專利名稱：一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域中一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法，尤其涉及一種對貼壁生長細胞培養(yǎng)(例如通常情況下的干細胞或其他治療用細胞培養(yǎng))或者對細胞組織培養(yǎng)的非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法。
背景技術(shù)：
通常情況下，干細胞或其他治療用細胞或者細胞組織的體外培養(yǎng)生長均為貼壁或固著式生長，其通常是用平皿或者T瓶或者細胞組織培養(yǎng)裝置等在二氧化碳細胞培養(yǎng)箱內(nèi)進行靜態(tài)貼壁或固著式培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中，細胞較緊密地貼粘在平皿或者T瓶的內(nèi)壁上生長或者細胞呈細胞組織形式，細胞不能自由游離。因此，使用這種方式培養(yǎng)即會導(dǎo)致培養(yǎng)過程中的非侵入式、非損傷性細胞取樣變得極其困難。在細胞組織培養(yǎng)情形下，獲取細胞數(shù)量往往導(dǎo)致培養(yǎng)的細胞組織受到直接破壞。 組織工程領(lǐng)域中的體外細胞組織培養(yǎng)，其目的通常是獲取一定結(jié)構(gòu)和功能的目標(biāo)細胞組織，而一個完整的連續(xù)培養(yǎng)過程往往是獲取該目標(biāo)細胞組織的前提，期間任何侵入式、損傷性取樣即可導(dǎo)致該連續(xù)培養(yǎng)過程的終結(jié)，進而導(dǎo)致其目標(biāo)細胞組織的獲取成為不可能。在細胞培養(yǎng)情形下，通常只能檢測細胞培養(yǎng)過程的始末細胞數(shù)量或細胞濃度，即細胞接種時的初始細胞量或濃度，以及在細胞培養(yǎng)過程結(jié)束時，經(jīng)過胰酶消化、機械吹打等處理方式獲取細胞樣而檢測得到終末細胞數(shù)量或濃度。胰酶消化、機械吹打等處理手段直接改變或破壞了細胞貼壁生長狀態(tài)，也不可避免地在一定程度上損傷或影響細胞，其結(jié)果往往是中斷了一個連續(xù)的細胞培養(yǎng)過程，使得細胞培養(yǎng)過程變?yōu)榉沁B續(xù)的、完全不同于人體內(nèi)自然生長態(tài)的多個周期段。另外，對于敏感而又可變化(例如分化和逆向分化、癌變等)的干細胞來說，任何損傷或者影響，甚至任何非自然狀態(tài)的環(huán)境或過程，都有可能導(dǎo)致細胞非自然態(tài)或非正常態(tài)的變化或變異(包括種植下潛在的未來變化或變異的危險因素)，其對直接以活細胞導(dǎo)入人體進行醫(yī)學(xué)治療為主要應(yīng)用手段的干細胞或其他治療用細胞的體外培養(yǎng)造成極大的負面因素。目前，無論是干細胞或其他治療用細胞的體外培養(yǎng)生長，還是細胞組織的體外培養(yǎng)生長，對復(fù)雜生命科學(xué)機理愈來愈深入的認識，加上來自法規(guī)和臨床治療愈來愈高的要求，使得細胞或細胞組織的培養(yǎng)工藝變得愈來愈復(fù)雜和高級；而細胞或細胞組織培養(yǎng)工程中的有關(guān)細胞數(shù)量或濃度的動態(tài)信息和數(shù)據(jù)是具備較高級控制和檢測手段的、相對于靜態(tài)平皿或者T瓶細胞培養(yǎng)箱培養(yǎng)工藝更復(fù)雜的、甚至往往包含生物反應(yīng)器手段的各種工藝所必須的。而這些有關(guān)細胞數(shù)量或濃度的動態(tài)信息和數(shù)據(jù)必須是通過保證細胞或細胞組織生長過程的連續(xù)性的、非侵入式的、非損傷性的取樣方式而獲取的。另外，因勞動量和細胞量等在內(nèi)的很多因素，靠取采細胞體本身來進行檢測的手段根本無法連續(xù)不斷地獲取連續(xù)動態(tài)生長細胞的數(shù)量或濃度數(shù)據(jù)。經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Gary L. Gilmore等人2000年7月在《ExperimentalHematology))上發(fā) ^白勺((Ex vivo expansion of human umbilicalcord blood and peripheral blood CD34+hematopoietic stem cells》一文中才艮告了對人臍帶血和外周血造血干細胞的培養(yǎng)，探討并發(fā)現(xiàn)了 CD34+細胞的體外分離及擴增培養(yǎng)，其工作中對細胞生長數(shù)量或濃度的檢測存在著以下缺陷第一、對細胞數(shù)量或濃度的檢測是通過胰酶消化、機械吹打、甚至刮刀刮削的手段處理后進行計數(shù)，其直接損傷了細胞并且中斷了一個完整連續(xù)的細胞生長過程。第二、僅可以獲得細胞生長過程的起始接種和最后收獲的細胞數(shù)量或細胞濃度數(shù)據(jù)，無發(fā)獲取細胞生長過程中的數(shù)據(jù)。