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CN114410443A - 一种冲散细胞团块的装置和方法 - Google Patents

一种冲散细胞团块的装置和方法 Download PDF

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CN114410443A
CN114410443A CN202011169801.2A CN202011169801A CN114410443A CN 114410443 A CN114410443 A CN 114410443A CN 202011169801 A CN202011169801 A CN 202011169801A CN 114410443 A CN114410443 A CN 114410443A
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戴晓兵
朱士英
乔楠
杨昌陈
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Etta Biotech Co Ltd
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Etta Biotech Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种利用液流剪切力冲散细胞团块的装置，包括至少一个冲散结构组件，冲散结构组件包括至少一个喷嘴。本发明提供的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置能够在封闭式液路系统使用，通过液流提供的剪切力，将细胞团块冲散为单细胞分布，较之在开放环境中利用移液枪吹散细胞团块的效率更高，并大大降低了细胞样品被污染的风险。

Description

一种冲散细胞团块的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种冲散细胞团块的装置，更具体而言，本发明涉及一种在封闭式管路中利用液流剪切力将细胞团块冲散为单个细胞分布的装置。
背景技术
由PBMC激活得到的T细胞呈聚团/结团状态，但电转染时为达到最高电转染效率，需要形成单细胞悬液。传统的方法常常需要实验人员拿着移液枪和试管或离心管不停地进行按压吹散/冲散，利用上宽下窄的枪头提供相应的剪切力、对经过吸头的细胞团块进行数次吹散/冲散，使其分散为单细胞，既耗时间又费精力；虽然在超净工作台上完成上述操作，但整个过程处于完全开放的环境，细胞样品存在被污染的风险；尤其在用于临床治疗(患者)的免疫细胞制备中，更需要零污染的高标准，上述潜在风险是需要绝对避免的。换言之，细胞样品必须在整个封闭式液路系统中处理，中间的任何一个环节/处理/步骤均不能在封闭系统之外进行操作。此外，将封闭式液路系统作为一个整体，对其进行常规的涡旋振荡处理，虽然能够一定程度上将细胞团块分散，但仍会有很多小的细胞团块，无法进一步分散成单细胞。
所以，我们迫切需要一种配合于封闭式液路系统使用的、且通过提供的液流剪切力足以使细胞团块分散为单细胞的装置，以满足上述应用的需求。
现有技术中，专利CN201920216969.0提供了一种细胞吹散分散装置，通过调节蠕动泵的转速来控制剪切力的大小，在不影响细胞活力的情况下将细胞通过自动吹散的方式使细胞分散；进一步地，其利用蠕动泵可逆向运转的特点，设置两个吹散瓶，可实现循环吹散；该装置对实验操作环境提出了一定的要求(尤其在吹散时间比较长时)，可将吹散瓶瓶盖密封，利用呼吸器可平衡吹散瓶内压力，并防止瓶内细胞液长时间暴露在空气中而污染。但是：其一，整个装置的作用仅宽泛地概括为“提高吹散分散效果”，并未明确说明最终可以获得单细胞悬液；其二，在循环吹散过程中，细胞液的流向为“进样瓶1→吹散瓶3→吹散瓶2→吹散瓶3或收集瓶4”，操作较为复杂、工作流程上也容易出错；其三，整个装置在实际操作过程中，仍处于开放的工作环境，对于管内的细胞液而言，仍存在被污染的风险。
专利CN201822089384.5提供了一种细胞吹散装置，通过调节各个蠕动泵的转速控制细胞悬液吹散的速度，完成细胞悬液在一个密闭的环境中被吹散处理，减少了人为操作可能带来的污染。但是：其一，整个装置的有益效果仅表明“使细胞悬液可在密闭环境中完成吹散处理，完成细胞悬液均匀混合”，并未明确说明最终可以获得单细胞悬液；其二，该装置的一个重要应用在于使细胞悬液能直接用于后续转瓶培养和生物反应器大规模培养，故就整体而言，该发明实则一种细胞培养装置，“细胞吹散”仅是其中一个环节；其三，整个装置包括第一容器、第二容器、第三容器、第一软管、第二软管、第三软管、第四软管、第五软管和若干蠕动泵，装置结构与操作过程均较为复杂；其四，整个装置在实际操作过程中，仍处于开放的工作环境，即使对第一容器、第二容器和第三容器上分别设有空气过滤器，但在例如向第三容器3内加入1L～10L的细胞培养基、在第一容器1中加入消化后的细胞悬液等操作过程中，对于管内的细胞液而言，仍存在被污染的风险。
