一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室及其使用方法技术

本发明专利技术公开了组织工程修复领域的一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室包括输入件、旋转件和供料件；所述输入件包括第一电机、第二电机、皮带轮和传送皮带；旋转件包括行星齿轮组、相互嵌套的内桶和外桶，行星齿轮组包括太阳轮、行星轮和内齿圈，所述太阳轮连接第一电机的输出轴，行星轮一端啮合于太阳轮，行星轮的另一端啮合内齿圈，所述行星轮的竖向中轴线处连接有搅拌轴；供料件包括位于内桶底部的载体支架本发明专利技术细胞灌注液可提高软骨细胞再生，本技术方案通过向内桶添加细胞灌注液，这种装置具有修复实质器官的作用，同时改善骨缺损原位的局部微环境、降低炎性细胞因子水平减弱氧自由基的毒性作用，在骨缺损原位重建了骨再生微环境。重建了骨再生微环境。重建了骨再生微环境。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室及其使用方法


[0001]本专利技术属于组织工程修复领域，具体是一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室及其使用方法。

技术介绍

[0002]大节段负重骨缺损的再生修复极为困难，采用自体骨移植会带来出血、感染及新的损伤，且来源有限。由创伤、感染、肿瘤、烧伤等引起的大块骨缺损是临床治疗的棘手问题，采用传统的自体骨或同种异体骨移植及生物材料填充，由于存在种种弊端，治疗效果均不理想，严重限制了其临床应用。
[0003]近年来，以骨髓基质干细胞(BMSC)为核心的组织工程骨移植治疗大段骨缺损已成为研究热点。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是未分化多潜能干细胞，在组织再生领域有巨大潜力，具有多向分化潜能，能够向成骨系细胞、成纤维细胞、网状细胞、脂肪细胞和内皮细胞等分化。BMSC可来源于机体各部分骨髓。
[0004]但种子细胞由于面临血供重建的困难以及炎症因子、氧自由基等的毒性作用，使得细胞成活困难、成骨效率低下。大块组织工程骨血管化以及生长因子持续稳定的释放等关键性技术难题至今未找到理想的解决办法，采用常规思路对大块骨缺损进行修复遇到了巨大的挑战。为解决这些难题，我们需要将BMSC、细胞营养泵入大段骨缺损原位，同时将局部的炎症因子、氧自由基、代谢废物等排出体外，在骨缺损原位重建了骨再生微环境。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种人造大段骨培养环境的装置，并实施一种在骨缺损原位重建了骨再生微环境的方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室，包括输入件、旋转件和供料件；所述输入件包括第一电机、第二电机、皮带轮和传送皮带；
[0007]旋转件包括行星齿轮组、相互嵌套的内桶和外桶，所述行星齿轮组包括太阳轮、行星轮和内齿圈，所述太阳轮连接第一电机的输出轴，行星轮一端啮合于太阳轮，行星轮的另一端啮合内齿圈，所述行星轮的竖向中轴线处连接有搅拌轴；
[0008]外桶固定连接于内齿圈，内桶的侧壁带有交换孔，且内桶与外桶之间设有仅容气体通过的半透膜；
[0009]供料件包括位于内桶底部的载体支架。
[0010]采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于采用搅拌叶进行搅拌的现有技术，本技术方案中通过行星齿轮关联不同的结构，以实现控制行星轮和太阳轮的齿数比将其产生搅拌效果，此时搅拌过程中实现以下运动模式
①
当行星轮和太阳轮之间同步运动时，保持搅拌轴与内桶之间不存在相对运动，此时根据周向力带动流体旋转，实现物质交换
的同时，降低了内部液流的剪切应力，降低了流体对于培养物质的破坏性。
[0011]②
相对于相同采用行星齿轮结构的现有技术，本技术方案中利用内桶和搅拌轴的相对静止以及周向力形成的水龙卷，便于培养细胞的流动，此时由于剪切应力降到最低，此时细胞受到重力影响下细胞间存在更多联系和交换物质的可能性，提高细胞的增质量。
[0012]③
相对于提高细胞增殖量的现有技术，本技术方案中可以人为控制施加变速运动，在必要时可以使搅拌轴与内桶形成相对运动，此时引入剪切应力给予细胞组织应力刺激(提供向心力)，便于细胞组织汇聚于中心处，增加中心处载体支架对于细胞截获的概率，促进载体支架表面载体的生长。
[0013]2、相对于控制流动方式的现有技术，本技术方案中将外桶内填充无菌空气，利用半透膜仅供气体交换，模拟了细胞中氧气的输入与二氧化碳的交换，提高了细胞的寿命。
[0014]3、相对于提高细胞寿命的现有技术，本技术方案中利用内桶的旋转使内桶的培养液形成水龙卷，避免了细胞沉降，扩大了细胞与空气或细胞之间的物质交换面积。
[0015]进一步，所述内桶与外桶的横截面为锥形，所述载体支架位于内桶的最底部，载体支架呈螺旋形，且载体支架表面带有颗粒球。
[0016]有益效果：1、相对于提升协调作用的现有技术而言，本技术方案通过锥形结构便于形成水龙卷从而使培养液便于集中在载体支架上。
