流出。
10. —種利用權利要求l-8所述裝置來進行細胞或組織處理的方法，其特征在 于把細胞或組織種到所說培養板的所說培養孔的所說底上，用所說蓋子蓋著 所說培養板、并且將所說蓋子的所說出導管插入到所說培養板的所說培養孔 中，通過外接泵或液體自身重量驅動新鮮培養液持續加到所說蓋子的所說腔 中，在所說蓋子的所說腔中的新鮮培養液持續分配所說培養板的所說培養孔 中，新鮮培養液被所說培養孔中的細胞或組織利用并轉變成用過培養液，所說 培養板的所說培養孔中的用過培養液從所說培養板的所說培養孔的所說壁的孔 或槽溢出到所說培養板的所說底的上邊內表面，所說培養板的所說底的上邊內 表面上的用過培養液從所說培養板的所說通道流出，細胞或組織經過一段時間 的動態培養后，用藥物等因素處理細胞或組織，藥物隨著加入新鮮培養液和排 除用過培養液而逐漸減少，經過一段時間后測定藥物等因素對細胞或組織的效 果。
全文摘要
本發明公開了一種用于細胞或組織培養和處理的裝置，包括一個培養板和一個可以移動的并可以置于培養板上面的蓋子。培養板包括一個底、至少一個從底延伸出來的培養孔、圍在培養板周邊的直立邊墻和至少一個從底的內表面延伸至培養板外面的通道，其中底包含一個上邊的內表面和一個下邊的外表面；蓋子包括一個上面部分、一個下面部分、一個在上面部分和下面部分之間的腔、至少一個可以用作液體流入腔的入導管，至少一個從下面部分延伸出來的出導管和一個從下面部分的周邊延伸出來的圍墻，出導管與培養孔對齊。本發明還公開了一種用于細胞或組織培養和處理的方法。本發明是基于多孔培養板的動態培養和處理細胞的裝置，一方面容易工業生產，另一方面適用于高通量動態培養和處理細胞。
文檔編號C12N5/00GK101270332SQ20081002783
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月30日 優先權日2008年4月30日
發明者虹 伍, 鐘詩龍 申請人:鐘詩龍;伍 虹