用于软骨组织的封闭式系统培养的方法和装置制造方法及图纸

本方法涉及一种功能上封闭的生物反应器的设计和使用，该功能上封闭的生物反应器设计成使组织在加载平台上固定化、培养和成熟。生物反应器可配备有用于组织监测的传感器，其连同刚度数据可提供组织成熟的闭环控制。基于软骨刚度与组织成熟度之间的关系，刚度的测量结果可获取并且用作软骨成熟度的替代物，而无需破坏性测试。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于软骨组织的封闭式系统培养的方法和装置
本文中公开的主题涉及组织培养领域，并且更具体而言，涉及软骨组织培养领域。
技术介绍
工程化软骨组织可在研究或医学背景下生长，以用于在各种重建手术时使用，包括用于在与半月板（存在于某些关节中）和椎间盘相关的重建手术中使用。用于工程化软骨组织的当前制作过程典型地包括短暂时段的静态培养，后接工程化组织由单轴压缩加载的机械调节。在实践中，市售的加载装置用于研究规模的应用，并且典型地具有缺点，包括但不限于：对组织结构和有机体的实时监测的缺乏；实时的独立样品测量数据的缺乏；用以获取压缩模量测量结果的破坏性测试。此外，在培养过程中涉及的手动样品处理（例如，对介质进行取样，转移样品，将介质添加至器皿等）引入高的污染机会（即，~10％的失效率）。随着技术的成熟和从工作台到商业化的过渡，用于培养工程化软骨的改进解决方案将为合乎需要的。
技术实现思路
在下面概括在范围上与最初要求权利的本主题相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本主题的范围，而是这些实施例仅意图提供可能实施例的简要概括。实际上，本专利技术可包含可与在下面阐述的实施例相似或不同的各种形式。在一个实施方式中，提供一种生物反应器系统。在此类实施方式中，生物反应器系统包括：样品支撑台，其构造成保持各自包含一个或多个组织样品的一个或多个柔性器皿；力测量传感器，其定位成使得在相应的柔性器皿在测量位置处定位在样品支撑台上时，相应的柔性器皿倚靠在力测量传感器上；促动器，其构造成在定位在测量位置处时沿着轴线移动以接合和脱离相应的柔性器皿，使得在接合时，促动器生成位移和对应的位移数据，并且力测量传感器测量力并生成力数据，其中数据用于生成组织刚度测量值。在又一实施方式中，提供一种用于培养组织样品的方法。根据该方法，组织样品在组织保持器上固定化。固定化的组织样品和组织保持器定位在柔性器皿内。培养介质添加至柔性器皿，并且柔性器皿被密封。柔性器皿定位在加载装置的台上。操作线性促动器，以接触柔性器皿的第一侧，以便在与第一侧相对的柔性器皿的第二侧上生成改变的力传感器读数。在附加的实施方式中，提供一种生物反应器系统。在此类实施方式中，生物反应器系统包括：样品支撑台，其构造成保持包含组织样品的一个或多个柔性器皿；第一力测量传感器，其定位成使得在包含组织样品的相应的柔性器皿在测量位置处定位在样品支撑台上时，组织样品在第一力测量传感器上方；第二力测量传感器，其在样品支撑台的平面中或者平行于该样品支撑台绕着第一力测量传感器设置，其中第一力测量传感器和第二力测量传感器可在使用中时沿垂直于支撑台的平面的第一方向彼此独立地移动；以及线性促动器，其构造成在相应的柔性器皿的组织样品定位在第一力测量传感器上方时沿着第一方向上的轴线移动，并且与相应的柔性器皿接触并移位该相应的柔性器皿。附图说明当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其它的特征、方面和优点，其中相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：图1描绘根据本公开的方面的在线性促动器的接合之前的用于在组织培养中使用的加载装置的前剖视图；图2描绘根据本公开的方面的在由线性促动器接合之后的权利要求1的加载装置的前剖视图；图3描绘根据本公开的方面的用于在组织培养中使用的加载装置的视图，其具有装置的分开的线性促动器和力传感器的插入放大视图；图4描绘根据本公开的方面的组织保持器组件的分解视图；图5描绘根据本公开的方面的组织保持器组件的备选分解视图；图6描绘根据本公开的方面的组织放置过程的过程流；图7描绘根据本公开的方面的示出使用线性回归方法确定初始加载位置的图表；图8描绘根据本公开的方面的组织加载调度器的屏幕的实例；图9描绘根据本公开的方面的用于构造测量方案的屏幕的实例；图10描绘根据本公开的方面的用于测量模量的一对同心力传感器的剖视侧和俯视图；图11描绘根据本公开的方面的用于接触模量测量的参数；图12描绘根据本公开的方面的剪切模量定义的方面；图13描绘根据本公开的方面的变换剪切模量定义的方面；图14描绘根据本公开的方面的用于剪切模量测量的参数；图15描绘根据本公开的方面的在柔性器皿内的组织样品的正常加载；图16描绘根据本公开的方面的接触模量测量构造；以及图17描绘根据本公开的方面的剪切模量测量构造。具体实施方式将在下面描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须进行许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施方式变化到另一个实施方式。此外，应当认识到，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，将不过是设计、制作和制造的例行工作。当介绍本专利技术的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。此外，以下论述中的任何数值实例意图是非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在公开的实施例的范围内。