[發(fā)明專利]一種模擬眼內(nèi)壓的生物反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811044716.6
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109294908B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李煒;車欣;劉祖國;趙艷媛;陳延平
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳丹艷

本發(fā)明公開了一種模擬眼內(nèi)壓的生物反應(yīng)器，用于組織工程角膜的構(gòu)建。該反應(yīng)器通過不斷循環(huán)的培養(yǎng)液，為角膜基質(zhì)細(xì)胞和角膜內(nèi)皮細(xì)胞提供與眼內(nèi)壓相似的機(jī)械壓力，更好地維持角膜基質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的特性，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)生成，提高組織工程角膜透明性和機(jī)械韌性，使組織工程角膜更加符合體內(nèi)角膜生物學(xué)特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬眼內(nèi)壓的生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)

人體器官組織的結(jié)構(gòu)和組成成分主要由基因決定，同時在發(fā)育過程中受環(huán)境因素影響不斷進(jìn)行修飾和重塑。目前大量研究工作已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)和組成成分隨著其在體內(nèi)承受的不斷變化的機(jī)械壓力而改變。在動物和體外模型的研究中發(fā)現(xiàn)，機(jī)械應(yīng)力能夠誘導(dǎo)包括骨骼、肌肉、筋膜、血管和角膜等器官組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時機(jī)械應(yīng)力也是結(jié)締組織在體內(nèi)正常發(fā)育的重要因素。

血管組織是體內(nèi)對機(jī)械應(yīng)力變化作出反應(yīng)改變的器官之一。在血管形成和發(fā)育過程中，血管直徑的改變與血流量相關(guān)，壓力改變引起管壁正切力變化，進(jìn)一步誘導(dǎo)血管壁厚度、組成和微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。兔子剛出生時，其升主動脈和肺動脈干的大小、重量和組成相同，一星期后血管重量和蛋白含量發(fā)生明顯變化。兩個月后，彈性蛋白和膠原蛋白在升主動脈管壁上沉積明顯高于肺動脈干，而主動脈管壁內(nèi)側(cè)壓力則是肺動脈干的6倍。兔子出生后，血管成纖維細(xì)胞能夠根據(jù)管壁壓力調(diào)節(jié)蛋白合成，適應(yīng)不同血流量對管壁產(chǎn)生的壓力，提示機(jī)械壓力在血管發(fā)育過程中對細(xì)胞生長、分化和細(xì)胞外基質(zhì)生成和排列等方面起重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，在母體內(nèi)患有神經(jīng)肌肉疾病的新生兒出生后，其長骨易發(fā)生骨折。而骨折和骨形成不足的原因則是胎兒在宮內(nèi)運(yùn)動減少，導(dǎo)致骨骼脆弱和關(guān)節(jié)攣縮。

在體外研究中同樣發(fā)現(xiàn)機(jī)械壓力對細(xì)胞生成和分泌細(xì)胞外基質(zhì)的重要作用。動脈成纖維細(xì)胞生長在彈性膜上，循環(huán)拉伸膜可以促進(jìn)膠原和粘多糖合成。成纖維細(xì)胞是如何對機(jī)械應(yīng)力作出反應(yīng)的，有實驗將材料支架置于張力下，觀察到細(xì)胞沿著應(yīng)力方向排列，生成的膠原纖維沿應(yīng)力方向沉積。在高壓力環(huán)境下長期培養(yǎng)軟骨細(xì)胞，可以提高再生軟骨的機(jī)械強(qiáng)度、厚度、組織均勻性、細(xì)胞增殖能力和膠原蛋白交聯(lián)水平，有效地促進(jìn)了體外軟骨基質(zhì)的生成。

在雞胚胎眼研究中發(fā)現(xiàn)，眼內(nèi)壓持續(xù)降低會減慢眼球和角膜發(fā)育速度。同時眼的正常曲率的形成也依賴于胚胎時期正常眼內(nèi)壓的存在。睫狀體發(fā)育不全的基因突變小鼠，其房水生成減少，小鼠表現(xiàn)為低眼壓，長期結(jié)果是眼球張力下降，眼球萎縮和組織破壞等。在人類中有一種疾病被稱為眼球癆，是長期不正常低眼壓的終末階段，表現(xiàn)為眼球萎縮和眼球組織破壞。因此，眼球和角膜的正常發(fā)育，以及成年后眼球功能的正常發(fā)揮都依賴于眼內(nèi)壓的存在，表明眼內(nèi)壓對于眼球發(fā)育以及其功能維持起著關(guān)鍵作用。

目前組織工程角膜構(gòu)建的方法主要是將細(xì)胞培養(yǎng)在平鋪的材料表面，促進(jìn)細(xì)胞在材料表面分泌細(xì)胞外基質(zhì)，但是分泌的細(xì)胞外基質(zhì)厚度有限，基質(zhì)纖維的排列混亂，強(qiáng)度較低，構(gòu)建的組織工程角膜透明度較低。已經(jīng)報道的組織工程角膜構(gòu)建技術(shù)均沒有考慮到眼內(nèi)壓對組織工程角膜構(gòu)建過程的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種模擬眼內(nèi)壓的生物反應(yīng)器，解決了上述背景技術(shù)中的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種模擬眼內(nèi)壓的生物反應(yīng)器，包括培養(yǎng)液儲存瓶、壓力控制組件、組織培養(yǎng)組件；

所述組織培養(yǎng)組件包括一主體和至少一組織培養(yǎng)單元；所述主體包括上蓋和底座，所述底座內(nèi)設(shè)有空腔，上蓋蓋合于底座的上部開口，所述上蓋和底座包圍形成組織培養(yǎng)室；所述組織培養(yǎng)單元設(shè)置于上蓋，包括相互卡接的組織培養(yǎng)上扣與組織培養(yǎng)下扣，所述組織培養(yǎng)下扣于組織培養(yǎng)室連通，所述組織培養(yǎng)上扣與組織培養(yǎng)下扣的連接處用于安裝組織工程角膜培養(yǎng)的支架材料；

所述培養(yǎng)液儲存瓶通過壓力控制組件與組織培養(yǎng)室連通。

在本發(fā)明一較佳實施例中，還包括溢流組件，所述溢流組件包括溢流杯，所述組織培養(yǎng)上扣開設(shè)有溢流孔，所述溢流孔與溢流杯間通過溢流管連接，用于收集培養(yǎng)組織上方溢出的培養(yǎng)基。