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二氧化碳培养箱在医药及生命科学领域的应用

点击次数:206 发布时间:2019-02-14

      细胞培养是医学、免疫学、遗传学、微生物、农业科学、生命科学、药物研发与生产等医疗相关领域中的重要课题,而要研究细胞的功能、代谢以及细胞对环境诸因素影响的反应等,就需要在实验室内离体模拟体内条件营造能维持正常生命活动及增殖的环境条件。二氧化碳培养箱就是这样一种在体外人工模拟适宜细胞在体生长环境的科学实验设备,也是实验室普遍使用的常规仪器之一。

     通常条件下,需要二氧化碳培养箱能够在以下几个方面具有相当的控制能力及持续稳定性:

1、加热并使箱内温度持续稳定。细胞对温度的变化是非常敏感的,大多数动物细胞在超过40℃的环境下仅能存活数小时。细胞培养温度需要与其在体条件相一致,细胞种类不同,所需要的温度范围各异,比如绝大多数哺乳动物细胞需要维持在37℃±1℃,鱼类一般在28℃±1℃。

2、相对湿度大多数情况下需要维持在95%RH上下,以免培养基因湿度过低而加速蒸发,抑或因湿度过高影响细胞活性。

3、二氧化碳培养箱需要能够控制二氧化碳浓度,并长时间维持二氧化碳浓度持续稳定,通常情况下为5%,因为CO2不但是细胞所需成分,还是细胞代谢产物,并与培养基中的碳酸氢钠形成缓冲体系,辅助维持培养环境的pH及渗透压相对稳定。

4、培养基的酸碱度需要恒定,绝大多数细胞耐受的pH值范围为7.2-7.4的弱碱性环境。除了必要的缓冲液外,还需要CO2作为补充。

      此外,污染防治也是一个不可忽视的因素,高于140℃的干热灭菌是常见的灭菌方式,也是一种成熟完备的灭菌方式,是高温导致微生物脱水,或者直接阻断遗传,或者扰乱新陈代谢,让其因缺乏恰当的刺激与营养环境而失去繁殖能力。其灭菌效果有保证,各国药典及医疗器械监管机构也出台了相关的技术指导方针,例如欧盟药典就要求如果在160℃下进行干热灭菌,灭菌时间不得短于两小时。

      近几年,医疗行业加大了基础研发的投入与力度,也培育了二氧化碳培养箱的应用领域。
典型应用:
1、干细胞培养与再生医学康复治疗的基础研究,干祖细胞的分化多潜能属性使得干细胞成为研究热点,科学家渴望借助干细胞找到众多疾病的治疗技术路线。以干细胞组织工程为目标的培养研究需要二氧化碳为对环境敏感的干细胞提供异常稳定的体外培养环境,以期再现在体环境。
干细胞的应用也有多种,比如皮肤干细胞在康复医学、烧伤医学及整容美容上的应用,口腔医学、白血病、心血管疾病的研究与治疗上等需要数量可观的干细胞,这些都需要生物反应器或者大规模培养来提供充足的细胞储备。细胞系的培养也需要二氧化碳培养箱的强力支撑。
2、药物筛选应用。现代药物开发高通量筛选需要二氧化碳培养箱助力细胞培养。
3、疫苗研发。细胞的大规模培养与生物反应器放大需要二氧化碳培养箱培养提供技术支持。
4、人工辅助生殖与体外培养需要二氧化碳培养箱提供稳定的环境保障。
5、细胞自噬,近十年来逐渐成为研究热点,诺贝尔生理学与医学奖的关注更是让自噬成为焦点。细胞自噬( Autophagy) 是以细胞质空泡化为特征的溶酶体依赖性降解途径。通过自噬,细胞清除受损或衰老的细胞器、降解半衰期长或过剩聚集蛋白,对细胞的生长、分化、发育和维持细胞内环境的稳态具有重要作用。研究细胞自噬机理,以及自噬基因变异与诸多疾病的关系,有望让科学为人类健康做出更直观的贡献。
6、各种非常态毒理研究,比如低氧条件对细胞培养性状的研究、高二氧化碳对器官组织细胞的刺激作用、极端环境对细胞组织的胁迫效应等。

 

                                       多台Memmert CO2培养箱叠放在一起发挥作用

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