綜上所述，非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞的數(shù)量或濃度的裝置與方法是截至目前為止尚未有的技術(shù)空白，其在干細胞或其他治療用細胞培養(yǎng)或細胞組織培養(yǎng)的眾多重要的科學(xué)和臨床應(yīng)用中已呈亟待填補的狀態(tài)，本發(fā)明專利即直接填補了這一技術(shù)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供生物工程領(lǐng)域中一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法，尤其涉及一種對貼壁生長細胞培養(yǎng)(例如通常情況下的干細胞或其他治療用細胞培養(yǎng))或者對細胞組織培養(yǎng)的非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法，以解決和填補現(xiàn)有相關(guān)領(lǐng)域和技術(shù)過程中，因缺乏非侵入式連續(xù)在/離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的裝置和方法所帶來的技術(shù)難題和技術(shù)空白。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是具有對細胞培養(yǎng)過程中細胞數(shù)量或者細胞濃度等信息進行動態(tài)的在線或者離線監(jiān)測控功能，提供了一種基于生化原理的、簡便快速的、在線或離線、非侵入式的動態(tài)監(jiān)測細胞數(shù)或細胞濃度等信息的裝置與方法。


圖1為本發(fā)明裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為安裝有多個或多種理生化指標(biāo)探測或連接頭、多個細胞培養(yǎng)裝置混連、以及上游培養(yǎng)液中待監(jiān)測物質(zhì)的量或濃度為已知的本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心在于，在通常情況下，處于穩(wěn)定態(tài)的單位量的特定細胞在較短的單位時間內(nèi)，對某種營養(yǎng)物質(zhì)的消耗量，或者對某種代謝物質(zhì)的代謝量，或者對某種細胞自身產(chǎn)物的產(chǎn)生量，即細胞的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率是基本不變的；也就是說，一個特定細胞培養(yǎng)體(系統(tǒng))中的活細胞總數(shù)量或活細胞濃度與當(dāng)時細胞對某種營養(yǎng)物或代謝物或產(chǎn)物的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率，成一定的正比關(guān)系。由此，通過對上述物質(zhì)(可以是多于一個目標(biāo)物質(zhì))因細胞對其消耗或代謝或產(chǎn)生而發(fā)生的變化的檢測，即可以獲取整個細胞培養(yǎng)體(系統(tǒng))中的活細胞數(shù)量或活細胞濃度(當(dāng)同時監(jiān)測多于一個目標(biāo)物質(zhì)時，可以使用包括求均值等方法綜合計算得出結(jié)論)；同時，配合實時在線的細胞培養(yǎng)裝置和檢測設(shè)置即可以實現(xiàn)非侵入式(毋須取出細胞作樣品)、連續(xù)在/離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的。例如，在連續(xù)灌注細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的上游和下游恰當(dāng)?shù)匮b置可對某種物質(zhì)的量或濃度進行在線連續(xù)監(jiān)測的探測頭(例如溶氧探頭、溶二氧化碳探頭、葡萄糖探頭等)，對所得到的上、下游目標(biāo)物質(zhì)的量或濃度作差，再同時配以細胞培養(yǎng)的連續(xù)灌注流速(流量和時間)數(shù)據(jù)，即可獲取該細胞培養(yǎng)體(系統(tǒng))內(nèi)全部細胞對該目標(biāo)物質(zhì)的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率，然后再根據(jù)所培養(yǎng)細胞對該種物質(zhì)的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率，便可確定當(dāng)時刻的生長細胞的數(shù)量或濃度。如果上游培養(yǎng)液中上述所監(jiān)測目標(biāo)物的量或濃度為已知固定值，則上述的上游探測頭可以省卻，而只安裝下游的探測頭，以所得到的下游目標(biāo)物質(zhì)的量或濃度監(jiān)測值與已知不變的上游目標(biāo)物質(zhì)的量或濃度值作差，進行計算。對不同的細胞培養(yǎng)條件，修正細胞對目標(biāo)物質(zhì)的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率數(shù)值的大小，可以對不同條件下的細胞培養(yǎng)進行上述監(jiān)測。