[0017]2、相对于便于集中培养液的现有技术，当驱使外桶旋转时，利用齿圈带动行星轮，太阳轮禁止转动，此时由于内桶与外桶相互契合，因此外桶转动带动内桶旋转，内桶与搅拌轴之间的转动方向相反，内桶自转过程中生成的水龙卷和搅拌轴旋转生成的水龙卷方向相反，这两种水龙卷之间形成有失重空间，在失重空间内由于液体流向之间交错形成失重区域(浮空)，此时失重的培养细胞悬浮，而被搅拌轴旋转带动的细胞与失重区域的细胞相互滑动和碰撞提升了细胞营养交换的面积和培养细胞与不同营养物质之间的协同作用。
[0018]进一步，外桶的最下方带有驱动齿，驱动齿通过传送皮带连接皮带轮。
[0019]有益效果：便于通过驱动齿的转动，使外桶旋转，此时改变行星齿轮的转动模式，实现齿圈带动行星轮，而太阳轮连接的第一电机尚未启动，此时太阳轮处于锁止状态，以提供一种新型转动变速模式。
[0020]进一步，所述内桶的顶部开设有加料口，外桶的径向两侧带有通气支管和排气支管，搅拌轴的表面带有用于监测ph值的感应器。
[0021]有益效果：便于利用通气支管和排气支管对外桶内引入气流，同时PH值感应器便于操作人员观测培养液内的情况，以生成最佳的培养环境。
[0022]进一步，内桶的最低处带有锥形管，锥形管的最低处带有出料口，出料口表面带有旋盖。
[0023]有益效果：便于通过出料口排空内桶的培养液。
[0024]进一步，所述载体支架表面带有固定装置。
[0025]有益效果：实现对载体的固定。
[0026]进一步，包括以下步骤：
[0027]S1，将未贯通的圆桶状天然滨珊瑚放置于载体支架处；
[0028]S2，随后通过加料口向内桶中添加细胞灌注液，细胞灌注液组成的成分包括骨髓间充质干细胞、重组人碱性成纤维细胞生长因子、人重组骨形态发生蛋白、地塞米松和维生
素D3；
[0029]S3，将无菌空气通过通气孔装入外桶内，随后启动第一电机，利用搅拌轴带动内桶的细胞灌注液旋转，实现与圆桶状天然滨珊瑚进行物质交换；
[0030]S4，根据实际需求控制第一电机或第二电机是否转动，从而改变内桶和外桶的旋转方式，以满足圆桶状天然滨珊瑚生合成为人工骨骼的培养条件。
[0031]进一步，圆桶状天然滨珊瑚加工成25mm、外径12mm和内径2mm。
[0032]进一步，细胞灌注液的比例为骨髓间充质干细胞(BMSC)为1
×
106～1
×
107个/ml，重组人碱性成纤维细胞生长因子(rhbFGF)为2ng/ml，人重组骨形态发生蛋白(rhBMP
‑
2)为25ng/ml，地塞米松为0.25～1.0mg/ml，维生素D3为1～2mg/ml。
[0033]进一步，骨髓间充质干细胞完成提取后将骨髓间充质干细胞与等体积的PBS混合，通过离心搅拌后弃上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室，其特征在于：包括输入件、旋转件和供料件；所述输入件包括第一电机、第二电机、皮带轮和传送皮带；旋转件包括行星齿轮组、相互嵌套的内桶和外桶，所述行星齿轮组包括太阳轮、行星轮和内齿圈，所述太阳轮连接第一电机的输出轴，行星轮一端啮合于太阳轮，行星轮的另一端啮合内齿圈，所述行星轮的竖向中轴线处连接有搅拌轴；外桶固定连接于内齿圈，内桶的侧壁带有交换孔，且内桶与外桶之间设有仅容气体通过的半透膜；供料件包括位于内桶底部的载体支架。2.根据权利要求1所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室，其特征在于：所述内桶与外桶的横截面为锥形，所述载体支架位于内桶的最底部，载体支架呈螺旋形，且载体支架表面带有颗粒球。3.根据权利要求2所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室，其特征在于：外桶的最下方带有驱动齿，驱动齿通过传送皮带连接皮带轮。4.根据权利要求3所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的使用方法，其特征在于：所述内桶的顶部开设有加料口，外桶的径向两侧带有通气支管和排气支管，搅拌轴的表面带有用于监测ph值的感应器。5.根据权利要求4所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的再生反应室，其特征在于：内桶的最低处带有锥形管，锥形管的最低处带有出料口，出料口表面带有旋盖。6.根据权利要求2所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的使用方法，其特征在于：所述载体支架表面带有固定装置。7.根据权利要求2所述的一种用于大段负重骨缺损原位修复的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将未贯通的圆桶状天然滨珊瑚放置于载体支架处；S2，随后通过加料口向内桶中添加细胞灌注液，细胞灌注液组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴江华，曹钟流，杨慧春，吴嘉强，罗军，
申请(专利权)人：南昌大学第二附属医院，
类型：发明
国别省市：