[發明專利]一種近生理脈動流環境動脈血管組織工程反應器

有效

• 申請號: 200710304557.4
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101245314A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 樊瑜波;鄒遠文;李晉川;黃學進;貢向輝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;四川大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/42
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

技術領域

本發明涉及細胞培養、組織工程領域，更具體地涉及一種血管組織工程反應器。

背景技術

在組織工程領域，組織工程生物反應器是研究不同環境因素(物理、生化因素)對特定細 胞、組織的三維功能化培養的影響的重要技術手段，也是改進功能化組織質量、降低生產成本 (包括自動化、在線監控等)，使組織工程從實驗室進入到標準的工業化規模化生產和臨床應用 過程中的一個關鍵環節。因此，有針對性地研發先進的組織工程用生物反應器對于組織工程的 發展具有重大意義(Martin，et?al.，2004；Portner，R.，et?al.，2005)。

迄今為止，自體移植、同種異體血管、異種血管、以及人工合成血管都不能夠成為理想的 動脈血管替代物(特別是6mm口徑以下的血管)，近年來組織工程化動脈血管構建和功能研究 為這一領域帶來了希望。在生理狀態下，動脈血管所處的力學環境是，管內血液呈周期性脈動 流狀態，血壓和血液流動速度(與管壁剪切應力直接相關)呈周期性脈搏波形態，壓力和流速 在一個心動周期內有較大的脈動，而對于分布在不同部位的動脈血管段這些特征還有所不同。 近來的研究表明，在培養過程中應力對組織工程化血管的力學特性有顯著的影響，脈動流灌注 下培養組織工程化動脈血管平滑肌細胞和內皮細胞，與定常流流狀態下的培養有顯著的不同， 因此建立可提供脈動流培養環境的血管組織工程反應器成為近來血管組織工程領域的一個重要 趨勢(Jeong，S.I.，et?al.，2005；McFetridge，P.S.，et?al.，2004；Kitagawa，T.et?al.，2006；Thompson，C.A.et al.，2002；Hsiai?T?K.et?al.，2002)。

現有的血管組織工程反應器存在較大的缺陷，Hsiai(2002)所研制的實際上是脈動流Flow Chamber實驗裝置而不是組織工程反應器；Thompson研制的是脈動流式心瓣組織工程反應器； Jeong(2005)，McFetridge(2004)，Kitagawa(2006)的反應器是針對血管的。上述反應器基 本上采用蠕動泵或蠕動泵加步進電機的方式作為脈動源，并且由于沒有做流體回路的脈搏波仿 真優化設計，沒有仔細考慮流動阻抗、順應性、阻力、流動慣性的模擬，導致現有的反應器無 法提供近似于動脈內血液脈動流狀態的近生理流動環境。

本發明針對動脈血管組織生長的體內力學環境，在總結和研究體外環境下力學因素對血管 平滑肌、血管內皮細胞和外膜成纖維細胞的三維培養和功能化影響的基礎上，采用新的動脈血 管組織工程反應器設計原理：在流動回路上模擬動脈血液流動的順應性和流動阻力，采用圓筒 狀永磁式直線直流電機，產生近生理脈動流；模擬不同動脈段的脈動頻率、壓力和流量波形， 模擬高血壓，高剪切應力，低剪切應力等血流動力學狀況。

發明內容

本發明的目的是提供一種近生理脈動流環境動脈血管組織工程反應器，利用該反應器可以 進行多種直徑和長度的組織工程動脈血管培養，也可以進行血管細胞、血管組織生物學的研究， 其特點在于采用新的動脈血管組織工程反應器設計原理：在流動回路上模擬動脈血液流動的順 應性和流動阻力，產生近生理脈動流；模擬不同動脈段的脈動頻率、壓力和流量波形，模擬高 血壓，高剪切應力，低剪切應力等血流動力學狀況。

本發明公開了一種近生理脈動流環境動脈血管組織工程反應器，該反應器具有以下特征：

一種近生理脈動流環境動脈血管組織工程反應器，能夠在流動回路上模擬動脈血液流動的 順應性、流動慣性和流動阻力等阻抗特性，產生近生理脈動流；能夠用于組織工程動脈血管的 培養；該反應器主要由儲液瓶，脈動源，阻力調節器，順應性調節器和血管組織動態培養腔構 成，由工控機控制：

a.培養基從儲液瓶出發，經過脈動源，阻力調節器1，順應性調節器1調節后進入血管組織動 態培養腔，流出血管組織動態培養腔后經阻力調節器2，順應性調節器2回到儲液瓶，構成了一 個血管內循環；該流路構成可以使流經血管組織動態培養腔的培養基具有近生理脈動流的特 性；

b.儲液瓶經由無菌空氣交換器與瓶外空氣相通；儲液瓶與pH計相連接，可以在線檢測瓶中 液體的pH值；儲液瓶有換液裝置，便于更換培養基；