Устройство для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях

Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности к устройствам для выращивания клеток млекопитающих и может найти применение в биотехнологии и тканевой инженерии.
Физиологические условия для роста и пролиферации культивируемых клеток создает для них постоянная циркуляция жидкости в области образца /Wang, L., Hu, Н., Yang, J., Wang, F., Kaisermayer, С., & Zhou, P. High yield of human monoclonal antibody produced by stably transfected Drosophila Schneider 2 cells in perfusion culture using wave bioreactor. Molecular biotechnology, vol. 52 no. 2, pp. 170-179. 2012/. Специальные устройства - биореакторы, и обеспечивают циркуляцию питательной среды /М. Sladkova and G. de Peppo, "Bioreactor Systems for Human Bone Tissue Engineering," Processes, vol. 2, no. 2, pp. 494-525, Jun. 2014./
В результате проведенного патентно-информационного поиска были выявлены три аналога предлагаемого устройства.
Биореактор для культивирования суспензионных культур клеток в условиях земли и в условиях микрогравитации /заявка на патент США 2002/0146816, МПК С12М 1/00, опубл. 10.10.2002/, состоящий из цилиндрической емкости, способной вращаться вокруг своей оси благодаря электроприводу, и системы, обеспечивающий постоянную рециркуляцию питательной среды или поступления ее свежих аликвот. На емкости биореактора располагаются две крышки и отверстия для трубок. Имеется система газообмена, представленная газопроницаемым трубопроводом. Свежая питательная среда хранится в полимерной емкости и подается в полость биореактора посредством перистальтитического насоса.
Важным недостатком данного биореактора для культивирования клеток является его применение исключительно для суспензионных культур клеток, что делает невозможным его использование для культивирования клеток млекопитающих в 3D биологической модели.
Другим аналогом является биореактор, состоящий из цилиндрической емкости с крышкой и патрубками для подвода и отвода газа, устройства для аэрации и перемешивания среды /Патент РФ №2299903/. Биореактор содержит лопастное колесо, укрепленное на приводном валу, расположенном в верхней части корпуса. Вокруг вала имеются отверстия для патрубков подвода и отвода газов. Недостатки данного биореактора включают в себя: невозможность его использования для культивирования адгезионных культур клеток млекопитающих в условиях 3D биологических моделей, а также большой объем полости биореактора, предназначенного для продукции большого объема биологической массы.
Ближайшим аналогом (прототип) является биореактор, предназначенный для выращивания тканеинженерных конструкций, состоящий из емкости с прозрачными стенками и герметично закрывающейся крышки. В корпусе помещается биологическая матрица с фиксацией с помощью спиц. Имеются специальные пневмоакустические форсунки, обеспечивающие поступление газовой смеси и свежей питательной среды. На корпусе биореактора имеется клапан для сброса избыточного давления и питательной среды /Патент РФ №2482180/.
Известное устройство не подразумевает рециркуляции питательной среды, которая, будучи в кондиционированном состоянии, содержит большое количество биологически активных веществ, в первую очередь, паракринных факторов, играющих важную роль в процессах пролиферации и дифференцировки клеток. Помимо этого, большой размер и круглая форма предлагаемого устройства не позволяют визуально оценивать состояние культивируемой клеточной культуры in vitro с помощью световой микроскопии, что негативно влияет на проведение работы.
Технической проблемой, решаемой данной полезной моделью, является создание биореактора, позволяющего культивировать клетки млекопитающих в условиях 3D-модели, которые увеличивали или поддерживали бы жизнеспособность и распределение клеток на подложке из биоматериалов, с возможностью наблюдения за поведением клеточной культуры на тканеинженерной конструкции с помощью инвертированного светового микроскопа или визуальным методом.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях, включающем прозрачную камеру биореактора с герметичной крышкой, выходную трубку сброса питательной жидкости из нее, и устройство газообмена с окружающей средой на крышке, дополнительно установлен перестальтический насос в герметичном пластиковом корпусе с крышкой, соединяющийся входной и выходной трубками в продольном направлении с торцами прямоугольной камеры биореактора, при этом на герметичном корпусе установлена кнопка включения/выключения, соединенная с перельстатитческим насосом и штепселем, а устройство газообмена выполнено в виде бактериального фильтра.
Полезная модель представлена на фиг. 1 - общий вид сбоку, и на фиг. 2 - вид спереди в разрезе.
Устройство для культивирования клеток млекопитающих на тканеинженерных конструкциях состоит из герметичного пластикового корпуса 1, закрывающегося крышкой, в котором установлен перистальтический насос 8, прямоугольной прозрачной камеры биореактора 2 с герметичной крышкой, бактериального фильтра 3 для газообмена между камерой биореактора и окружающей средой, кнопки включения/выключения 4, штепселя 5 для включения в сеть, входной трубки 6 и выходной трубки 7.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В стерильную камеру биореактора 2 устанавливается чашка Петри с лежащей в ней тканеинженерной конструкцией дермы кожного покрова, заселенной клетками. После чего камера биореактора заполняется питательной средой выше бортика чашки Петри, так что бы питательная среда полностью покрывала тканеинженерную конструкцию. Затем все устройство стерилизуется снаружи, и помещается в стандартные условия клеточного инкубатора (37°С, 5% CO2). Диффузию газа внутрь камеры биореактора 2 обеспечивает установленный на крышке камеры биореактора бактериальный фильтр 3. Далее штепсель 5, соединенный с перистальтическим насосом и кнопкой включения/выключения, подключается к электрической сети, обеспечивая питание устройства. Включаем устройство с помощью кнопки включения/выключения 4. Дальнейшая циркуляция жидкости обеспечивается с помощью перельстатического насоса 8, находящегося в изолированном герметичном корпусе 1 с крышкой. Он соединен с торцами камеры биореактора двумя трубками - входной 6 и выходной 7, посредством которых питательная среда циркулирует в камере, в продольном направлении.
Технический результат использования полезной модели заключается в том, что возможно культивировать клетки млекопитающих в условиях 3D-модели, с возможностью наблюдения за поведением клеточной культуры на тканеинженерной конструкции с помощью инвертированного светового микроскопа или визуальным методом, так как размер и форма камеры биореактора, позволяют поместить его в инвертированный световой микроскоп. Ввиду того, что конструкция устройства небольшая и компактная, его можно использовать в научных целях, а не в условиях промышленного культивирования массы.