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灌注型旋转细胞培养系统
组织工程研究室

                 




仪器简介:培养容器中充满了用作培养基的生长液以及细胞或组织材料。整个容器由电机驱动沿水平轴旋转。细胞颗粒在水平轴内建立均质的液体悬浮轨道。培养基以及细胞颗粒随容器一起旋转且不与容器壁和它物相撞。由于系统无推进器、空气升液器、气泡或搅拌器,使破坏性应力减到最小。RCCS中的细胞通过膜式气体交换器来吸氧

和排出CO2。任何气泡都被清除,以防其旋涡对细胞的生长的影响。无破坏应力使生成的三维组织具有与父系相同的结构和功能。其组织的培养密度为10E1010E11个细胞/ml;细胞的培养密度为10E8。至今所有的细胞组织都能培养。

主要特点:

1.高分化度:分化是指当细胞组织被再生时,其扮演不同的角色来模仿人体中同样的组织结构和功能。即,肝组织代谢毒素和分泌胆汁;骨髓产生血细胞和血小板;胰岛产生胰岛素;肿瘤组织疯狂增生。有了这项发明,分化的人体组织能在实验室中生长,用来模仿科学家们

感兴趣的器官和肿瘤。

2.模拟微重力:以前要想在体外模拟正常组织的微环境由于细胞外基质的复杂性和环境的适应问题而受阻,而此细胞外基质对于调节细胞骨架和细胞核基质蛋白是很重要的。重力就是问题之一,它将分裂原本应在一起的细胞组织成分。具微重力状态的RCCS解决了这个问题。

3.完善的三维细胞培养:一般的生物反应器依赖的方法是保持细胞的悬浮从而导致剪切力的产生。剪切力使细胞间以及细胞与基质间的稳定性遭到破坏,这样组织和细胞集中于自身的修复, 从而大大影响其生长和其它的正常生理功能。具极低剪切力的RCCS解决了这个问题。

技术指标:

已培养的细胞和组织初生的细胞:正常人类的角朊细胞、正常的小肠(上皮和成纤维细胞)、人类淋巴细胞、皮肤成纤维细胞、黑色素细胞、人类胚胎细胞、鼠成骨细胞、正常人的肝细胞、鼠骨髓干细胞、人类骨髓。细胞株:仓鼠的肾(BHK)、中国仓鼠的卵巢(CHO)、变种的昆虫。长期外植的组织(人类):淋巴(扁桃腺)、肝脏、脾、淋巴结、前列腺、支气管、皮肤、肺等。

应用范围:

在模拟的微重力环境下,细胞/组织的三维高分化的培养技术已进入临床和生产)组织移植:例如RCCS培养的肝组织和自然的在整体上无区别,使局部组织移植成为可能。

1.疫苗生产:以前丙肝疫苗效果不佳的原因之一是用来产生这种疫苗的病毒并不长在人的肝脏中,现在RCCS培养的肝使产生肝炎疫苗的病毒生长在人的肝脏成为现实。RCCS在美国已广泛用于生产。 

软骨再生:经培养的软骨密度极高,可治疗关节损伤。 

激素、酶和其它由人体组织产生的蛋白以及基因工程:经培养的高分化的人体组织,其被刺激后能分泌治疗用的蛋白。例如经培养的神经组织产生的神经生长激素能修复脊椎的损伤。 

2.骨髓再生:培养的骨髓生长情况极佳,且可连续进行增生和低温冷冻保藏,可建大型骨髓库。 

3.糖尿病:胰岛素培养后能插入体内继续生长,无数患者有望免去长期注射胰岛素。 

4.替代动物实验,体外毒理试验,药物研究:有效杀灭肿瘤,对肿瘤组织活体取样,与自身的白细胞或淋巴细胞在RCCS中混合培养,刺激或驯化它们来识别和攻击肿瘤组织,然后把经驯化后有杀伤力的细胞直接注入病灶。这样,这些经感化的淋巴细胞彻底杀灭了肿瘤。 

5.肿瘤、爱滋病、肾病和心脏病的理想模型:培养人的器官、腺体和淋巴结。然后感染这些类器官,再跟踪其生长。把药物用在被感染的经培养的组织模型上,研究其对抗疾病的效果及其对抗方式。例如肿瘤组织的培养有利于测试化疗药在病人自身的经培养和分化的肿瘤上的疗效,避免了用药的盲目性。以前这是在鼠的组织模型上进行的,但物种差异使许多肿瘤在鼠中的生长情况并不好。而在RCCS中,所有的肿瘤组织都完好生长,且避免了原先鼠蛋白的干扰。 

6.皮肤移植:经培养的皮肤具有极高分化度避免了以前培养的皮肤在肌理、灵巧度和肤色的不足。