随着与软骨培养相关联的技术的成熟以及从工作台到商业化的过渡，用于封闭式、自动化组织成熟（具有用于更好且更快组织再生的过程中软骨建造的非侵入性评估）的备选解决方案将为有用的。本方法通过并入封闭或功能上封闭的生物反应器来提供对现有软骨培养技术的各种改进，该封闭或功能上封闭的生物反应器设计成使软骨组织在设有刚度测量能力的加载平台（即，构造成将力或负载施加至组织样品的平台）上固定化、培养和成熟。如本文中所使用，用语功能上封闭应当理解为意味着采用的一次性套件可不明确地密封，如在本文中提供的某些实例中更详细地示出的那样。例如，与套件相关联的器皿和/或管可具有端口，其可用于转移液体材料或气体。在液体材料的情况下，端口可支持具有有限或最小风险的材料添加/撤回（例如，无针可擦洗的分解端口或者使用0.2um过滤器）。在入口/出口气体的情况下，可使用0.2um的过滤器。然而，出于本论述的目的，此类端口或其它进入场地的存在与室、导管、袋或理解为功能上封闭的其它套件一致。生物反应器还可构造成在标准组织培养箱内起作用，或者作为备选，可设计为用于台式培养的“独立”系统。因此，组织成熟可完全自动化，以减少劳动力和由于开放过程而产生的污染的机会。此外，生物反应器可配备有用于组织监测的传感器，其连同刚度数据可提供组织成熟的自动或半自动控制。软骨刚度的原位感测可通过采集样品用于细胞检测、生化测试、成像等而与组织成熟度有关。基于软骨刚度与组织成熟度之间的关系，刚度的测量结果可获取并且用作软骨成熟度的替代物，因此消除对破坏性测试的需要。考虑到这一点，本方法的方面涉及软骨组织在配备有原位刚度测量能力的单轴加载生物反应器中的封闭式系统培养。经由实例，根据某些实施方式，提供功能上封闭的单轴加载生物反应器系统，其设计用于针对移植手术所设计的软骨组织的培养和成熟，如与关节或背部重建、修复或治疗相关的那些。系统本身包括两个构件——功能上封闭的柔性器皿（例如，具有至少柔性侧壁的容器或袋），其搁置在旋转台上，该旋转台为单轴加载和测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物反应器系统，包括：样品支撑台，其构造成保持各自包含一个或多个组织样品的一个或多个柔性器皿；力测量传感器，其定位成使得在相应的柔性器皿在测量位置处定位在所述样品支撑台上时，所述相应的柔性器皿倚靠在所述力测量传感器上；以及促动器，其构造成在定位在所述测量位置处时沿着轴线移动以接合和脱离所述相应的柔性器皿，使得在接合时，所述促动器生成位移和对应的位移数据，并且所述力测量传感器测量力并生成力数据，其中所述数据用于生成组织刚度测量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 US 15/197,5081.一种生物反应器系统，包括：样品支撑台，其构造成保持各自包含一个或多个组织样品的一个或多个柔性器皿；力测量传感器，其定位成使得在相应的柔性器皿在测量位置处定位在所述样品支撑台上时，所述相应的柔性器皿倚靠在所述力测量传感器上；以及促动器，其构造成在定位在所述测量位置处时沿着轴线移动以接合和脱离所述相应的柔性器皿，使得在接合时，所述促动器生成位移和对应的位移数据，并且所述力测量传感器测量力并生成力数据，其中所述数据用于生成组织刚度测量值。2.根据权利要求1所述的生物反应器系统，促动器构造成在操作期间将压缩负载施加至所述柔性器皿内的组织样品。3.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，所述样品支撑台包括旋转台，其构造成在所述力测量传感器上方相继地移动多个组织样品。4.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，至少一个柔性器皿包含多个离散的组织样品，其中所述生物反应器系统能够将各个离散的组织样品单独地定位在所述力传感器上方。5.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，所述力测量传感器包括至少一个负载单元。6.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，所述线性促动器构造成接合和脱离各个柔性器皿的顶部加载器部分，其中所述顶部加载器部分构造成在由所述线性促动器接合时与组织样品接触。7.根据权利要求1所述的生物反应器系统，还包括样品位移机构，其构造成旋转所述样品支撑台并且沿着促动器运动轴线线性地升高和降低所述样品支撑台或在所述样品支撑台近侧的所述生物反应器系统的构件。8.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，由所述线性促动器施加的加载模式基于针对相应的组织样品生成的所述组织刚度测量值而变化。9.一种用于培养组织样品的方法，包括：使组织样品在组织保持器上固定化；将固定化的组织样品和组织保持器定位在柔性器皿内；将培养介质添加至所述柔性器皿并且密封所述柔性器皿；将所述柔性器皿定位在加载装置的台上；以及操作线性促动器以接触所述柔性器皿的第一侧以便在与所述第一侧相对的所述柔性器皿的第二侧上生成改变的力传感器读数。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述柔性器皿包括柔性器皿保持器，其构造成便于所述柔性器皿相对于所述加载装置的自动提升和移动。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述台构造成相对于测量位置移动多个样品。12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：V凯斯卡，WB格里芬，X张，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US