专利名称：一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医学实验技术领域，特别是涉及一种用于研究靶向传递骨髓间充 质干细胞的实验设备。
背景技术：
骨髓间充质干细胞移植是一种将骨髓间充质干细胞从自身采集，然后进行培养、 纯化，再回输进患者体内用以治疗疾病的方法。骨髓间充质干细胞具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在一定条件下可分化为 骨、软骨、脂肪、肌腱、肌肉、神经等多种细胞，同时还具有来源较广、无免疫排斥反应等优
点o目前，利用骨髓间充质干细胞修复骨缺损已成为广大学者研究的一大热点，随着 基因工程的兴起，不少学者把骨髓间充质干细胞作为基因治疗靶细胞，转入生长因子和细 胞因子基因，进行骨缺损修复的实验研究，主要研究方向为骨、软骨缺损疾病的治疗，骨坏 死疾病的治疗及椎间盘退行性疾病的治疗。骨髓间充质干细胞应用于骨科疾病修复具有广阔的前景。但同时也面临着许多问 题，如直接经关节腔注射骨髓间充质干细胞促进软骨再生的方法，不能有效的增加软骨缺 损处干细胞的数量，注射后的干细胞在整个关节腔内游离，容易形成游离体，贴附在滑膜的 干细胞容易使得滑膜增生，副作用明显。超顺磁性氧化纳米铁粒子(SPI0)是美国食品与药物管理会(FDA)认证的一种临 床磁共振(MRI)增强显影剂，由纳米铁核心和外面包裹的葡聚糖组成，可以通过胞吞作用 进入细胞的胞浆，有效的标记骨髓间充质干细胞，进入细胞的SPI0具有超顺磁性，低浓度 即能显著地造成局部磁场的不均勻，使邻近氢质子在弛豫中很快产生相散，加速了质子去 相位过程，缩短了组织的T2值，在自旋回波(SE)和梯度回波(GRE)磁共振序列中，使组织 信号降低从而产生较强的T2负性对比效应。SPI0已经商品化，并且广泛用于临床，通过硫酸鱼精蛋白作为转染剂改变SPI0表 面电荷，静电作用吸附SPI0在胞膜表面，胞吞SPI0进入细胞浆，从而有效的标记骨髓间充 质干细胞，与未标记的细胞相比，标记后的细胞在分化和代谢能力上并没有差异，文献证实 1. 5T磁共振可以示踪SPI0标记的细胞。这些标记细胞技术和磁共振示踪细胞技术在临床 上都已经十分成熟。如上所述，由于SPI0的纳米铁核心具有磁性，从理论上来讲，可以在磁力作用下 运动，从而使靶向传递骨髓间充质干细胞成为可能，若这一方案可行，则可将骨髓间充质干 细胞传递至特定位点，不仅有助于提高疗效，减少并发症的出现，还能够节约干细胞用量。根据这一设想，若直接进行临床实验，不仅存在较大的医疗风险，且无法观察到实 际的靶向效果，无法获得严谨、准确的实验数据。因此，如何验证使用磁铁来靶向传递骨髓间充质干细胞的可行性，为进一步的研 究和临床应用提供可靠的技术支持，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备。该实验设 备的磁铁能提供实验所需的磁场，培养瓶能够模拟人体骨关节的生理环境，可用来验证靶 向传递经超顺磁性氧化纳米铁粒子标记的骨髓间充质干细胞的可行性，从而为进一步的研 究和临床应用提供可靠的实验数据。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设 备，包括用于提供磁场的磁铁、用于盛装生理盐水的培养瓶以及用于向培养瓶内注射骨髓 间充质干细胞的注射器，所述磁铁位于所述培养瓶外部，两者相对独立。优选地，所述培养瓶具体为瓶体透明的培养瓶。优选地，所述注射器的注射口与针头之间通过软管连接。优选地，进一步包括多层用于铺设在培养瓶底部的垫板。优选地，所述磁铁具体为永磁铁。优选地，所述永磁铁呈长方体形状。优选地，所述磁铁具体为电磁铁。本实用新型所提供的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其磁铁能提供实验 所需的磁场，培养瓶能够模拟人体骨关节的生理环境，使用时将经过超顺磁性氧化纳米铁 粒子标记的骨髓间充质干细胞通过注射器缓缓注入培养瓶内，并通过调整磁铁相对于实验 骨片的位置来验证其靶向效果，避免了进行临床实验而带来的各种风险，且能够观察到实 际的靶向路径，能获得严谨、准确的实验数据，从而为进一步的研究和临床应用提供可靠的 技术支持，不仅可用于医学实验，还可以用于教学演示。