本發(fā)明是通過以下裝置與技術(shù)方案實現(xiàn)的其包括上游的細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng) 1、上游理生化指標(biāo)探測頭倉3及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭4 (例如應(yīng)用于液相的溶氧探測頭或葡萄糖探測頭或乳酸探測頭；或者應(yīng)用于氣相的GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀裝置的連接口頭)，上述理生化指標(biāo)探測頭倉及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭數(shù)量和種類可能大于一，即多個或多種理生化指標(biāo)探測頭倉31、32及對應(yīng)的探測或連接頭41、 42、細胞培養(yǎng)裝置5 (可由一個或多個生物反應(yīng)器、T瓶、轉(zhuǎn)瓶、培養(yǎng)袋等混合組成)、下游理生化指標(biāo)探測頭倉6及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭7 (例如溶氧探測頭或葡萄糖探測頭或乳酸探測頭或氣相色譜質(zhì)譜儀接頭；并可包括多于一個或一種探測頭倉61、62及對應(yīng)的探測或連接頭71、7幻、流體控速無菌推動器8 (例如蠕動泵)，該流體控速無菌推動器數(shù)量可能大于一，即多個流體控速無菌推動器81、82、下游的廢或收獲液系統(tǒng)9，其間用流體控速無菌推動器推動和控速的液體輸送管道體系2連接而成。上、下游理生化指標(biāo)探測頭或接頭4、7以及流體控速無菌推動器8均經(jīng)管線或數(shù)據(jù)線與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機 10連接，以即時獲取和處理所監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進而通過信號反饋系統(tǒng)11對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制(例如根據(jù)動態(tài)生長的細胞數(shù)量或濃度值反饋控制調(diào)節(jié)連續(xù)灌注流速、培養(yǎng)液供給、溶氧濃度等等)。另外，如果上游培養(yǎng)液中所監(jiān)測目標(biāo)物的量或濃度為已知固定值，則上述的上游理生化指標(biāo)探測頭倉3及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭4則可以省卻，而只保留下游理生化指標(biāo)探測頭倉6及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭7。其連接方式為上游細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)1通過可控速液體管道2 (如硅膠管)， 經(jīng)上游理生化指標(biāo)探測頭倉3 (探測或連接頭4無菌密封安裝于測頭倉3中；可包括多個探測頭倉3-1、3-2等和多個或多種探測或連接頭4-1、4-2等)，相連至細胞培養(yǎng)裝置5入口； 細胞培養(yǎng)裝置5出口連接可控速液體管道2 (如硅膠管)，經(jīng)下游理生化指標(biāo)探測頭倉6 (探測或連接頭7無菌密封安裝于測頭倉6中；可包括多個探測頭倉61、62等和多個或多種探測或連接頭71、72等)，相連至下游廢或收獲液系統(tǒng)9 ；上、下游理生化指標(biāo)探測頭或接頭 4、7均經(jīng)管線或數(shù)據(jù)線與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機10連接，以即時獲取和處理所監(jiān)測數(shù)據(jù)， 并進而通過信號反饋系統(tǒng)11對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制(例如根據(jù)動態(tài)生長的細胞數(shù)量或濃度值反饋控制調(diào)節(jié)連續(xù)灌注流速、培養(yǎng)液供給、溶氧濃度等等)；流體控速無菌推動器8 (或81、82等多個)可以串聯(lián)在細胞培養(yǎng)裝置5前或者后的液體管道2上的任何適當(dāng)位置，以推動和控速培養(yǎng)液或細胞混液無菌封閉式連續(xù)流經(jīng)所述整個裝置系統(tǒng)；并同時經(jīng)數(shù)據(jù)線與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機10連接，以即時獲取培養(yǎng)液或培養(yǎng)混液的流速數(shù)據(jù)。下游理生化指標(biāo)探測頭倉6須盡量靠近與其連接的細胞培養(yǎng)裝置5，以提高探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度(下游理生化指標(biāo)探測或連接頭可以直接安裝于細胞培養(yǎng)裝置內(nèi)的細胞培養(yǎng)相中)。