本发明是针对上述现有技术存在的应用局限性，本发明提出一种配合于封闭式液路系统使用的、且通过提供的液流剪切力足以使细胞团块冲散为单细胞的装置。
发明内容
本发明克服了上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供了一种利用液流剪切力冲散细胞团块的装置。
为了达到上述的目的，本发明所提供的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的技术方案概述如下：
一种在封闭式管路中利用液流剪切力冲散细胞团块的装置，包括冲散结构组件；
优选，所述冲散结构组件包括提供液流剪切力的结构，所述提供液流剪切力的结构的形状为由宽变窄的管状，优选所述提供液流剪切力的结构为喷嘴；
优选，所述提供液流剪切力的结构的轴向截面为锥形、漏斗形、梯形或葫芦形等，所述提供液流剪切力的结构的横向截面为圆形、椭圆形、方形或多边形等；
优选，所述提供液流剪切力的结构的上横截面口径范围：2-10mm；
优选，所述提供液流剪切力的结构的下横截面口径范围：5μm-2mm；
优选，所述提供液流剪切力的结构的轴向长度范围：5-25mm；进一步优选所述提供液流剪切力的结构的轴向长度范围：10-20mm；
优选，所述喷嘴的窄端/出液端附近，沿管壁外周设置有多条刻痕，每一条刻痕对应于喷嘴的一种下横截面口径，即将喷嘴沿刻痕处掰断即可获得不同下横截面口径的喷嘴；
优选，所述冲散结构组件包括至少两个提供液流剪切力的结构；
优选，所述提供液流剪切力的结构之间以并联的方式设置于所述冲散结构组件中，所述提供液流剪切力的结构之间彼此独立使用；
优选，所述并联的提供液流剪切力的结构的下截面口径可以相同，也可以不同；
优选，所述并联的提供液流剪切力的结构与管路通过分流装置密封连接；
优选，所述分流装置包括多通接头等；
优选，所述密封连接包括密封胶，焊接，螺纹，卡扣，张力，鲁尔接头，无针接头等方式密封连接；
优选，所述提供液流剪切力的结构之间以串联的方式设置于所述冲散结构组件中，所述提供液流剪切力的结构之间彼此密封连接；
优选，所述串联的提供液流剪切力的结构的下截面口径可以相同，也可以不同；
优选，所述密封连接方式包括不可拆卸的整体成型制造，即提供液流剪切力的结构之间形成一体化结构，密封胶，焊接等方式；
优选，所述密封连接方式包括可拆卸的螺纹，卡扣，张力，鲁尔接头，无针接头等方式；
优选，所述冲散结构组件的两端分别与管路通过密封胶，焊接，螺纹，卡扣，张力，鲁尔接头，无针接头等方式密封连接；
一种将细胞团块冲散为单细胞的装置，包括使用如上所述的冲散细胞团块的装置，所述的冲散细胞团块的装置设置于管路中；
一种封闭式液路系统，包括如上所述的冲散细胞团块的装置，所述的冲散细胞团块的装置设置于管路中；
一种利用液流剪切力冲散细胞团块的方法，包括使用如上所述的冲散细胞团块的装置。
优选所述细胞的种类主要包括用于临床治疗的细胞，如PBMC，各类免疫细胞，如未激活或激活的T细胞，NK细胞，DC细胞，干细胞等；各类工程细胞，如CHO-S，HEK293等；以及其它各种生物细胞。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置能够配合于封闭式液路系统使用，通过提供的液流剪切力使细胞团块分散为单细胞分布，大大减低了操作过程中细胞样品被污染的风险。
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的冲散结构组件中的串联提供液流剪切力的结构是可拆卸的，即串联提供液流剪切力的结构的数量可根据实际需求(如：应用领域、细胞种类等)灵活调整、自由组合；此外，沿液体流动的方向串联的多个提供液流剪切力的结构下横截面口径是逐个变小的，以达到细胞团块“逐级吹散”的效果，避免“过大”细胞团块经过“过小”的提供液流剪切力的结构下横截面口径而使细胞受到挤压损伤。
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的冲散结构组件中的喷嘴的窄端/出液端附近，沿外周设置有多条刻痕，每一条刻痕对应于喷嘴的一种下横截面口径，即将喷嘴沿刻痕处掰断即可获得不同下横截面口径的喷嘴。所述刻痕可以在注塑时一次成型，避免因不同喷嘴下横截面口径的需求而带来的多规格开模/注塑费用，节省了制造成本。
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的显著进步是在封闭环境中将细胞团块冲散为单细胞，获得单细胞悬液；同时确保了整个过程没有污染的风险。只要是需要冲散细胞团块的操作，都可以采用本发明的装置。本发明的装置可以用于但并不局限于电转染领域，还可以是应用于很多其它方面的细胞处理：比如，单细胞悬液既可以用于电转染操作，也可用于单细胞分析(流式细胞术、单细胞测序、免疫荧光、免疫组化、ELISpot酶联免疫吸附斑点等)等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1，本发明的单个喷嘴的结构示意图；
