[发明专利]一种颅骨脉管复合支架动态灌注装置

说明书

本发明公开一种颅骨复合支架动态灌注装置，该装置由灌注循环机构、控制机构两大部分组成，其中灌注循环机构由蠕动泵、储液瓶、灌注室、加湿瓶，经颅骨多孔支架通道、脉管连接通道、硅胶管连接组成；该装置采用双通道独立灌注方式，颅骨多孔支架通道灌注颅骨多孔支架，脉管通道经过脉管结构为颅骨多孔支架中心提供营养物质和所需氧气；灌注循环系统通过蠕动泵持续灌注混合气体到培养液储液瓶中，保证培养液中氧气、二氧化碳浓度的稳定；正弦波、方波、梯形波等不同形式流量模拟不同培养环境，该装置减少了细胞在培养过程的死亡率，加快细胞增殖与分化的进程，为组织工程技术奠定了技术基础。

技术领域

本发明属于生物培养设备的技术领域，尤其涉及一种颅骨脉管复合支架动态灌注装置。

背景技术

在骨组织工程中，为了后续的移植，支架-细胞体外培养是必不可少的环节。它被广泛的用于使支架具有生命活性，以便支架复合物与人体组织更好的相容性，这是保证实现骨组织生理功能的关键环节。

目前，在体外支架与细胞的整合通常采用静态的方式进行，但存在营养物质、氧气供应不足，代谢废物无法排除导致细胞坏死，无法在支架中心形成细胞基质等问题^[1,2]。动态培养可解决上述问题，它通过动态灌注方式，使培养液持续流动，加快营养物质的输送和交换，有利于支架中心的细胞生长^[3]。此外，动态灌注所产生的流体剪切应力加强细胞信号通道的活跃，促进碱性磷酸酶、骨钙蛋白、collagen I、骨桥蛋白等特殊基因表达，可提高细胞的增殖和分化^[5]并形成细胞质基质^[6-8]。在血管支架的动态培养中，流体剪切应力会促进内皮细胞标志物的表达^[9]。

近年来，各式动态灌注设备已经被应用到骨组织工程修复当中。Santoro和Bhaskar^[10,11]为培养大面积骨组织，使灌注室中流体分布更加均匀，采用了多出入口的方式进行动态灌注，促进了细胞在3D支架中的增殖与分化。Jagodzinski^[12]采用周期性压力培养多孔支架中的骨细胞，并分析了周期性机械刺激对成骨细胞增殖与分化的影响。但是，通过动态灌注培养支架-细胞在体外整合的研究中，仍发现其骨细胞的存活率低，成骨缓慢。研究表明由于支架中没有血管结构，导致细胞营养物质和氧气的供给受到限制，骨细胞不能深入支架内部，造成成骨能力下降^[13,14]。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种颅骨脉管复合支架动态灌注装置，该装置采用双通道灌注培养的方法，一个通道连接颅骨多孔支架，加速细胞在多孔支架中的生长；另一个通道连接脉管，促进脉管内细胞的增殖，同时加强对支架中心处骨细胞的营养物质的供给；从而解决常规静/动态培养中出现的骨细胞存活率低、成骨缓慢等问题，以期提高细胞成活率、缩短培养时间。

本发明采用如下技术方案予以实施：

一种颅骨脉管复合支架动态灌注装置，包括循环灌注系统与程序控制系统，所述循环灌注系统包括液体循环机构、气体循环机构和灌注培养腔；所述液体循环机构由第一储液瓶和第二储液瓶构成；所述气体循环机构由CO₂瓶、O₂瓶、气体混合腔和气液混合瓶构成；所述程序控制系统包括编程模块、驱动模块、蠕动机构和电源；所述蠕动机构由第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵构成；所述第一蠕动泵端的输出端分别与所述气液混合瓶、第一储液瓶和第二储液瓶连接；第二蠕动泵输出端分别与第一储液瓶和灌注培养腔的脉管通道连接；所述第三蠕动泵输出端分别与第二储液瓶和灌注培养腔的颅骨多孔支架通道连接；所述第一储液瓶的输出端与灌注培养腔的脉管通道连接；所述第二储液瓶的输出端与灌注培养腔的颅骨多孔支架通道连接。

当驱动模块接收到编程模块发出工作信号时，驱动模块启动第一蠕动泵工作使气体循环机构运行；同时，驱动模块启动第二蠕动泵和第三蠕动泵工作使液体循环机构运行。