3维细胞组织培养系统租赁
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美国航空航天局发明的旋转细胞培养系统,能提供理想体外生长环境的细胞培养系统。它适用于所有细胞生长、分化,可以进行极其脆弱的细胞培养,也可以把人和动物的细胞共同培养,生成理想的三维组织,同时具有亲本组织的结构和功能。
在旋转系统中培养的细胞组织因所受重力的随机变化而呈悬浮状态,维持在一个温和的流体轨道中,可以共同占位、互相联系而形成三维结构。它使细胞的扩增率提高,死亡率降低。
I.【发明的起因】
NASA的科学家在研究一种可以在宇宙空间培养细胞并且返回到地球时细胞仍能成活的装置的同时发明了旋转式细胞培养系统(Rotary Cell Culture System 即RCCS)。她使得生物学家可以在地球上进行体外培养复杂的人及其它哺乳动物的组织成为现实。
II.【与类似产品根本区别】
大家知道,普通的细胞和组织培养装置已有100多年的历史,RCCS 为何如此引人注目呢?是什么使她比普通的培养装置优越呢?
在有重力的环境下培养只能成平面生长,不能显示原始组织的形态、生化或生物功能。三维旋转式细胞培养系统能产生组织的等价结构,其尺寸和功能用其它方法是达不到的,从而为生物医学研究和生物技术提供了新的机会。
回答之一是一个生物术语“分化”。
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的结构和功能。即人的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,肿瘤组织的疯狂增长。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。
回答之二是模拟微重力。
以前要想在体外模拟正常组织的微环境由于细胞外基质复杂性和对环境的适应性而受阻,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,而RCCS解决了这个问题。
回答之三是完善的三维细胞培养。
而普通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. 这剪切力使细胞间和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.
III.【该项拯救生命的技术的意义】
1. 在肿瘤的研究和治疗中:
(1〕经RCCS中培养后,感化了的淋巴细胞能彻底杀灭肿瘤组织。例如,对于膀胱癌病人,医生对病人的肿瘤组织进行活体取样,与其自身免疫系统的白细胞或淋巴细胞在RCCS中进行混合培养,刺激或训练这些免疫系统的细胞来识别和攻击肿瘤组织,然后把这些经训练后有杀伤力的细胞直接注入病人的肿瘤组织中。这样,这些经感化的淋巴细胞彻底杀灭了肿瘤。
(2〕人体肿瘤组织的培养为测试化疗药在病人自身的经分化的肿瘤上的疗效奠定了基础,决定化疗药成分是否有效的,从而避免了化疗药的盲目使用。以前这些试验是在鼠的组织模型上进行的,但是由于物种差异,人的许多肿瘤在鼠中的生长情况并不好,如的结肠肿瘤的移植率为60%,乳腺肿瘤为8-10%,前列腺肿瘤为0,但是结肠、乳腺、前例腺、卵巢、肺和脑等其它肿瘤组织在RCCS中都能得到很好的生长。至今没有见到在RCCS中肿瘤组织是不生长的。而且,这些肿瘤模型避免了以前鼠蛋白的干扰。
2. 在AIDS/HIV的研究和治疗中:
在美国国立卫生研究院中有50台RCCS用来进行组织研究。以前研究者很难对HIV的感染者进行早期的跟踪,因为病人常常在被诊断出的几年前已经感染了病毒。而且跟踪研究需要大量的样本,病人不愿让研究者经常进行活体取样,这是可理解的。现在有了RCCS,研究者可培养正常人的器官、腺体和淋巴结。他们用HIV来感染这些类器官,然后跟踪HIV的生长。AZT已被证明在已感染的病人和这些被感染的类器官上具有相同的效果。现在研究者把其它的HIV药物用在被HIV感染的RCCS培养出来的组织模型上,从而研究它们对抗HIV的效果及其对抗方式。
3. 在组织移植中:
RCCS培养出来的肝脏在病理学家的看来和正常人的肝脏没有什么区别,使得目前进行局部的肝脏组织移植成为可能。
4. 在疫苗的生产中:
目前的丙肝疫苗效果不佳的部分原因是用来产生这种疫苗的病毒不是长在人的肝脏中,而RCCS培养出来的肝脏在病理学家的看来和正常人的肝脏没有什么区别,使得产生肝炎疫苗的病毒生长在人的肝脏成为现实。在美国这项技术已广泛用于生产。
大家知道, 我们培养大量细菌采用发孝罐, 现在人们往往把发孝罐也拿来培养细胞和组织,但结果却不理想。原因是发孝罐不是为此而设计的, 发孝罐对于人及其它哺乳动物细胞组织的培养不合适的原因是很难把大量的细胞移植到发孝罐中, 即使能够培养, 所得的细胞数也有限, 且这种共同培养方式很难生成组织。而RCCS解决了这个问题,它对细胞和组织培养是理想的, 而且可以用于大规模生产。这主要是因为在RCCS中细胞的成活率平均可达97%, 并且细胞的分化程度是其它装置所不可比拟的.
5. 在软骨的再生中:
RCCS培养出来的软骨密度很高,可以用在运动损伤和关节炎的治疗中。
6. 在骨髓的再生中:
在RCCS中人的骨髓生长情况极佳,这些骨髓可连续进行增生和低温冷冻保藏。这意味着在技术上建立全国性骨髓库已经成为可能。每个急性外伤中心的死亡事件都能产生一个潜在的骨髓捐赠者,每年的这种事件无数就使得几千种类型骨髓可以得到生长和冷冻,从而建立全国性的骨髓库。
7. 在皮肤移植中:
在RCCS诞生之前,用普通的组织培养装置的产物来进行皮肤组织移植已有好几年了。然而,以前培养出来的皮肤无论在肌理和灵巧度上,还是在肤色上,与真皮都有很大的差距。用RCCS培养出来的皮肤具有极高分化度,其外观和感觉可以乱真。
8. 在激素、酶和其它只有由人体组织产生的蛋白的研究和生产中:
我们现在可在实验室或工厂中生产分化的人体组织,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将使脊椎的损伤得到修复。
9. 在糖尿病的治疗中:
产生胰腺细胞的胰岛素培养后能插入糖尿病人体内继续生长。这样,无数的病人有望免去长期注射胰岛素的烦恼。
IV.【RCCS系统介绍】
RCCS是非常精巧的,其圆柱状的组织培养容器中充满了用作培养基的生长液,同时加入细胞或组织材料。然后这个容器由电机驱动,沿水平轴旋转。细胞或组织颗粒在水平轴内建立一个均质的液体悬浮轨道。培养基以及细胞和组织颗粒随容器一起旋转且不与容器壁和其它任何东西相撞。由于系统无推进器、空气升液器、气泡或搅拌器,使得破坏性的应力减到小。RCCS中的细胞通过一个象肺一样膜式气体交换器来吸收氧气和排出二氧化碳。任何可能产生的气泡都被清除,因为即使有极少的旋涡,细胞的生长也会受到影响。破坏应力的去除使得长成的三维组织具有与父系组织相同的结构和功能。
目前生物反应器中,RCCS中细胞和组织的具有培养密度。
至今还没有发现有哪一种类型的细胞或组织在RCCS中生长不成功的并且已有50多种类型得到生长。