图1为本实用新型所提供靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备的结构示意图。图中数字编号所对应的设备或部件名称如下1.永磁铁2.培养瓶3.注射器3-1.软管4.实验骨片5.垫板
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备。该实验设 备的磁铁能提供实验所需的磁场，培养瓶能够模拟人体骨关节的生理环境，可用来验证靶 向传递经超顺磁性氧化纳米铁粒子标记的骨髓间充质干细胞的可行性，从而为进一步的研 究和临床应用提供可靠的实验数据。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和具体实施 方式对本实用新型作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本实用新型所提供靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备的 结构示意图。在一种具体实施方式
中，本实用新型所提供的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验 设备主要由永磁铁1、培养瓶2以及注射器3组成。永磁铁1用于提供磁场，具体可以是铷铁硼强力磁铁，永磁铁1的长度为10cm、宽度为10cm、高度为5cm，场强为0. 6T。培养瓶2的瓶体透明，整体上呈扁平状，其内注满生理盐水，以模拟人体关节腔模 型，其较窄的内壁上通过生物胶粘固有一块呈正方形的实验骨片4。实验骨片4可采用在全膝关节置换术中获得的截骨块，修剪成边长为2cm的正方 形，中心处开设一直径为1cm、深度为3mm的孔，形成全层软骨缺损部位，实验骨片4大体位 于培养瓶2内壁的中间位置，完全浸在生理盐水中。培养瓶2的底部设有多层垫板5，以调整培养瓶2相对于永磁铁1的位置，垫板5 的层数越多，培养瓶2的高度越高，实验骨片4越接近永磁铁1的上边缘。注射器3为1ML小型注射器，其注射口通过一软管3-1与针头相连，以便伸入培养 瓶2，向培养瓶2内注射骨髓间充质干细胞。具体实验步骤如下首先，利用超顺磁性氧化纳米铁粒子(SPI0)标记骨髓间充质千细胞(bMSCs)1.用DMEM/F12培养液(不含血清)将17. 4mg/ml浓度SPI0原液分别稀释为 50 u g/ml 备用；2.硫酸鱼精蛋白粉剂先用蒸馏水稀释配制成10mg/ml浓缩液，使用时再加入 DMEM/F12无血清培养液稀释为6 u g/ml备用；3.标记前取等量SPI0液和硫酸鱼精蛋白液漩涡混合器间歇混合lOmin，制备成含 SPI0 终浓度 25 u g/ml 的 Fe-Pro 标记液，含 Pro 为 3 ii g/ml ；4.待第三代BMSCs长至培养瓶底85%面积时，弃去原含血清的培养液，PBS冲洗 两遍，取氧化铁_鱼精蛋白复合物标记液予以等量换液，在37°C、5% C02、100%饱和湿度培 养箱孵育过夜12h。然后，进行三维立体靶向传递SPI0标记的骨髓间充质干细胞的实验步骤1.将上述SPI0标记好的骨髓间充质干细胞，加入3ml 0. 25%胰蛋白酶+0. 01 % EDTA液，消化3-5min，吸出含SPI0的培养液，PBS洗两次；2.再用含肝素钠10U/ml的PBS液冲洗1次，加入3ml含血清培养液，离心后去上 清液，加入DMEM/F12完全培养基吹打计数；3.配制成终浓度107/300ul的SPI0标记的骨髓间充质干细胞悬液；4.将永磁铁1安置在贴附有骨片的组织培养瓶2 —侧，用注射器3将107/300ul 的骨髓间充质干细胞悬液注射到培养瓶2中。由于磁力的原因，肉眼观察到SPI0标记的骨髓间充质干细胞被吸附到实验骨片4 上软骨缺损部位的中央(见图中虚线)；同时切片染色也证实大量的细胞沉积在缺损处。该实验设备在使用时需注意以下几点1. SPI0标记骨髓间充质干细胞的时间必须在12小时以上，标记液浓度25ug/ml， 只有这样胞吞入细胞浆内的纳米铁才足够多，磁力才能吸引细胞靶向传递；2.