[发明专利]一种模拟眼内压的生物反应器

说明书

本发明公开了一种模拟眼内压的生物反应器，用于组织工程角膜的构建。该反应器通过不断循环的培养液，为角膜基质细胞和角膜内皮细胞提供与眼内压相似的机械压力，更好地维持角膜基质细胞和内皮细胞的特性，促进细胞外基质生成，提高组织工程角膜透明性和机械韧性，使组织工程角膜更加符合体内角膜生物学特征。

技术领域

本发明涉及一种模拟眼内压的生物反应器。

背景技术

人体器官组织的结构和组成成分主要由基因决定，同时在发育过程中受环境因素影响不断进行修饰和重塑。目前大量研究工作已经发现，结缔组织的结构和组成成分随着其在体内承受的不断变化的机械压力而改变。在动物和体外模型的研究中发现，机械应力能够诱导包括骨骼、肌肉、筋膜、血管和角膜等器官组织结构发生变化，同时机械应力也是结缔组织在体内正常发育的重要因素。

血管组织是体内对机械应力变化作出反应改变的器官之一。在血管形成和发育过程中，血管直径的改变与血流量相关，压力改变引起管壁正切力变化，进一步诱导血管壁厚度、组成和微结构发生改变。兔子刚出生时，其升主动脉和肺动脉干的大小、重量和组成相同，一星期后血管重量和蛋白含量发生明显变化。两个月后，弹性蛋白和胶原蛋白在升主动脉管壁上沉积明显高于肺动脉干，而主动脉管壁内侧压力则是肺动脉干的6倍。兔子出生后，血管成纤维细胞能够根据管壁压力调节蛋白合成，适应不同血流量对管壁产生的压力，提示机械压力在血管发育过程中对细胞生长、分化和细胞外基质生成和排列等方面起重要作用。

研究发现，在母体内患有神经肌肉疾病的新生儿出生后，其长骨易发生骨折。而骨折和骨形成不足的原因则是胎儿在宫内运动减少，导致骨骼脆弱和关节挛缩。

在体外研究中同样发现机械压力对细胞生成和分泌细胞外基质的重要作用。动脉成纤维细胞生长在弹性膜上，循环拉伸膜可以促进胶原和粘多糖合成。成纤维细胞是如何对机械应力作出反应的，有实验将材料支架置于张力下，观察到细胞沿着应力方向排列，生成的胶原纤维沿应力方向沉积。在高压力环境下长期培养软骨细胞，可以提高再生软骨的机械强度、厚度、组织均匀性、细胞增殖能力和胶原蛋白交联水平，有效地促进了体外软骨基质的生成。

在鸡胚胎眼研究中发现，眼内压持续降低会减慢眼球和角膜发育速度。同时眼的正常曲率的形成也依赖于胚胎时期正常眼内压的存在。睫状体发育不全的基因突变小鼠，其房水生成减少，小鼠表现为低眼压，长期结果是眼球张力下降，眼球萎缩和组织破坏等。在人类中有一种疾病被称为眼球痨，是长期不正常低眼压的终末阶段，表现为眼球萎缩和眼球组织破坏。因此，眼球和角膜的正常发育，以及成年后眼球功能的正常发挥都依赖于眼内压的存在，表明眼内压对于眼球发育以及其功能维持起着关键作用。

目前组织工程角膜构建的方法主要是将细胞培养在平铺的材料表面，促进细胞在材料表面分泌细胞外基质，但是分泌的细胞外基质厚度有限，基质纤维的排列混乱，强度较低，构建的组织工程角膜透明度较低。已经报道的组织工程角膜构建技术均没有考虑到眼内压对组织工程角膜构建过程的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种模拟眼内压的生物反应器，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟眼内压的生物反应器，包括培养液储存瓶、压力控制组件、组织培养组件；

所述组织培养组件包括一主体和至少一组织培养单元；所述主体包括上盖和底座，所述底座内设有空腔，上盖盖合于底座的上部开口，所述上盖和底座包围形成组织培养室；所述组织培养单元设置于上盖，包括相互卡接的组织培养上扣与组织培养下扣，所述组织培养下扣于组织培养室连通，所述组织培养上扣与组织培养下扣的连接处用于安装组织工程角膜培养的支架材料；

所述培养液储存瓶通过压力控制组件与组织培养室连通。

在本发明一较佳实施例中，还包括溢流组件，所述溢流组件包括溢流杯，所述组织培养上扣开设有溢流孔，所述溢流孔与溢流杯间通过溢流管连接，用于收集培养组织上方溢出的培养基。