图2，本发明的含有2个串联的喷嘴的冲散细胞团块的装置的结构示意图；
图3，本发明的含有2个并联的喷嘴的冲散细胞团块的装置的结构示意图；
图4，包含有图2的冲散细胞团块的装置的一种封闭式液路系统的结构示意图；
图5，激活第4天后，T细胞成团的情况；
图6，对细胞悬液涡旋振荡10s后，T细胞成团的情况；
图7，对细胞悬液涡旋振荡15s后，T细胞成团的情况；
图8，利用图4的液路系统对细胞悬液进行3轮冲散实验后，T细胞成团的情况；
图9，利用图4的液路系统对细胞悬液进行5轮冲散实验后，T细胞成团的情况；
图10，利用图4的液路系统对细胞悬液进行15轮冲散实验后，T细胞成团的情况。
图11，利用不含有冲散细胞团块的装置的封闭式液路系统对细胞悬液进行5轮冲散实验后，T细胞成团的情况。
其中：1-第一喷嘴，2-第二喷嘴，3-上横截面，4-下横截面，5-刻痕，6-冲散结构组件，7-管路，8-分流装置，9-细胞前处理装置，10-细胞处理装置，11-泵装置。
具体实施方式
下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
结构设计
1.本发明的含有2个串联喷嘴的冲散细胞团块的装置
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的结构示意图，如图1、图2所示。所述利用液流剪切力冲散细胞团块的装置包括冲散结构组件(6)，管路(7)，所述冲散结构组件(6)包括2个喷嘴，第一喷嘴(1)，第二喷嘴(2)；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的形状为由宽变窄的管状；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的轴向截面为锥形，所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的横向截面为圆形；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)之间以串联的方式设置于所述冲散结构组件(6)中；所述第一喷嘴(1)的下横截面(4)口径大于所述第二喷嘴(2)的下横截面(4)口径；所述第二喷嘴(2)的窄端/出液端附近，沿管壁外周设置有1条刻痕(5)，该刻痕对应于第一喷嘴(1)的下横截面(4)口径，即将第二喷嘴(2)沿刻痕(5)处掰断即可获得第一喷嘴(1)；所述第一喷嘴(1)和所述第二喷嘴(2)之间通过螺纹或卡扣或张力或鲁尔接头或无针接头等方式密封连接；所述冲散结构组件(6)的两端分别与管路(7)通过螺纹或卡扣或张力或鲁尔接头或无针接头等方式密封连接。
2.本发明的含有2个并联喷嘴的冲散细胞团块的装置
本发明的利用液流剪切力冲散细胞团块的装置的另一种结构示意图，如图1、图3所示。所述利用剪切力吹散细胞的装置包括冲散结构组件(6)，管路(7)，分流装置(8)，所述冲散结构组件(6)包括2个喷嘴，第一喷嘴(1)，第二喷嘴(2)；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的形状为由宽变窄的管状；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的轴向截面为锥形，所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的横向截面为圆形；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)以并联的方式设置于所述冲散结构组件(6)中；所述第一喷嘴(1)的下横截面(4)口径等于所述第二喷嘴(2)的下横截面(4)口径；所述第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)通过分流装置(8)与管路(7)密封连接；所述密封连接包括螺纹或卡扣或张力或鲁尔接头或无针接头等方式等；所述分流装置(8)为三通接头。
实施例二
利用图4的封闭式液路系统将T细胞团块冲散为单细胞的效果
1.测试方案
第0天：复苏液氮冻存的PBMC，在T75细胞培养瓶中用CD3/CD28单克隆抗体激活；
第4天：激活的T细胞成团的情况(如图5所示)。
分散方法一：
1)将5mL细胞悬液从T75细胞培养瓶中吸至15mL的离心管；
2)对离心管进行涡旋震荡，震荡时间为10s，于显微镜下观察T细胞团块的变化并拍照(如图6所示)；震荡时间延长至15s，于显微镜下观察T细胞团块的变化并拍照(如图7所示)。
分散方法二：
1)利用图4的封闭式液路系统，其中：第一喷嘴(1)和第二喷嘴(2)的上横截面(3)的口径范围为4mm；第一喷嘴(1)的下横截面(4)的口径为0.5mm，第二喷嘴(2)的下横截面(4)的口径为0.2mm；在本实施例中，细胞前处理装置(9)即为上述的T75细胞培养瓶，细胞处理装置(10)是一个50mL的收集管，用以接收经过冲散作用后的细胞悬液；