细胞悬液的浓度必须足够高，这犹如泥石流一样，只有足够多的细胞，悬液才会 跟着细胞走，否则就犹如河流一样，是细胞跟着液体走，然而液体中是不含铁的，只有细胞 含铁，这样就不能靶向；3.场强必须足够大，只有足够强的磁力才能使得SPI0标记的骨髓间充质干细胞 在三维立体空间中传递，实验证实场强在0. 5-在0. 8T之间比较合适，既能产生足够的磁力，又不至于磁力过于强大而损伤细胞；4.经过用高斯计测量永磁铁表面场强，以及磁场在三维空间中的分布，发现磁场 在永磁铁1的边缘最强，远离边缘变弱，在永磁铁1的中心最弱。因此实验骨片4上缺损部 位的中心必须对准永磁铁1的边缘，因为边缘处场强最强，否者细胞悬液会被靶向到与磁 场边缘对应的部位去，不能到达软骨缺损部位的中心；5.推动注射器3的时候动作要轻柔，因为细胞初速度过大，超过侧方施加的磁力， 就会靶向到更低的位置，相反，推动越轻柔，初速度越小，就越能准确的靶向到与永磁铁1 边缘对应的软骨缺损部位。实验结果证明，在0.6T磁力作用下，可以将SPI0标记的骨髓间充质干细胞在三维 立体空间上传递到特定的位点，而不是在水平面上或者垂直面上进行传递，靶向传递骨髓 间充质干细胞到软骨缺损部位，可增加缺损部位的细胞数量，促进软骨再生，防止干细胞在 关节腔内游离形成瘢痕体，减少滑膜增生，从而为进一步的研究和临床应用提供可靠的技 术支持，使这一技术用于临床治疗成为可能，除上述实验功能，该设备还可以用于进行教学 演示。当然，上述永磁铁也可以采用电磁铁来代替，这样可通过调节电流来获得不同的 场强，从而对不同场强的磁场对靶向效果的影响进行研究，可大大节约购置永磁铁的成本。以上对本实用新型所提供的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备进行了详细 介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的 说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这 些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在于，包括用于提供磁场的磁铁、用于盛装生理盐水的培养瓶以及用于向培养瓶内注射骨髓间充质干细胞的注射器，所述磁铁位于所述培养瓶外部，两者相对独立。
2.根据权利要求1所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在于，所述 培养瓶具体为瓶体透明的培养瓶。
3.根据权利要求2所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在于，所述 注射器的注射口与针头之间通过软管连接。
4.根据权利要求3所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在于，进一 步包括多层用于铺设在培养瓶底部的垫板。
5.根据权利要求1至4任一所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在 于，所述磁铁具体为永磁铁。
6.根据权利要求5所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在于，所述 永磁铁呈长方体形状。
7.根据权利要求1至4任一所述的靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，其特征在 于，所述磁铁具体为电磁铁。
专利摘要本实用新型公开了一种靶向传递骨髓间充质干细胞的实验设备，包括用于提供磁场的磁铁、用于盛装生理盐水的培养瓶以及用于向培养瓶内注射骨髓间充质干细胞的注射器。该实验设备的磁铁能提供实验所需的磁场，培养瓶能够模拟人体骨关节的生理环境，可用来验证靶向传递经超顺磁性氧化纳米铁粒子标记的骨髓间充质干细胞的可行性，从而为进一步的研究和临床应用提供可靠的实验数据，还可用于教学演示。
文档编号C12M1/24GK201756554SQ201020166329
公开日2011年3月9日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者冯勇, 杨柳 申请人:中国人民解放军第三军医大学第一附属医院