本发明专利技术提供一种具有组织培养物拉压和旋转功能的组织工程反应器，其包括：一个组织培养腔；一个培养液灌注回路，它穿过所述培养腔；设置在所述组织培养腔内的第一保持装置和第二保持装置，用于在它们之间设置待培养的组织培养物；一个组织培养物拉压驱动装置，它与所述第一保持装置耦合，用于驱动所述第一保持装置作往复运动从而对所述组织培养物进行拉压作用；一个组织培养物旋转驱动装置，它与所述第一保持装置和第二保持装置相耦合，用于驱动设置于所述第一保持装置和第二保持装置之间的所述组织培养物转动。所述组织工程反应器在培养的同时能够在组织培养物上加载周期性轴向拉压并使组织培养物能够旋转，具有良好的可调控性和良好的传质性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及细胞培养、组织工程领域，更具体地说是涉及一种能够对组织 培养物加载拉压力学栽荷，并且具有灌注和使组织培养物旋转功能的组织工 程反应器。
技术介绍
组织工程，是指用工程学和生命科学相结合的原理和方法，来制备组织和 器官替代物，以恢复、维持或改善人体组织、器官的功能，是一个发展迅速、 意义深远的生物医学工程应用领域，是生物医学工程中的一个新的分支，组织 工程技术的出现和发展为先天性疾病和获得性疾病的治疗创造了前所未有的机 会。组织工程生物反应器是组织工程模型系统的重要组成部分，它能够模拟体 内调控组织发育和维持的一些生物化学和物理信号，提供营养、通气、应力等 多种可控的体外培养条件，为细胞-支架复合物构建发育成为功能组织提供适宜 的体外环境。组织工程生物反应器已经成为研究和培养血管、心肌、软骨、骨 等组织的重要手段。因此才莫拟细胞组织生长的体内条件下的力学、生化等 环境，通过研究体外环境下力学、生化因素如何影响细胞的三维培养和功能化， 研究组织工程生物反应器如何改进细胞的接种、传质、力学环境、以及组织工 程的工业化生产，有针对性地研发更先进的组织工程用生物反应器对于组织工 程的发展具有重大意义。目前，组织工程用生物反应器的研究内容主要包括1. 实现和控制细胞在支架中的均匀、高密度接种近年的研究发现直接灌 注式生物反应器在细胞接种密度和均匀性方面优于静态、旋转搅拌式等非直接 灌注式生物反应器，这一技术已应用于心肌细胞、血管组织和肝细胞组织工程2. 改善传质状况壁面旋转式生物反应器通过动态旋转层流流动为细胞提 供了一定的低剪切应力，较好地改善了传质状况，培养效果优于旋转-搅拌式生 物反应器；壁面旋转式生物反应器的灌注率、对细胞施加的切应力大小、细胞 营养物和代谢物传质的平衡等问题都会对培养效果产生影响，因此需要针对特 定的组织控制、调节灌注率等参数，以获得优化的传质效果。3. 在組织工程化培养中施加适当的机械力，控制工程化组织构建大量的 研究表明周期性机械伸张可促进心肌细胞的的增殖和骨架构建，提高体外培养 的骨骼肌细胞组织力学特性，提高种植在聚合物支架材料上的平滑肌细胞构建的组织机构性能和弹性蛋白的表达；动态压缩或剪切应力有助于软骨细胞GAG 的合成和软骨组织力学特性的增强；对组织工程化培养过程中施加力学栽荷， 不仅能够促进工程化组织的构建，而且能够直接促进细胞在特定的生长期向多 功能分化。因此，在组织工程化培养过程中施加力学栽荷，能够直接促进细胞 在特定的生长期向多功能分化，促进工程化组织的构建。Powell, Courtney A.等设计了 一种能够用于骨骼肌组织培养的生物反应器，将骨骼肌组织支架一段固定， 一段与步进电机相连，通过步进电机提供恒 定或周期性拉压应力，支架所受的拉应力通过拉力传感器检测，组织培养腔不 肯fe旋转 (Mechanical stimulation improves tissue—engineered human skeletal muscle, Am J Physiol Cell Physiol, 2002; 282 ( 5 ): 1557-1565 )。Bancroft, Gregory N.等用蠕动泵对骨支架进行灌注培养的反应器，发现 与静态培养相比灌注培养提高了培养物的钙含量，培养同时没有加栽拉压和扭 转等力学栽荷(Technical Note: Design of a Flow Perfusion Bioreactor System for Bone Tissue-Engineering Applications, Tissue Engineering, 2003; 9 ( 3 ): 549-554 )。Breen， Liam T.等设计了能够对单层细胞单独或同时提供剪切和拉压应力 的组织工程反应器。