CN119177167B - 一种用于心肌切片的维持培养皿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于心肌切片的维持培养皿，包括设置有内腔的培养皿以及设置在内腔中的心肌切片支撑装置，培养皿采用柔性材料制成且内腔中填充有组织培养液；培养皿可拆卸连接有间歇拉伸装置；心肌切片支撑装置用于放置心肌切片并维持心肌切片中部位于内腔底壁上方，间歇拉伸装置用于按照设定频率驱动培养皿中的心肌切片产生周期性拉伸。本发明能够优化心肌切片的培养方式，提升心肌细胞的存活率和生长质量，维持稳定的生理结构；为生物医学研究和临床应用提供更加可靠和精确的实验平台。

Description

一种用于心肌切片的维持培养皿

技术领域

本发明涉及细胞体外培养技术领域，尤其涉及一种用于心肌切片的维持培养皿。

背景技术

心肌细胞具有独特的生理和形态特性，例如：不可分裂增殖的特性，细胞间的紧密连接特性和高度的功能协调性；这些特性使得心肌细胞的培养比其他类型的细胞更为复杂。在生物医学研究和临床应用中，心肌切片的培养是理解心脏疾病机制、开发治疗方法和评估药物效果的重要手段；特别是临床中珍贵的活的心肌组织，对疾病发生发展的机制、药物的筛查和新药研发具有重要的意义。

传统的心肌切片培养方法存在诸多不足，如培养环境难控制、细胞存活率低、切片生理结构功能不稳定等。

发明人知晓的一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿（CN 116333882A），包括驱动单元和控制单元；所述驱动单元包括径向拉压驱动器和弯曲驱动器；所述控制单元用于对径向拉压驱动器和弯曲驱动器进行气压驱动控制；细胞位于径向拉压驱动器的上表面；所述径向拉压驱动器设于弯曲驱动器上部；对所述径向拉压驱动器进行抽气或充气，从而对细胞施加径向压力；对所述弯曲驱动器进行抽气，带动径向拉压驱动器发生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。

但上述申请至少存在如下技术问题：

细胞培养基材无法模拟细胞生长所需要的真实场景（例如：培养液），不利于细胞生长和培养。培养基材无法实现细胞的固定或限位，不利于后续实验和观测。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于心肌切片的维持培养皿，能够优化心肌切片的培养方式，提升心肌细胞的存活率和生长质量，维持稳定的生理结构；为生物医学研究和临床应用提供更加可靠和精确的实验平台。

本发明采用下述技术方案：

一种用于心肌切片的维持培养皿，包括设置有内腔的培养皿以及设置在内腔中的心肌切片支撑装置，培养皿采用柔性材料制成且内腔中填充有组织培养液；培养皿可拆卸连接有间歇拉伸装置；心肌切片支撑装置用于放置心肌切片并维持心肌切片中部位于内腔底壁上方，间歇拉伸装置用于按照设定频率驱动培养皿中的心肌切片产生周期性拉伸。

所述的心肌切片支撑装置包括对称设置在内腔左右两端的起高台，起高台上端面高于培养皿内腔底壁。

还包括心肌切片固定装置，心肌切片固定装置用于将心肌切片固定在心肌切片支撑装置上。

还包括电刺激装置，电刺激装置用于对心肌切片按照设置的频率进行电流刺激。

所述的间歇拉伸装置采用电控拉伸装置；电控拉伸装置设置有周期性往复运动的拉伸臂，培养皿四周设置有与拉伸臂相对应的安装孔。

所述的心肌切片固定结构包括设置在两端心肌切片支撑装置中的负压通道，以及贯穿心肌切片支撑装置上端面的若干压差通孔，负压通道和若干压差通孔连通，心肌切片的两端对应封闭若干压差通孔。

所述的负压通道内利用流动的气体或液体实现压差通孔处的负压。

所述的心肌切片固定结构还包括循环系统，循环系统包括设置有容置腔的容置箱，容置腔内填充有组织培养液，培养皿设置在容置腔内；容置箱上设置有中部连接微型液体泵的降压管路；培养皿中两端心肌切片支撑装置中的负压通道后端连通，其中一个负压通道的前端通过降压管路与微型液体泵出液口连通，另一个负压通道的前端与容置腔连通。

