专利名称：体外光调控的细胞共培养装置的制作方法
体外光调控的细胞共培养装置
技术领域：
本发明涉及细胞培养领域，尤其涉及一种体外光调控的细胞共培养装置。背景技术：
传统的可用于细胞共培养的装置，如Transwell装置，外形为一个可放置在细胞 培养孔板里的杯型结构。杯型结构的底部设有通透性的膜。膜的孔径决定共培养细胞的相 互作用方式，大孔径膜为细胞可透过膜，小孔径膜隔开的细胞无法透过，但细胞分泌、代谢 的小分子物质可透过。该类细胞共培养装置局限性在于只能满足单纯的细胞共培养，无法 主动调节一种培养细胞的活性来影响另一种培养细胞，从而大大限制了细胞共培养研究的 进展。
发明内容基于此，有必要提供一种可通过调节共培养细胞中一种细胞的活性来影响另一种 细胞代谢的体外光调控的细胞共培养装置。一种体外光调控的细胞培养装置，依次包括第一细胞培养层、第二细胞培养层及 光调控层，第一细胞培养层设有至少一个第一细胞培养单元，第二细胞培养层设有与第一 细胞培养单元嵌套的第二细胞培养单元，第二细胞培养单元的底部由透过性滤膜构成，光 调控层设有与第二细胞培养单元位置对应的光源及对光源进行光照控制的控制器。优选的，第一细胞培养单元及第二细胞培养单元为一端开口的圆筒结构，第二细 胞培养单元的尺寸小于第一细胞培养单元的尺寸，第二细胞培养单元嵌入第一细胞培养单 元中。优选的，第一细胞培养层为透明材质，第二细胞培养单元的周壁为透明材质。优选的，光调控层上还设有垂直于光调控层且长度可调节的柱脚，第一细胞培养 层上设有与柱脚适配的柱孔，光调控层架设在第一细胞培养层之上。优选的，光源为LED阵列光源，包括多个不同颜色的LED光源，多个LED光源的发 射光波长与第二培养单元中待培养细胞的多种敏感光的波长对应。优选的，光源上设有用于隔热的透明罩。优选的，控制器包括用于接收控制信号的信号接收器及根据接收的控制信号对光 源进行光照控制信号处理器。优选的，控制信号为无线信号。优选的，光调控层上还设有锂离子供电装置。优选的，还包括设置在第二细胞培养层与光调控层之间的与第一细胞培养层适配 的透明盖板。通过设置第一、第二细胞培养层，第二细胞培养层主要用于培养光敏感型细胞，通 过光调控层对光敏感细胞进行活性调控，可以较为方便快捷的研究光敏感细胞的活性对第 一细胞培养层培养的被研究细胞代谢的影响；同时，由于培养细胞分两层，还可以避免被研究细胞与光敏感细胞在实验后无法分选的问题。光调控层上设置垂直于光调控层且长度可调节的柱脚，可以调节光源与培养细胞 之间的距离，以适应不同的照射功率的需要并可以有效防止因照射距离过近引起细胞光灼 伤的问题。光调控层选用无线控制信号，方便快捷；且使用锂离子电池作为电源供电，成本 低，使用简便。在光调控层与第二细胞培养层之间设置透明盖板，可以保护细胞培养区域，防止 污染。
图1为一实施例体外光调控的细胞共培养装置结构示意图；图2为图1体外光调控的细胞共培养装置俯视图。
具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对体外光调控的细胞共培养装置的结构作进一 步详细的说明。如图1、图2所示，一实施例的体外光调控的细胞共培养装置100依次包括第一 细胞培养层110、第二细胞培养层120及光调控层130。第一细胞培养层110中设有至少一个第一细胞培养单元112。本实施例的第一细 胞培养层110为6孔板结构，包括6个第一细胞培养单元112。第一细胞培养单元112为一 端开口的圆筒形孔状结构，周壁及底部为透明材质，从而在培养过程中可以直接通过观察 培养液的颜色、浑浊度等来大致评估细胞的培养状态。第二细胞培养层120上设有多个与第一细胞培养单元112嵌套的第二细胞培养单 元122。第二细胞培养单元122的形状与第一细胞培养单元112的形状大致相同，且第二细 胞培养单元122的尺寸(包括深度、底面积)小于第一细胞培养单元112的尺寸，从而第二 细胞培养单元122可以嵌入第一细胞培养单元112中。多个第二细胞培养单元122可以独 立设置，也可以形成与第一细胞培养层110结构大致相同的多孔板结构。第二细胞培养单 元122直接嵌入第一细胞培养单元112中，方便组装和拆卸。第二细胞培养单元122的底部由透过性滤膜124构成，周壁采用透明材质制作。根 据不同的培养需要，透过性滤膜124可以选用不同孔径的滤膜，如用于接触式共培养的细 胞透过性滤膜(滤膜孔径较大，细胞可以直接穿过，两种细胞可接触培养)、用于半透过性 共培养的代谢物透过性滤膜(滤膜孔径较小，细胞无法通过，两种培养细胞无法直接接触， 细胞代谢物、分泌物可以通过)等。在细胞共培养过程中，第二细胞培养层120中主要用于培养光敏感型细胞。光敏 感型细胞中导入有编码相应光敏感型通道蛋白的基因，在相应的敏感光照射下，基因表达 产生光敏感型通道蛋白，细胞膜两侧的离子发生迁移，引起细胞膜的去极化或超极化，从而 进一步影响细胞的生理活性。例如，基于基因治疗的方法，利用病毒载体(如慢病毒或腺病 毒载体等)将一种从莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)克隆出来的可以编码光敏感 型阳离子通道蛋白的基因导入特定的细胞亚群中表达，此通道蛋白受到蓝光(波长472nm)
