本发明属于体外细胞培养技术领域，更具体地，涉及一种用于研究细胞趋化性的可视化装置和方法。
背景技术：
体外细胞传代培养已经成为现代医学、现代药学和生物学不可或缺的重要实验室技术。既往的研究表明，某些细胞具备电趋化性，具有在电场下定向移行和定向增殖能力；某些细胞具备光趋化性，细胞内存在对可见光或不可见光的方向性受体，并且表现出细胞内生理改变。最近的研究显示，某些细胞具有磁趋化性。对于特定的细胞而言，例如哺乳动物的正常上皮细胞，其生长发育需要氧气供应。哺乳动物的上皮细胞主要利用溶解于血液中的氧和血红蛋白。目前哺乳动物的上皮细胞是否具备氧趋化性仍是一个假说，并没有可视化的实验证据证实正常上皮细胞具备氧趋化性，即正常上皮细胞向溶解氧梯度高的区域定向移行或定向增殖。与正常上皮细胞所不同的，绝大多数上皮来源的恶性肿瘤细胞由于长时间处于缺血缺氧状态而不能直接通过三羧酸循环进行能量代谢，而只能通过无氧酵解产生能量，即warburg效应，很可能表现为不具备氧趋化性。
国外在研究细胞氧趋化性主要应用微管或微气泡形成的局部氧梯度差，需要配合相应的微电子单片机进行控制，形成复杂的多层复合培养板，造价十分高昂，不利于大范围推广。并且这种用微管或微气泡形成的局部氧梯度差，在更换气体类别时，例如将氧气换成一氧化碳，用于研究一氧化碳对于神经元细胞的损害，需要重新设计装置，增加扩展的费用。更重要的是，由于微管或微气泡系统的存在，将物理性的影响贴壁细胞的移行，进而产生系统误差。
因此，需要一种简单快捷验证细胞是否具有氧趋化性的装置和方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于研究细胞趋化性的可视化装置和方法，方便观察和判断细胞对待研究气体是否具有趋化性。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于研究细胞趋化性的可视化装置，该可视化装置为密闭装置；该可视化装置包括：可视化的第一壳体、与所述第一壳体的第一端连通的第二壳体和与所述第一壳体的第二端连通的第三壳体；所述第一壳体的高度小于所述第二壳体的高度和所述第三壳体的高度，从而使所述第一壳体相对于所述第二壳体和所述第三壳体形成凹陷部；
所述第二壳体具有第一进气口、第一加样口和第一出气口；所述第三壳体具有第二进气口、第二加样口和第二出气口；所述第一进气口和所述第二进气口分别位于所述第二壳体和所述第三壳体的侧部，并且靠近所述第二壳体和所述第三壳体的高于所述第一壳体的表面；所述第一出气口和所述第二出气口分别靠近所述第一进气口和所述第二进气口设置；所述第一加样口和所述第二加样口分别位于所述第二壳体和所述第三壳体的端部。
在本发明中，所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体均为规则形状，均具有水平的上表面和下表面。因此，所述第一壳体的高度是指第一壳体的下表面到上表面的最小距离；所述第二壳体的高度是指第二壳体的下表面到上表面的最小距离；所述第三壳体的高度是指所述第三壳体的下表面到上表面的最小距离。
在本发明中，所述第一进气口、所述第一出气口、所述第二进气口和所述第二出气口所在的位置的高度高于所述第一壳体的高度，以防止加入到可视化装置中的培养液堵塞所述第一进气口、所述第一出气口、所述第二进气口和所述第二出气口，同时因所述第二壳体和第三壳体的液面上方不同的待研究气体体积浓度于所述第一壳体中的所述培养液形成溶解有待研究气体浓度梯度差，具体为，因所述第二壳体和第三壳体的液面上方不同的氧体积浓度于所述第一壳体中的所述培养液形成溶解氧浓度梯度差。
本领域技术人员可以选择透明的材料制作第一壳体，以实现第一壳体可视化。优选地，第一壳体、第二壳体和第三壳体均由透明的材料制成，便于操作人员观察该可视化装置中的细胞趋化性实验进展。透明的材料可以包括：聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)、甲丙烯酸甲酯(俗称亚克力)和聚碳酸酯中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述第一进气口、所述第一出气口、所述第二进气口和所述第二出气口位于同一水平面上。
本领域技术人员可以根据经验确定可视化装置的第一壳体、第二壳体和第三壳体的形状和构造。为了便于制造和实验观察，优选地，所述第一壳体可以为长方型结构。第二壳体和第三壳体与第一壳体的非连接端分别为逐渐变窄的缩颈结构，所述第一加样口和所述第二加样口分别设置在所述缩颈结构上，所述第一加样口和所述第二加样口均由密封盖密封。
本发明第二方面提供一种利用本发明第一方面提供的可视化装置研究细胞趋化性的方法，该方法包括以下步骤：
s1.将含有待研究细胞的培养液从所述第一加样口和/或所述第二加样口加入到所述可视化装置中，并使所述含有待研究细胞的培养液充满所述第一壳体，位于所述第二壳体和所述第三壳体中的含有待研究细胞的培养液的液面分别低于所述第一进气口、所述第二进气口、所述第一出气口和所述第二出气口，而高于所述第一壳体；
s2.通过所述第一进气口向所述第二壳体通入含有低浓度待研究气体的混合气体，同时所述第一出气口进行排气；通过所述第二进气口向所述第三壳体通入含有高浓度待研究气体的混合气体，同时所述第二出气口进行排气，在所述第一壳体中的含有待研究细胞的培养液中形成溶解有待研究气体的浓度梯度差；
