[发明专利]一种用于在体外模拟体内CO2

说明书

本发明涉及体外细胞试验领域，特别涉及体外培养细胞时对CO₂供给的真实模拟，提供了一种用于在体外模拟体内CO₂释放的CO₂供应装置及方法。用于在体外模拟体内CO₂释放的CO₂供应装置包括膜装置和CO₂抽排装置；膜装置上设有疏水透气膜，疏水透气膜的其中一侧为气体连通侧，该侧设有气体腔室，疏水透气膜的另一侧为液体接触侧；CO₂抽排装置具有抽排气口，用于实现气体抽吸；用于在体外模拟体内CO₂释放的CO₂供应装置还包括气流切换单元，气流切换单元包括三个分别通向气体腔室、抽排气口和CO₂气源的端口，三个端口之间形成三通结构，与各端口对应的气流路径上均设有阀门。本发明能够解决现有技术中研究CO₂对细胞产生的影响时不够客观真实的问题。

技术领域

本发明涉及体外细胞试验领域，特别涉及体外培养细胞时对CO₂供给的真实模拟。

背景技术

机体在进行新陈代谢时，细胞会产生二氧化碳(CO₂)，CO₂经血流输送到肺，通过呼吸作用排出体外。CO₂在血液中的存在形式、浓度以及经血液排出体外的速度，对驱动机体呼吸、维持机体酸碱平衡至关重要。呼吸是维持机体内氧气(O₂)和CO₂的平衡、确保机体新陈代谢的重要过程，在这一过程中，肺细胞内O₂和CO₂的含量在不断地变化，吸气时，吸入含高浓度O₂和低浓度CO₂的空气，经肺泡细胞自由扩散和跨膜运输进入血液循环；呼气时，含较低浓度O₂和较高浓度CO₂的气体由血液自由扩散和跨膜运输至肺泡细胞表面，排出体外。

目前，进行体外细胞试验时，气-液界面的细胞培养方式由于能够模拟肺细胞呼吸膜的独特气液交换界面，即肺的气血屏障，具有比传统的浸没式细胞培养方式更真实、可靠的优点，被广泛用于肺部药物评价、毒理学检测、疾病模型构建等基础研究和转化医学的研究中。但是，现有的气-液界面的培养、暴露模式没有模拟呼吸膜在呼气时经历的由血液释放的较高浓度的CO₂环境，这对于体外模拟肺细胞所处真实微环境存在较大偏差，进一步地对于由CO₂引起的如高/低碳酸血症，机体酸/碱中毒等相关疾病机理研究也将存在较大偏差。

标题为《不同浓度CO₂对肺泡Ⅱ型上皮细胞模型A549细胞活性的影响》(广西医学2015年2月第37卷第2期)的文章记载了不同浓度的CO₂对A549细胞生物学性状的影响，探讨了允许性高碳酸血症的肺保护机制，该文章提及的将A549细胞培养在不同浓度的CO₂培养箱中的方式，没有模拟肺细胞在体内经历的CO₂由液体环境经自由扩散和跨膜运输等方式进入气体环境的排出过程，因此由此研究的不同浓度CO₂引起的培养液pH变化与实际相差很大。

专利文献CN209778894U提供了一种用于污染物暴露试验的CO₂培养箱，CO₂以气体形式进入到气体环境中，供给给培养单元。该专利文献公开的技术方案中虽然能够实现CO₂的提供，但是不能模拟CO₂由液体环境经自由扩散和跨膜运输等方式进入气体环境的排出过程。

上述现有技术由于不能模拟CO₂由液体环境经自由扩散和跨膜运输等方式进入气体环境的排出过程，因此不能为体外研究体内由于各种原因(如体内CO₂生成过多，过度通气或通气障碍，体内代谢性酸碱中毒)引起的不同浓度CO₂对细胞产生的影响提供更加客观、真实的平台。

发明内容