所述的培养皿前后两侧面高于心肌切片支撑装置上端面的位置处开设有连通孔，连通孔连通培养皿与容置箱构成连通器。

所述的间歇拉伸装置包括穿设在培养皿底壁上的出水管，出水管的出水口位于培养皿内且低于心肌切片支撑装置上端面；出水管的入水口通过设置有电控阀的连接管道与微型液体泵的出水口连接。

本发明通过设置心肌切片支撑装置，能够使心肌切片在内腔中呈悬浮状，增大与内腔中组织培养液的接触面积，增强气体交换效果，减少因心肌切片贴壁产生缺氧的概率；本发明通过设置间歇拉伸装置，能够按照设定频率驱动培养皿中的心肌切片产生周期性拉伸，以模拟人体环境中心肌组织的收缩、拉伸状态，保持心肌切片正常的生理结构功能，提高心肌细胞的存活率；

进一步的，本发明通过设置心肌切片固定装置，能够确保心肌切片两端与对应心肌切片支撑装置的固定效果；

进一步的，本发明还增设有电刺激装置，能够进一步模拟心肌细胞或组织的正常生理状态，达到刺激心肌切片的效果。

附图说明

图1为本发明心肌切片的结构示意图；

图2为本发明培养皿的结构示意图；

图3为本发明起高台的结构示意图；

图4为本发明负压通道的结构示意图；

图5为本发明压差通孔的结构示意图；

图6为本发明微型液体泵的结构示意图。

具体实施方式

图1至图6所示，本发明所述的用于心肌切片1的维持培养皿2，包括设置有内腔的培养皿2以及设置在内腔中的心肌切片支撑装置，培养皿2采用柔性材料制成且内腔中填充有组织培养液；培养皿2可拆卸连接有间歇拉伸装置；

心肌切片支撑装置用于放置心肌切片1两端并维持心肌切片1中部位于内腔底壁上方，使心肌切片1在内腔中呈悬浮状，增大与内腔中组织培养液的接触面积，增强气体交换效果，减少因心肌切片1贴壁产生缺氧的概率；

间歇拉伸装置用于按照设定频率驱动培养皿2中的心肌切片1产生周期性拉伸，以模拟人体环境中心肌组织的收缩、拉伸状态，保持心肌切片1正常的生理结构功能，提高心肌细胞的存活率。

本发明中，采用柔性材质制成的培养皿2能够配合间歇拉伸装置产生形变效果。柔性材质可采用PDMS。PDMS具有无毒、生物相容性好的优点，同时具有优秀的延展性、回弹性、耐用性和透光性，可以确保培养皿2内的环境稳定，且具有对心肌切片1的无损伤、便于随时观察心肌细胞及心肌切片1形态、颜色、贴壁情况等指标的优点。

为了便于对心肌切片1两端进行支撑，本发明中，心肌切片支撑装置包括对称设置在内腔左右两端的起高台3，起高台3上端面高于培养皿2内腔底壁。使用时，将心肌切片1的两端分别放置于内腔两端的起高台3上端面。

为了进一步增强心肌切片1的固定效果，本发明中还设置有心肌切片固定装置。

本实施例中，心肌切片固定装置可采用排针4；利用排针4分别穿设心肌切片1两端直至排针4下部插入起高台3上部，使心肌切片1两端与对应的起高台3固定，确保心肌切片1在内腔中呈悬浮状，增大与内腔中组织培养液的接触面积，增强气体交换效果。

本发明中，为了进一步模拟心肌细胞或组织的正常生理状态，还增设有电刺激装置。电刺激装置可采用连接有电极5的电源，正负电极5可与一侧起高台3上设置的排针4进行电连接，利用电源通过电极5和排针4对心肌切片1按照设置的频率进行电流刺激，即可达到刺激心肌切片1的效果。