如果需要，多個細胞培養(yǎng)裝置51、52、53等可以串或并聯(lián)混合連接在上、下游的探測頭倉3和6之間，以求培養(yǎng)不同的細胞，或者培養(yǎng)相同細胞但欲增大整體系統(tǒng)的細胞數(shù)量而增大所探測目標(biāo)物濃度值或濃度差值(放大目標(biāo)物的探測信號)。所述可控速液體流動管道2是可以配合安裝滑動控制閥或夾子來控制管內(nèi)培養(yǎng)液流速的密封無菌、無毒管線，例如細胞培養(yǎng)用硅膠管。所述理生化指標(biāo)探測頭或連接頭4、7可監(jiān)測細胞培養(yǎng)體的液相或氣相中目標(biāo)物 (可使用多種理生化指標(biāo)探測頭或連接頭同時監(jiān)測多于一個目標(biāo)物質(zhì))濃度或量或活性， 例如應(yīng)用于監(jiān)測液相中目標(biāo)物的溶氧探測頭或葡萄糖探測頭或乳酸探測頭；或者應(yīng)用于氣相中目標(biāo)物的GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀裝置的連接口頭。探測頭或連接頭可無菌、密封地插裝在理生化指標(biāo)探測頭倉3、6內(nèi)。所述理生化指標(biāo)探測頭倉3、6為可密封裝插上述監(jiān)測細胞培養(yǎng)體的液相或氣相中目標(biāo)物濃度或量或活性的探頭或連接頭4、7的裝置，理生化指標(biāo)探測頭倉3、6與探頭或連接頭4、7的連接是密封無菌連接。所述上游理生化指標(biāo)探測頭倉3及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭4，在上游培養(yǎng)液中所監(jiān)測目標(biāo)物的量或濃度為已知固定值時，可以省卻，而只保留所述下游理生化指標(biāo)探測頭倉6及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭7。所述細胞培養(yǎng)裝置5為上下游分別有液體入口、液體出口的各種細胞生物反應(yīng)器、細胞培養(yǎng)wave裝置、cell factories、細胞培養(yǎng)T瓶、細胞培養(yǎng)轉(zhuǎn)瓶、細胞培養(yǎng)培養(yǎng)袋等可重復(fù)使用或者一次性使用的細胞培養(yǎng)裝置；其可以是單一一種和一個，也可以是多種或多個細胞培養(yǎng)裝置混合組合而成。所述流體控速無菌推動器8可以是各種可控速的無菌推進培養(yǎng)液流動的裝置，例如細胞培養(yǎng)蠕動泵。其數(shù)量可以是一個，也可以是多于一的多個(81、82等多個)。流體控速無菌推動器8可以串聯(lián)在細胞培養(yǎng)裝置5前或者后的液體管道2上的任何適當(dāng)位置，以推動和控速培養(yǎng)液或細胞混液無菌封閉式連續(xù)流經(jīng)所述整個裝置系統(tǒng)；并同時經(jīng)數(shù)據(jù)線與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機10連接，以即時獲取培養(yǎng)液或培養(yǎng)混液的流量數(shù)據(jù)(也可以另外使用獨立的流量計讀取流量數(shù)據(jù))。所述上、下游理生化指標(biāo)探測頭或接頭4、7均經(jīng)管線或數(shù)據(jù)電線與監(jiān)測控系統(tǒng)和 /或計算機10連接，以離線(例如人工輸入數(shù)據(jù))和在線地即時獲取和處理所監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進而通過信號反饋系統(tǒng)11對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制(例如根據(jù)動態(tài)生長的細胞數(shù)量或濃度值反饋控制調(diào)節(jié)連續(xù)灌注流速、培養(yǎng)液供給、溶氧濃度、細胞生物反應(yīng)器攪拌轉(zhuǎn)速等等)發(fā)明方法本發(fā)明方法和裝置工作時，細胞培養(yǎng)液或細胞混液無菌封閉式連續(xù)流經(jīng)所述整個裝置系統(tǒng)，上、下游理生化指標(biāo)探測或連接頭4、7或41、42、71、72(例如應(yīng)用于液相的溶氧探測頭或葡萄糖探測頭或乳酸探測頭；或者應(yīng)用于氣相的GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀裝置的連接口頭)，即可動態(tài)、實時地檢測到一個或多個選定監(jiān)測的目標(biāo)細胞營養(yǎng)物或細胞代謝物或細胞產(chǎn)生物的濃度或總量或活性、進而通過監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機系統(tǒng)10，離線(例如人