s3.透过所述第一壳体观察所述待研究细胞是否向所述第二壳体的方向或向所述第三壳体的方向移行。
根据本发明，优选地，所述混合气体除含有待研究气体外，还含有二氧化碳和氮气。本发明中，二氧化碳提供细胞培养所需的ph值，一般5％为宜。氮气的浓度随氧气变化而变化。作为优选方案，在含有低浓度待研究气体的混合气体中，二氧化碳的体积浓度可以为5％，氮气的体积浓度可以为94％-93％。在含有高浓度待研究气体的混合气体中，二氧化碳的体积浓度为5％，氮气的体积浓度为73％-75％。
根据本发明，优选地，所述待研究气体为氧气。
根据本发明，优选地，本领域技术人员可以通过试验确定待研究细胞对待研究气体产生趋化性所需要的气体浓度，在所述待研究气体为氧气时，含有低浓度待研究气体的混合气体为含有低浓度氧气的混合气体，并且氧气的体积浓度为0.1％-5％；含有高浓度待研究气体的混合气体为含有高浓度氧气的混合气体，并且氧气的体积浓度为15％-25％；在本发明的一种优选实施方式中，混合气体中的氧气的体积浓度为0.5％-2％，优选为1％；所述含有高浓度氧气的混合气体中的氧气的体积浓度为20％-22％，优选为21％。
本领域技术人员可以理解的是，在所述待研究气体为氧气时，含有低浓度氧气的混合气体在第二壳体中形成低氧浓度区，含有高浓度氧气的混合气体在第三壳体中形成高氧浓度区，并且在第一壳体内的培养液中形成氧溶解度梯度，如果待研究细胞对氧具有趋化性，则待研究细胞通过第一壳体内的培养液向第三壳体中移行；反之，则待研究细胞的移行方向可能为不定向的。
在本发明中，具体地，所述待研究细胞包括上皮细胞。更具体的，所述上皮细胞为哺乳动物的上皮细胞。
本发明提供的用于研究细胞趋化性的可视化装置，将含待研究细胞的培养液从第一加样口和/或第二加样口加入到可视化装置中，并使含待研究细胞的培养液充满第一壳体，位于第二壳体和第三壳体中的含待研究细胞的培养液的液面分别低于第一进气口和第二进气口，而高于第一壳体；通过第一进气口向第二壳体通入含有低浓度氧气的混合气体，同时通过第二进气口向第三壳体通入含有高浓度氧气的混合气体；如果待研究细胞具有氧趋向性，则可以透过第一壳体观察待研究细胞是否向第三壳体的方向移行，从而判断氧气对待研究细胞是否具有氧趋向性。可见，通过本发明的可视化装置能够利用“过桥涵洞”原理简单快捷地证实待研究细胞对氧气是否具有趋化性，并且成本低廉。
本领域技术人员可以根据待测细胞的特性选择培养液的组成，本发明在此不做赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明提供的用于研究细胞趋化性的可视化装置的示意图。
图2示出了用于研究细胞趋化性的可视化装置的使用状态图。
图3和图4示出了本发明实施例2利用本发明所述装置以及一种阿米巴的单细胞动物对研究细胞趋化性的结果图。
图5示出了本发明提供的用于研究细胞趋化性的可视化装置的实物图。
附图标记说明
1-第一壳体；2-第二壳体；201-第一进气口；202-第一加样口；203-第一出气口；3-第三壳体；301-第二进气口；302-第二加样口；303-第二出气口。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
下面结合图1和图5，对本发明提供的用于研究细胞趋化性的可视化装置作以详细说明。
本发明中，利用所述用于研究细胞趋化性的可视化装置在活细胞工作站(deltavision，germany)对一种阿米巴的单细胞动物进行氧梯度差培养其待研究气体的溶解浓度梯度情况如图2所示，其中，由所述第三壳体指向所述第二壳体的箭头表示的是在所述第一壳体中的含有待研究细胞的培养液中形成溶解有待研究气体的浓度梯度差。并对所述第一壳体进行照相，获得图3和图4，图3和图4中的曲线为阿米巴的移行轨迹(由imagej分析)。图5示出了本发明提供的用于研究细胞趋化性的可视化装置的实物图。
实施例1
本实施例提供一种用于研究细胞趋化性的可视化装置。请参见图1和图5，该可视化装置包括：可视化的第一壳体1、与第一壳体1的第一端连通的第二壳体2和与第一壳体1的第二端连通的第三壳体3；第一壳体1的高度小于第二壳体2的高度和第三壳体3的高度，从而使第一壳体1相对于第二壳体2和第三壳体3形成凹陷部；第二壳体2具有第一进气口201、第一加样口202和第一出气口203；第三壳体3具有第二进气口301、第二加样口302和第二出气口303；第一进气口201和第二进气口301分别位于第二壳体2和第三壳体3的侧部，并且靠近第二壳体2和第三壳体3的高于第一壳体1的表面；第一出气口203和第二出气口303分别靠近第一进气口201和第二进气口301设置；第一加样口202和第二加样口302分别位于第二壳体2和第三壳体3的端部；第一壳体1、第二壳体2和第三壳体3均由透明的材料制成。第二壳体2和第三壳体3与第一壳体1的非连接端分别为逐渐变窄的缩颈结构，所述第一加样口202和所述第二加样口302分别设置在所述缩颈结构上。所述第一壳体1为长方型结构；所述第一加样口202和所述第二加样口302均由密封盖密封。所述第一进气口201、所述第一出气口203、所述第二进气口301和所述第二出气口303位于同一水平面上。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1的可视化装置研究细胞趋化性的方法。待研究细胞为一种阿米巴的单细胞动物，该方法包括以下步骤：