本发明中，间歇拉伸装置可采用电控拉伸装置；电控拉伸装置设置有周期性往复运动的拉伸臂6，培养皿2四周设置有与拉伸臂6相对应的安装孔。本实施例中，电控拉伸装置左右对称设置有两组拉伸臂6，每组拉伸臂6均包括前后对称设置的两个拉伸杆；培养皿2四周对应设置有四组拉伸臂6安装孔，每个拉伸杆分别插设于对应的安装孔内。

使用时，两组拉伸臂6按照设定的频率和力度进行周期性的相向及反向的交替运动，从而使培养皿2对应产生周期性的拉伸和收缩形变，最终通过心肌切片固定装置作用于心肌切片1上，达到模拟人体环境中心肌组织的收缩、拉伸状态的目的，从而维持心肌切片1正常的生理结构功能，提高心肌细胞的存活率。

考虑到排针4虽能起到良好的固定效果，但可能会对心肌切片1的形态和内部心肌细胞产生一定损伤和破坏，本发明中，还设计有基于负压原理的心肌切片固定装置，以及与之配合的间歇拉伸装置。

本实施例中，心肌切片固定结构包括设置在两端起高台3中的负压通道7和贯穿起高台3上端面的若干压差通孔8，负压通道7和若干压差通孔8连通，心肌切片1的两端对应封闭若干压差通孔8；即可利用压差通孔8处的负压、组织培养液的压力对心肌切片1的两端进行固定，以替代排针4进行固定。

工作过程中，培养皿2内腔充满了静止的组织培养液；通过把心肌切片1覆盖在若干压差通孔8上表面，此时心肌切片1两端受到压差通孔8处的负压、组织培养液的压力作用，将贴紧在压差通孔8上表面，从而使心肌切片1两端贴紧对应的起高台3上端面。

负压通道7内可利用流动的气体或液体实现压差通孔8处的负压。

立足于实验所必须的组织培养液，摒弃其余可能造成心肌切片1污染的其他介质，本实施例中，使用组织培养液实现负压通道7内的负压。将负压通道7内充满组织培养液，并使负压通道7内的组织培养液产生流动，从而在负压通道7内压差通孔8处形成负压。

为了使负压通道7内的组织培养液能够循环流动，重复利用；本实施例中，心肌切片固定结构还包括与培养皿2连接的循环系统，循环系统包括设置有容置腔的容置箱9，容置腔内填充组织培养液，容置腔的底面设置有与培养皿2形状适配的容置槽，培养皿2设置在容置槽内且维持位置稳定。培养皿2外侧面与容置箱9的容置腔之间形成了组织培养液的容置空间，容置箱9下部设置有降压管路10，降压管路10与培养皿2中的压差通孔8经负压通道7连通；降压管路10中部接入微型液体泵11，通过微型液体泵11使降压管路10和负压通道7内的组织培养液循环流动，从而使培养皿2中的压差通孔8处产生负压。微型液体泵11使用属于现有技术，在此不再赘述。

为了使降压管路10、负压通道7和容置腔内的组织培养液形成循环，本发明中，培养皿2内腔左右两端的起高台3的前后两端延伸至培养皿2内腔内壁，两个起高台3后端的负压通道7开口通过U形管连通，一侧起高台3前端的负压通道7开口作为进液口与微型液体泵11的出液口连通，另一侧起高台3前端的负压通道7开口作为出液口与容置箱9的容置腔连通。在微型液体泵11的作用下，容置腔内的组织培养液经微型液体泵11注入一侧起高台3内负压通道7的进液口内，并经U形管从另一侧起高台3内负压通道7的出液口流入容置箱9的容置腔内，从而形成组织培养液的循环。

由于在心肌切片1的培养过程中，可能存在心肌切片1的两端无法完全覆盖所有压差通孔8的情况，由于压差通孔8处存在负压，在压差通孔8开口裸露时会造成培养皿2内的组织培养液经负压通道7流入容置箱9的容置腔内，造成培养皿2内的组织培养液液面下降。为及时补充培养皿2内的组织培养液，本实施例中还在培养皿2前后两侧面略高于起高台3的位置处开设有连通孔12，连通孔12能够使培养皿2与容置箱9构成连通器，从而维持培养皿2与容置箱9内组织培养液液面高于心肌切片1，使心肌切片1始终位于组织培养液内。即便部分培养皿2内的组织培养液经负压通道7流入容置箱9的容置腔内，由于连通孔12的作用，容置箱9的容置腔内的组织培养液可迅速回流至培养皿2内，维持培养皿2内液面高度。