7工輸入數(shù)據(jù))或者在線地定量計算出細胞的數(shù)量或濃度等相關(guān)信息，即根據(jù)所測濃度或總量或活性的差值或變化，配以細胞培養(yǎng)的連續(xù)灌注流速數(shù)據(jù)，獲取該細胞培養(yǎng)體(系統(tǒng))內(nèi)全部細胞對該目標(biāo)物質(zhì)的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率，然后再根據(jù)所培養(yǎng)細胞對該種物質(zhì)的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率，便可確定當(dāng)時刻的生長細胞的數(shù)量或濃度。當(dāng)同時監(jiān)測多于一個目標(biāo)物質(zhì)時，可以使用包括求均值等方法的綜合計算得出結(jié)論。最后，通過信號反饋系統(tǒng)11對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制(例如根據(jù)動態(tài)生長細胞的當(dāng)時數(shù)量或濃度值反饋控制調(diào)節(jié)連續(xù)灌注流速、培養(yǎng)液供給、溶氧濃度、細胞生物反應(yīng)器攪拌轉(zhuǎn)速等等)。 上述方法也包括離線式的操作方法，即可以在細胞培養(yǎng)相上、下游人工取采培養(yǎng)液樣，送到監(jiān)測儀器中檢測，然后把檢測的數(shù)據(jù)輸入檢測控裝置或計算機中，進行計算和控制。本發(fā)明的一個實施例的具體操作步驟如下第一步.使用各種細胞培養(yǎng)用連接插頭、栓、塞等以及硅膠管熱熔切割焊接工具， 配合無菌通氣過濾器(例如0. 2微米孔的filter)、滑動控制閥或夾子等，將本發(fā)明裝置的 3、4、5、6、7、8、9、10、11，通過本發(fā)明裝置的液體輸送管道體系2，按序連接成工作系統(tǒng)；第二步.通過氣壓檢查密封性合格后，將整個裝置系統(tǒng)進行高溫蒸汽滅菌，保證系統(tǒng)內(nèi)呈無菌狀態(tài)；第三步.通過無菌過濾等方式制備連接成本發(fā)明裝置的無菌態(tài)上游細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)1 ；第四步.將本發(fā)明的上游細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)1，通過本發(fā)明裝置的液體輸送管道體系2，與滅菌后的整體系統(tǒng)連接，以達成完整的、呈可啟動工作態(tài)的系統(tǒng)；第五步.根據(jù)本發(fā)明裝置的細胞培養(yǎng)裝置5的種類和性質(zhì)，選擇使用二氧化碳細胞培養(yǎng)箱；或者使用細胞培養(yǎng)裝置5自身具備的控溫、控溶氧、控酸堿度等功能；第六步.啟動本發(fā)明裝置的流體控速無菌推動器8 (例如細胞培養(yǎng)蠕動泵)，使用潔凈水灌注清洗整個系統(tǒng)后，灌注細胞培養(yǎng)液，靜置1-3日，以監(jiān)測無菌態(tài)；第七步.啟動本發(fā)明裝置的流體控速無菌推動器8 (例如細胞培養(yǎng)蠕動泵)，灌注新鮮細胞培養(yǎng)液，在本發(fā)明裝置的細胞培養(yǎng)裝置5中接種細胞，開始靜態(tài)(非灌注)培養(yǎng)；第八步.根據(jù)細胞生長狀態(tài)，啟動灌注連續(xù)培養(yǎng)。調(diào)節(jié)細胞培養(yǎng)蠕動泵速度以滿足細胞生長以及目標(biāo)物上下游理生化指標(biāo)探測敏感度的需求；第九步.啟動或打開本發(fā)明裝置的上游理生化指標(biāo)探測頭倉3及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭4、下游理生化指標(biāo)探測頭倉6及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭7、上下游理生化指標(biāo)監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機10、信號反饋系統(tǒng)11，開始對細胞培養(yǎng)過程中動態(tài)生長細胞的數(shù)量或者濃度等信息進行定量的、動態(tài)的在線或者離線監(jiān)測和反饋控制。本發(fā)明的另一個實施例的方法如下在臍帶間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)過程中，上游培養(yǎng)液監(jiān)測頭監(jiān)測得到葡萄糖的濃度為2mg/ml，而在下游監(jiān)測頭監(jiān)測到的葡萄糖濃度為0. 3mg/ml，而通過讀取可控流量的培養(yǎng)液或混液流速為lOml/hr，上下游監(jiān)測點間灌注流經(jīng)時間(其基本等于培養(yǎng)液流經(jīng)細胞培養(yǎng)裝置中細胞相的時間)為Ojhr，而臍帶間充質(zhì)干細胞的比葡萄糖細胞消耗率為 1.8;3mg/108cellS-hr，根據(jù)上、下游監(jiān)測的葡萄糖濃度差為(2-0. 3)mg/ml，得出消耗的葡萄糖的量為(2-0. 3)mg/ml X 10ml/hr X 0. 5hr = 8. 5mg，所以可以得出細胞數(shù)量為8. 5mg/(1. 83mg/108cells-hrX0. 5hr) = 9. 