一种类器官的动态培养装置及动态培养方法与流程

本发明涉及细胞培养，尤其涉及一种类器官的动态培养装置及动态培养方法。

背景技术：

1、类器官（organoids）是指成体干细胞或多能干细胞在体外经诱导分化而自组装形成的在结构和功能上类似目标器官或组织的三维细胞复合体，其具有稳定的遗传学特征和组织特异性的形态学和生理功能特征，在组织器官发育、疾病的发生机制、药物研发、临床药敏检测和精准医学等生命科学领域中具有巨大的应用景。

2、目前，类器官最常用的方式是经典的包埋法，即将类器官包埋于含有不同材料及营养物质的基质胶中进行3d培养，此外还有悬浮培养、气液培养等方式。尽管科学家们已经通过这些培养方法建立了多种组织类型的类器官，但目前这些方法依旧存在一些局限。

3、例如，利用诱导多能干细胞培养而来的类器官通常具有更完整的细胞类型和更复杂的组织结构，但其基因特征与胚胎期的组织类似，功能成熟度有所欠缺。相比之下，成体干细胞来源的类器官通常能更好地维持亲本组织的基因特征，拥有更成熟的组织特异性功能，且培养周期大大缩短，因此在相关的功能性测试中更具优势。然而，成体干细胞受分化潜力的限制，得到的类器官在结构多样性和复杂程度方面存在局限。因此，如何培养得到结构完整且功能成熟的类器官一直是这个领域在寻求攻克的难题。

4、生物反应器能提供营养物质、仿生刺激、溶解氧、ph值等因素的精密控制，克服营养物质和氧气的扩散限制，防止代谢废物的局部堆积，逐渐被尝试用于类器官的培养。

5、例如，中国实用新型专利cn217265795u公开了一种高通量3d细胞、类组织及类器官动态培养装置，其通过控制注入培养液体的角度来冲击培养壳体，使得其慢慢转动，也即通过转动的壳体来缓冲注入液体的冲击的同时，控制培养液进入的速度。然而，这种培养装置仅适用于大规模（例如，大量的培养液才可能通过控制流速来控制冲击力度）的工业化生产的培养体系，并不适应用于科研研究等小规模的培养；也正是由于是大规模培养，因此，需要不断地充入培养液作为动力来驱动培养壳体慢慢旋转的同时，保持整个培养过程都不断有新的培养液进入培养壳体进行培养，也即其采用的连续培养模式，而不是小规模的定量培养模式（也即一次性充入定量的培养液进行培养）。

6、又如，中国实用新型专利cn220335178u公开了一种旋转类器官培养装置，其通过在旋转部件的周边安装振动部件，然后将培养装置放置到置物架上，使得每个培养装置产生上下振动之后，在通过旋转部件旋转，使得多个培养装置围绕同一圆心做圆周运动，以克服上下运动导致的内外反转。然而，上述旋转类器官培养装置仅适用于培养类脑类器官。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种类器官的动态培养装置及动态培养方法，部分地解决或缓解现有技术中的上述不足，能够在不需要使用基质胶基础上，也实现类器官的动态悬浮培养。

2、为了解决上述所提到的技术问题，本发明具体采用以下技术方案：

3、本发明的第一方面，在于提供了一种类器官的动态培养装置，其包括：至少一个横式培养室，以及用于驱动所述横式培养室绕轴向转动的至少一个驱动机构，其中，所述驱动机构包括设置在所述横式培养室下方的动力模块，与所述动力模块输出端连接的主动轮，以及设置在所述横式培养室上的从动轮，所述从动轮与所述主动轮啮合；所述横式培养室包括沿其轴向延伸的一端设置有出口，所述出口延伸至位于所述横式培养室一端的保湿仓内，并与所述保湿仓连通，且所述出口延伸入所述保湿仓内的末端设置有微孔滤膜。