为配合所采用的基于负压原理的心肌切片固定装置，本实施例中，同样基于实验所必须的组织培养液，设置有特殊的间歇拉伸装置，利用产生负压时所使用的微型液体泵11，实现培养皿2内组织培养液的间歇性涌动，并利用涌动时产生的流体冲击力，实现对心肌切片1的间歇性拉伸。

本实施例中，间歇拉伸装置包括穿设在培养皿2底壁上的出水管13，出水管13的出水口位于培养皿2内两个起高台3之间且低于起高台3上端面；出水管13的入水口通过设置有电控阀14的连接管道15与微型液体泵11的出水口连接。电控阀14能够控制连接管道15的间歇性导通，从而通过出水管13向培养皿2内间歇性注入容置腔内的组织培养液，并在心肌切片1的下方实现组织培养液的涌动，涌动的组织培养液通过挤压心肌切片1中部位置，实现心肌切片1的间歇性拉伸，从而达到模拟人体环境中心肌组织的收缩、拉伸状态的目的，从而维持心肌切片1正常的生理结构功能，提高心肌细胞的存活率。

本实施例基于实验所必须的组织培养液，摒弃其余可能造成心肌切片1污染的其他介质，使用组织培养液实现心肌切片1的固定，通过生成组织培养液的涌动实现心肌切片1的间歇性拉伸，最终良好的实现人体环境中心肌组织的收缩拉伸状态的模拟。

Claims (5)

1.一种用于心肌切片的维持培养皿，其特征在于：包括心肌切片固定装置、设置有内腔的培养皿以及设置在内腔中的心肌切片支撑装置，培养皿采用柔性材料制成且内腔中填充有组织培养液；培养皿可拆卸连接有间歇拉伸装置；心肌切片支撑装置用于放置心肌切片并维持心肌切片中部位于内腔底壁上方，间歇拉伸装置用于按照设定频率驱动培养皿中的心肌切片产生周期性拉伸；心肌切片固定装置用于将心肌切片固定在心肌切片支撑装置上；心肌切片固定装置包括设置在两端心肌切片支撑装置中的负压通道，以及贯穿心肌切片支撑装置上端面的若干压差通孔，负压通道和若干压差通孔连通，心肌切片的两端对应封闭若干压差通孔；心肌切片固定装置还包括循环系统，循环系统包括设置有容置腔的容置箱，容置腔内填充有组织培养液，培养皿设置在容置腔内；容置箱上设置有中部连接微型液体泵的降压管路；培养皿中两端心肌切片支撑装置中的负压通道后端连通，其中一个负压通道的前端通过降压管路与微型液体泵出液口连通，另一个负压通道的前端与容置腔连通；间歇拉伸装置包括穿设在培养皿底壁上的出水管，出水管的出水口位于培养皿内且低于心肌切片支撑装置上端面；出水管的入水口通过设置有电控阀的连接管道与微型液体泵的出水口连接。

2.根据权利要求1所述的用于心肌切片的维持培养皿，其特征在于：所述的心肌切片支撑装置包括对称设置在内腔左右两端的起高台，起高台上端面高于培养皿内腔底壁。

3.根据权利要求1所述的用于心肌切片的维持培养皿，其特征在于：还包括电刺激装置，电刺激装置用于对心肌切片按照设置的频率进行电流刺激。

4.根据权利要求1所述的用于心肌切片的维持培养皿，其特征在于：所述的负压通道内利用流动的液体实现压差通孔处的负压。

5.根据权利要求1所述的用于心肌切片的维持培养皿，其特征在于：所述的培养皿前后两侧面高于心肌切片支撑装置上端面的位置处开设有连通孔，连通孔连通培养皿与容置箱构成连通器。