s1.将含有待研究细胞的培养液从所述第一加样口202和所述第二加样口302加入到所述可视化装置中，并使所述含有待研究细胞的培养液充满所述第一壳体1，位于所述第二壳体2和所述第三壳体3中的含有待研究细胞的培养液的液面分别低于所述第一进气口201、所述第二进气口301、所述第一出气口203和所述第二出气口303，而高于所述第一壳体1；
s2.向所述第二壳体2通入含有低浓度氧气的混合气体，同时所述第一出气口203进行排气；通过所述第二进气口301向所述第三壳体3通入含有高浓度氧气的混合气体，同时所述第二出气口303进行排气，在所述第一壳体1中的含有待研究细胞的培养液中形成溶解氧浓度梯度差；
s3.透过所述第一壳体1观察所述待研究细胞是否向所述第三壳体3的方向移行。
如图3、图4所示，所述待研究细胞向所述第三壳体3的方向移行，即待研究细胞向高氧区移行，说明待研究细胞对待研究气体具有氧趋化性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
1.一种用于研究细胞趋化性的可视化装置，其特征在于，该可视化装置包括：可视化的第一壳体(1)、与所述第一壳体(1)的第一端连通的第二壳体(2)和与所述第一壳体(1)的第二端连通的第三壳体(3)；所述第一壳体(1)的高度小于所述第二壳体(2)的高度和所述第三壳体(3)的高度，从而使所述第一壳体(1)相对于所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)形成凹陷部；
所述第二壳体(2)具有第一进气口(201)、第一加样口(202)和第一出气口(203)；所述第三壳体(3)具有第二进气口(301)、第二加样口(302)和第二出气口(303)；所述第一进气口(201)和所述第二进气口(301)分别位于所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)的侧部，并且靠近所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)的高于所述第一壳体(1)的表面；所述第一出气口(203)和所述第二出气口(303)分别靠近所述第一进气口(201)和所述第二进气口(301)设置；所述第一加样口(202)和所述第二加样口(302)分别位于所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)的端部。
2.根据权利要求1所述的可视化装置，其特征在于，所述第一壳体(1)、所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)均由透明的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的可视化装置，其特征在于，所述第一壳体(1)为长方型结构；所述第一加样口(202)和所述第二加样口(302)均由密封盖密封。
4.根据权利要求1或2所述的可视化装置，其特征在于，所述第一进气口(201)、所述第一出气口(203)、所述第二进气口(301)和所述第二出气口(303)位于同一水平面上。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的可视化装置研究细胞趋化性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
s1.将含有待研究细胞的培养液从所述第一加样口(202)和/或所述第二加样口(302)加入到所述可视化装置中，并使所述含有待研究细胞的培养液充满所述第一壳体(1)，位于所述第二壳体(2)和所述第三壳体(3)中的培养液的液面分别低于所述第一进气口(201)、所述第二进气口(301)、所述第一出气口(203)和所述第二出气口(303)，而高于所述第一壳体(1)；
s2.通过所述第一进气口(201)向所述第二壳体(2)通入含有低浓度待研究气体的混合气体，同时所述第一出气口(203)进行排气；通过所述第二进气口(301)向所述第三壳体(3)通入含有高浓度待研究气体的混合气体，同时所述第二出气口(303)进行排气，在所述第一壳体(1)中的含有待研究细胞的培养液中形成溶解有待研究气体的浓度梯度差；
s3.透过所述第一壳体(1)观察所述待研究细胞是否向所述第二壳体(2)的方向或向所述第三壳体(3)的方向移行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待研究气体为氧气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合气体还包括二氧化碳和氮气。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述气体为氧气时，含有低浓度待研究气体的混合气体为含有低浓度氧气的混合气体，并且氧气的体积浓度为0.1％-5％；含有高浓度待研究气体的混合气体为含有高浓度氧气的混合气体，并且氧气的体积浓度为15％-25％。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含有低浓度氧气的混合气体中的氧气的体积浓度为0.5％-2％；所述含有高浓度氧气的混合气体中的氧气的体积浓度为20％-22％。
技术总结