4、在一些实施例中，所述横式培养室沿其轴向延伸的另一端设置有推杆，所述推杆上设置有弹性密封块，所述弹性密封块可在所述横式培养室的内壁上沿其轴向往复滑动。

5、在一些实施例中，所述保湿仓内设置有多个用于调节环境湿度的湿度调节部件。

6、在一些实施例中，所述动态培养装置还包括培养平台，所述培养平台内设置有至少一个用于放置所述动力模块和主动轮的动力仓，且所述动力仓的顶部开设有可供所述主动轮与所述从动轮相啮合的开口。

7、在一些实施例中，所述培养平台上设置有固定板，所述固定板上开设置有至少一个用于放置所述推杆的安装孔；且当所述驱动机构驱动所述培养室转动时，所述推杆在所述安装孔内转动。

8、在一些实施例中，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。

9、本发明的第二方面，在于提供了一种类器官的动态培养方法，其包括：

10、利用上述类器官的动态培养装置，用于进行类器官的动态培养；

11、利用图像采集模块周期性地采集所述动态培养装置中每个横式培养室内类器官的生长图像；

12、利用主控模块根据所述图像采集模块所采集到的每个所述横式培养室内的类器官的生长图像进行图像处理，得到类器官的当前尺寸，并判断所述当前尺寸是否大于或等于预设阈值，若任一所述横式培养室内的类器官的当前尺寸小于所述预设阈值，保持当前的第一预设转速；若任一所述横式培养室内类器官的当前尺寸大于或等于所述预设阈值，控制相应横式培养室对应的动力模块将其当前的第一预设转速调整为第二预设转速；所述第二预设转速大于所述第一预设转速。

13、本发明的第三方面，在于提供了一种类器官的动态培养方法，其基于上述动态培养装置，所述动态培养方法具体包括步骤：

14、利用含1%fbs的dpbs溶液对所述动态培养装置中的培养室进行预处理，以润湿所述培养室的内壁；

15、取适量组织样本或类器官放置于消化容器中，并加入适量消化液，然后将所述消化容器放置于37℃的环境下消化3min-8min，且当90%以上的组织或类器官被消化成单细胞时，加入所述消化液四倍体积的dpbs终止消化；

16、600g，在4℃环境下离心5分钟，去除上清液，然后再次加入适量dpbs，混匀后进行计数，并取适量的细胞悬液，600g，在4℃环境下离心5分钟；再次去除上清液后加入适量培养基，并调整细胞密度为0.25×105/ml至2×105/ml；

17、转移细胞悬液至所述培养室中，然后在所述培养室的出口末端嵌套微孔滤膜；

18、将所述培养室安装在所述培养平台上，使其轴向与水平面平行，且所述培养室上的从动轮与所述培养平台中的驱动机构的主动轮相啮合，然后调节所述驱动机构的转速至10rpm-40rpm，并将所述培养平台置于37℃，5%的co2条件下培养。

19、在一些实施例中，将所述培养室放置于培养平台上的步骤之前，还包括步骤：取多个吸水凝珠加入容器中，然后加入适量无菌水，混匀后室温放置使所述吸水凝珠充分吸水膨胀后，将其加入所述培养平台上的保湿仓中。

20、在一些实施例中，所述细胞密度为0.25×105/ml，或者，0.5×105/ml，或者1×105/ml，或者，2×105/ml，或者，4×105/ml。

21、有益效果：当利用本发明的动态培养装置进行类器官的培养时，可根据不同的实验目的和所需的类器官数量选择不同规格的横式培养室，然后放置到培养平台上，然后进行旋转动态培养，一方面，类器官处于悬浮状态，避免了采用立式培养室时，类器官部分甚至全部沉入立式培养室底部，从而促进了营养物质和氧气的扩散，能够防止代谢废物的局部堆积，进而提高了机械力仿生刺激，有利于提高类器官的结构完整性和功能成熟度，维持类器官的长期存活；另一方面，由于采用旋转动态培养方式，能够诱导类器官生长，从而不需要使用基质胶，摆脱了基质胶对类器官数量和尺寸的限制，降低了培养成本。

22、进一步地，本发明通过在培养室的出口端设置微孔滤膜，从而方便培养基的更换，能有效避免换液过程中类器官数量的损失和组织结构的破坏。