通过步进电机与锥盘流变计相连对细胞施加剪切应力，通 过步进电机与弹性硅胶底盘的相连对细胞施加拉压应力，组织培养腔不能旋转 (Development of a novel bioreactor to apply shear stress and tensile strain simultaneously to cell monolayers , Review of Scientific Instruments, 2006; 77 ( 10 ): 104301-9 )。Satish， C. Muluk等设计了一种能够用拉压电机加栽拉压应力和用微步进 电机加载扭转应力的血管反应器，通过程控阀门提供脉动流，釆用血管内灌注 的方式,无壁面旋转(Enhancement of tissue factor expression by vein segments exposed to coronary arterial hemodynamics. Journal of vascular surgery : official publication, the Society for Vascular Surgery International Society for Cardiovascular Surgery, North American Chapter 1998; 27 (3): 521-527 )。Bursac， Nenad等将心肌细胞及支架放在外壁旋转的反应器内悬浮培 养，提高了心肌细胞的电生理和分子生物学性能，培养过程中没有施加拉压等 力学载荷(Cultivation in Rotating Bioreactors Promotes Maintenance of Cardiac Myocyte Electrophysiology and Molecular Properties ， Tissue Engineering , 2003; 9 ( 6 ): 1243-1253 )。综上所述，现有的组织工程反应器存在较大的缺陷 一是无法为组织同时 提供近似生理状态的周期性轴向拉伸、压缩、径向牵张、扭曲等机械力载荷； 二是多数采用无壁面旋转的方式，在细胞均匀、高密度接种和传质方面还有待 改进。因此，迫切需要研制能够同时加载组织培养所需的多种力学环境，有利于细胞均匀、高密度接种，有利于传质，具有良好的可调控性的生物反应器。
技术实现思路
本专利技术针对组织生长的体内力学环境，提供了一种具有组织培养物拉压和 旋转功能的组织工程反应器，该反应器具有良好的传质性能，能够为组织培养 提供近良好的传质。根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有组织培养物拉压和旋转功能的组织工程反应器，其包括 一个组织培养腔； 一个培养液灌注回路，它穿过所述 培养腔；设置在所述组织培养腔内的第一保持装置和第二保持装置，用于在它 们之间以可拆卸方式连接并固定待培养的组织培养物； 一个组织培养物拉压驱 动装置，它与所述第一保持装置耦合，用于驱动所述第一保持装置作往复运动 从而对所述组织培养物进行拉压作用； 一个组织培养物旋转驱动装置，它与所 述第一保持装置和第二保持装置相耦合，用于驱动设置于所述第一保持装置和 第二保持装置之间的所述组织培养物转动。其中，所述保持装置的一种实现方 式可以是夹具。作为一个具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有组织培养物拉压和旋转功能的组织工程反应器，其特征在于包括： 一个组织培养腔（１０３）； 一个培养液灌注回路，它穿过所述培养腔（１０３）； 设置在所述组织培养腔（１０３）内的第一保持装置（１０８）和第二保持装置（１０８），用于在它们之间设置待培养的组织培养物； 一个组织培养物拉压驱动装置，它与所述第一保持装置（１０８）耦合，用于驱动所述第一保持装置（１０８）作往复运动从而对所述组织培养物进行拉压作用； 一个组织培养物旋转驱动装置，它与所述第一保持装置（１０８）和第二保持装置（１０８）相耦合，用于驱动设置于所述第一保持装置（１０８）和第二保持装置（１０８）之间的所述组织培养物转动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊瑜波，李晋川，邹远文，黄学进，贡向辉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，四川大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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