4刺激时，会使钾、钠、钙等阳离子进入细胞内引起胞膜去极化而兴奋细胞；此外，还有一种从 Natruonobacterium pharaonis真菌提取出来的光调控的氯离子泵蛋白基因NpHR，其对黄 光(波长593nm)敏感，将其克隆到某一细胞中表达后，在黄光刺激下该氯离子通道蛋白会 使氯离子进入细胞而使胞膜超极化，从而使细胞兴奋性受到抑制。利用交替的蓝光或黄光 就可以在特定细胞亚群水平上调控细胞活性。光调控层130上设有与第二细胞培养单元122位置对应的光源132、用于对光源 132进行光照控制的控制器(图中未示)及供电装置(图中未示)等。本实施例的光源132为LED阵列光源。光源132的发射光波长与第二培养单元中 待培养细胞的敏感光的波长一致。LED阵列光源可以自由组装，根据第二细胞培养单元122 的尺寸，选择合适照射范围，设定LED阵列光源的规格和数量。优选的，LED阵列光源为不 同颜色LED光源的组合，如蓝色(波长472nm)与黄色(波长593nm) LED光源的组合，可以 按照实验计划通过控制器控制不同颜色LED光源的打开或关闭，以得到不同的实验结果。由于光源132发热量较大，为防止高温影响培养细胞的正常生长，优选的，本实施 例的光源132上还设有透明罩结构(图中未示)，如透明玻璃罩等。控制器包括用于接收控制信号的信号接收器及根据接收的控制信号对光源进行 光照控制的信号处理器。为进一步增加操控的简便性，本实施例的信号接收器具有无线信 号接收功能。本实施例的供电装置采用锂离子电池供电装置，可以避免使用繁杂的外接电 源设备，成本低，使用方便。优选的，本实施例的光调控层130上还设有垂直于光调控层且长度可调节的柱脚 134 ；相应的，第一细胞培养层110的多孔板上设有与柱脚134相适配的柱孔114。光调控 层130通过柱脚134支撑架设在第一细胞培养层110之上。柱脚134长度可调，从而可以 调节光源132与培养细胞之间的距离，以适应不同的照射功率的需要并可以有效防止因照 射距离过近引起细胞光灼伤的问题。进一步优选的，为防止培养区域遭受污染，本实施例的体外光调控的细胞培养共 装置100还包括设置在第二细胞培养层120与光调控层130之间透明盖板140。透明盖板 140的形状尺寸与第一细胞培养层110的多孔板形状尺寸适配。通过设置两层细胞培养层，第二细胞培养层120主要用于培养光敏感型细胞，通 过光调控层130对光敏感细胞进行活性调控，可以较为方便快捷的研究光敏感细胞的活性 对第一细胞培养层110培养的被研究细胞代谢的影响；同时，由于培养细胞分两层，还可以 避免被研究细胞与光敏感细胞在实验后无法分选的问题。该研究装置具有空间上的细胞特异性(应用特定启动子诱导相应基因在特定细 胞群中表达)和时间上毫秒水平上的精确性，无论在科学研究，还是临床药物研发方面都 具有巨大的应用潜力。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
一种体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，依次包括第一细胞培养层、第二细胞培养层及光调控层，所述第一细胞培养层设有至少一个第一细胞培养单元，所述第二细胞培养层设有与所述第一细胞培养单元嵌套的第二细胞培养单元，所述第二细胞培养单元的底部由透过性滤膜构成，所述光调控层设有与所述第二细胞培养单元位置对应的光源及对所述光源进行光照控制的控制器。
2.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述第一细胞培 养单元及所述第二细胞培养单元为一端开口的圆筒结构，所述第二细胞培养单元的尺寸小 于所述第一细胞培养单元的尺寸，所述第二细胞培养单元嵌入所述第一细胞培养单元中。
3.如权利要求1或2所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述第一细胞 培养层为透明材质，所述第二细胞培养单元的周壁为透明材质。
4.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述光调控层上 还设有垂直于所述光调控层且长度可调节的柱脚，所述第一细胞培养层上设有与所述柱脚 适配的柱孔，所述光调控层架设在所述第一细胞培养层之上。
5.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述光源为LED阵 列光源，包括多个不同颜色的LED光源，所述多个LED光源的发射光波长与所述第二培养单 元中待培养细胞的多种敏感光的波长对应。
6.如权利要求1或5所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述光源上设 有用于隔热的透明罩。
7.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述控制器包括 用于接收控制信号的信号接收器及根据接收的控制信号对所述光源进行光照控制信号处 理器。
8.如权利要求7所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述控制信号为无线信号。
9.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，所述光调控层上 还设有锂离子供电装置。
10.如权利要求1所述的体外光调控的细胞共培养装置，其特征在于，还包括设置在所 述第二细胞培养层与所述光调控层之间的与所述第一细胞培养层适配的透明盖板。
全文摘要
本发明涉及一种体外光调控的细胞共培养装置，依次包括第一细胞培养层、第二细胞培养层及光调控层，第一细胞培养层设有至少一个第一细胞培养单元，第二细胞培养层设有与第一细胞培养单元嵌套的第二细胞培养单元，第二细胞培养单元的底部由透过性滤膜构成，光调控层设有与第二细胞培养单元位置对应的光源及对光源进行光照控制的控制器。通过设置两层细胞培养层，第二细胞培养层主要用于培养光敏感型细胞，通过光调控层对光敏感细胞进行活性调控，可以较为方便快捷的研究光敏感细胞的活性对第一细胞培养层培养的被研究细胞代谢的影响。
文档编号C12M3/00GK101985599SQ20101054384
公开日2011年3月16日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日 公开号201010543847.发明者万俊, 屠洁, 杨帆, 王立平 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院