29X 108cellso 以上公開的僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明并非局限于此，任何相關(guān)的變化， 都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的裝置，用于監(jiān)控非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度，尤其涉及一種對貼壁生長細胞培養(yǎng)或者對細胞組織培養(yǎng)的非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度，其特征在于，包括上游的細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)、上游一個/種或多個/種理生化指標(biāo)探測或連接頭、細胞培養(yǎng)裝置、下游一個/種或多個/種理生化指標(biāo)探測或連接頭、一個或多個流體控速無菌推動器、下游的廢或收獲液系統(tǒng)，其間用流體控速無菌推動器推動和控速的液體輸送管道體系根據(jù)功能按序連接而成， 上游理生化指標(biāo)探測頭或接頭和/或下游理生化指標(biāo)探測頭或接頭與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機連接，所述監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機用于通過該些探測頭或接頭所得到的上游目標(biāo)物質(zhì)的量或濃度作差和/或下游目標(biāo)物質(zhì)的量或濃度作差，再同時配以細胞培養(yǎng)的連續(xù)灌注流速數(shù)據(jù)，即可獲取該細胞培養(yǎng)體內(nèi)全部細胞對該目標(biāo)物質(zhì)的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率， 然后再根據(jù)所培養(yǎng)細胞對該種物質(zhì)的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率，便可確定當(dāng)時刻的生長細胞的數(shù)量或濃度，據(jù)此并進而通過信號反饋系統(tǒng)對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述理生化指標(biāo)探測頭或連接頭可監(jiān)測細胞培養(yǎng)體的液相或氣相中目標(biāo)物，可使用多種理生化指標(biāo)探測頭或連接頭同時監(jiān)測多于一個目標(biāo)物的濃度或量或活性。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述理生化指標(biāo)探測頭或連接頭包括應(yīng)用于監(jiān)測液相中目標(biāo)物的溶氧探測頭或葡萄糖探測頭或乳酸探測頭；或者應(yīng)用于氣相中目標(biāo)物的GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀裝置的連接口頭，所述探測頭或連接頭可無菌、密封地插裝在理生化指標(biāo)探測頭倉內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述細胞對目標(biāo)物質(zhì)的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率，在因種種原因而發(fā)生較明顯變化時，可以對其標(biāo)準(zhǔn)值進行修正，以保證對不同條件下的細胞培養(yǎng)進行上述監(jiān)測。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上游理生化指標(biāo)探測頭倉及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭，在上游培養(yǎng)液中所監(jiān)測目標(biāo)物的量或濃度為已知固定值時，可以省卻，而只保留所述下游理生化指標(biāo)探測頭倉及無菌密封安裝于其中的探測或連接頭，所述下游理生化指標(biāo)探測或連接頭須與其上游所連接細胞培養(yǎng)裝置靠近以增大所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，所述下游理生化指標(biāo)探測或連接頭可以直接安裝于細胞培養(yǎng)裝置中的細胞相內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述細胞培養(yǎng)裝置為上下游分別有液體入口、液體出口的各種細胞生物反應(yīng)器、細胞培養(yǎng)wave裝置、cellfactories、細胞培養(yǎng)T瓶、 細胞培養(yǎng)轉(zhuǎn)瓶、細胞培養(yǎng)培養(yǎng)袋在內(nèi)的可重復(fù)使用或者一次性使用的細胞培養(yǎng)裝置；其是單一一種和一個，或是多種或多個細胞培養(yǎng)裝置混合組合而成。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體控速無菌推動器可以是各種可控速的無菌推進培養(yǎng)液流動的裝置，流體控速無菌推動器可以串聯(lián)在細胞培養(yǎng)裝置前或者后的液體管道上的任何適當(dāng)位置，以推動和控速培養(yǎng)液或細胞混液無菌封閉式連續(xù)流經(jīng)所述整個裝置系統(tǒng)；并同時經(jīng)數(shù)據(jù)線與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機連接，以即時獲取培養(yǎng)液或培養(yǎng)混液的流量數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測的目標(biāo)物是多個，當(dāng)同時監(jiān)測多于一個目標(biāo)物時，可以使用包括求均值在內(nèi)的方法綜合計算得出活細胞數(shù)量或活細胞濃度。