2)开启泵装置(11)，使15mL细胞悬液从T75细胞培养瓶中，依次经过管路(7)，冲散结构组件(6)，再通过管路(7)，最终进入至50mL的收集管；
3)根据实验的需求，可将细胞悬液再一次从细胞处理装置(10)转移至细胞前处理装置(9)，按照上述步骤，对细胞悬液进行新一轮的冲散作用；在完成第3轮、第5轮、第15轮实验后，即细胞悬液进入细胞处理装置(10)后、未进入下一轮实验前，对细胞悬液进行取样，于显微镜下观察T细胞团块的变化并拍照(如图8-10所示)。
分散方法三(对照组)：
1)较于分散方法二，设一个对照组，在图4的封闭式液路系统的基础上，将冲散结构组件(6)替换为一段普通的软管(其余各部分保持不变)；
2)采用同样实验操作步骤，使15mL细胞悬液经过此改造过后的封闭式液路系统，并在完成第5轮实验后，对细胞悬液进行取样，于显微镜下观察T细胞团块的变化并拍照(如图11所示)。
2.测试结果
1)对细胞悬液涡旋振荡10s能一定程度上将T细胞团块分散，但仍有很多小的T细胞团块；涡旋振荡实践进一步增加至15s，T细胞团块无进一步分散。
2)利用图4的液路系统进行5轮冲散实验后，T细胞团块能最大程度地被冲散，将实验次数增加至15轮，T细胞团块无明显进一步分散。
3)不含有冲散结构组件(6)的封闭式液路系统不能有效地将细胞团块冲散为单细胞。
3测试结论
1)对细胞悬液仅使用涡旋震荡，无法将成团的T细胞团块很好地分散为单细胞；
2)在含有冲散结构组件(6)的封闭式液路系统中，利用液流剪切力能够很好地将T细胞团块冲散为单细胞。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不限制本发明，不能认定本发明的实施方式只局限于这些实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理和构思的前提下，还可以做出若干改进或润饰，都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在封闭式管路中利用液流剪切力冲散细胞团块的装置，其特征在于，包括冲散结构组件，所述冲散结构组件包括提供液流剪切力的结构，优选所述提供液流剪切力的结构的形状为由宽变窄的管状，优选所述提供液流剪切力的结构为喷嘴。
2.根据权利要求1所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，所述提供液流剪切力的结构的轴向截面为锥形、漏斗形、梯形或葫芦形等，所述提供液流剪切力的结构的横向截面为圆形、椭圆形、方形或多边形等。
3.根据权利要求2所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，所述冲散结构组件包括至少两个提供液流剪切力的结构。
4.根据权利要求3所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，所述提供液流剪切力的结构之间以并联或串联的方式设置于所述冲散结构组件中。
5.根据权利要求4所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，所述提供液流剪切力的结构的下横截面口径可以相同，也可以不同。
6.根据权利要求5所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，当所述提供液流剪切力的结构串联、且所述提供液流剪切力的结构的下横截面口径不同时，沿液体流动的方向，所述提供液流剪切力的结构的下横截面口径逐个变小。
7.根据权利要求4所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，当所述提供液流剪切力的结构串联时，所述提供液流剪切力的结构之间密封连接。
8.根据权利要求7所述的冲散细胞团块的装置，其特征在于，所述密封连接方式包括不可拆卸的整体成型制造，密封胶，焊接等方式，或者可拆卸的螺纹，卡扣，张力，鲁尔接头，无针接头等方式。
9.一种在封闭式管路中利用液流剪切力冲散细胞团块的方法，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的冲散细胞团块的装置。
10.一种将细胞团块冲散为单细胞的装置或开放式液路系统或封闭式液路系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的冲散细胞团块的装置。
CN202011169801.2A 2020-10-28 2020-10-28 一种冲散细胞团块的装置和方法 Pending CN114410443A (zh)

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