9.一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的方法，尤其涉及一種對貼壁生長細胞培養(yǎng)或者對細胞組織培養(yǎng)的非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的方法，其特征在于，包括處于穩(wěn)定態(tài)的特定細胞對某種營養(yǎng)物或代謝物或產(chǎn)物的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率是基本不變的；即一個特定細胞培養(yǎng)體/系統(tǒng)中的活細胞總數(shù)量或活細胞濃度與當(dāng)時細胞對該目標(biāo)營養(yǎng)物或代謝物或產(chǎn)物的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率，成一定的正比關(guān)系。由此，通過對上述一個或多個目標(biāo)物質(zhì)因細胞對其消耗或代謝或產(chǎn)生而發(fā)生的變化的檢測，來獲取整個細胞培養(yǎng)體/系統(tǒng)中的活細胞數(shù)量或活細胞濃度；同時，配合實時在線的細胞培養(yǎng)裝置和檢測設(shè)置來實現(xiàn)毋須取出細胞作樣品的非侵入式、連續(xù)在/離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的監(jiān)測采用了在線理生化指標(biāo)探測頭或連接頭，以連續(xù)監(jiān)測細胞培養(yǎng)體的液相或氣相中目標(biāo)物的濃度或量或活性。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的監(jiān)測可以包括離線式的操作，即在細胞培養(yǎng)相上、下游人工取樣，送到監(jiān)測儀器中檢測，然后把檢測的數(shù)據(jù)輸入檢測控裝置或計算機中，進行計算和控制。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)裝接好至少有細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)、細胞培養(yǎng)裝置、理生化指標(biāo)探測或連接頭、流體控速無菌推動器、廢或收獲液系統(tǒng)、監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機等在內(nèi)的完整系統(tǒng)；(2)連續(xù)、定期或事件觸發(fā)式地離線或在線檢測流入和流出細胞培養(yǎng)相的一種或多種營養(yǎng)或代謝或產(chǎn)生物質(zhì)的量或濃度，以其差值配以細胞培養(yǎng)液或混合液流速，獲得目標(biāo)營養(yǎng)或代謝或產(chǎn)生物質(zhì)的消耗率或代謝率或產(chǎn)生率；然后根據(jù)所培養(yǎng)細胞對該種目標(biāo)物的比消耗率或比代謝率或比產(chǎn)生率，得到細胞培養(yǎng)裝置中動態(tài)生長細胞的數(shù)量或濃度。
全文摘要
一種非侵入式連續(xù)監(jiān)測動態(tài)細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法，尤其涉及一種對貼壁生長細胞培養(yǎng)(如通常情況下的干細胞或其他治療用細胞培養(yǎng))或者對細胞組織培養(yǎng)的非侵入式連續(xù)在線或離線監(jiān)測動態(tài)生長細胞數(shù)量或濃度的裝置與方法，其裝置包括細胞培養(yǎng)液供給系統(tǒng)、上游一個/種或多個/種理生化指標(biāo)探測或連接頭、細胞培養(yǎng)裝置、下游一個/種或多個/種理生化指標(biāo)探測或連接頭、一個或多個流體控速無菌推動器、廢或收獲液系統(tǒng)，其間用流體控速無菌推動器推動和控速的液體輸送管道體系按序連接而成。上、下游理生化指標(biāo)探測頭或接頭與監(jiān)測控系統(tǒng)和/或計算機連接，以獲取、處理和監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進而通過信號反饋系統(tǒng)對整個細胞培養(yǎng)系統(tǒng)反饋以實施控制。
文檔編號C12Q3/00GK102199535SQ20101013066
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者鄭琛, 齊瀚實 申請人:上海坤巨科技發(fā)展有限公司