[发明专利]一种用于体外软骨培养的滚压式生物反应器

说明书

本发明一种用于体外软骨培养的滚压式生物反应器，本发明包括培养箱、培养液灌流系统、电机动力系统、滚压机构小室；培养液灌流系统控制滚压机构小室内培养液更换，保证软骨培养物处于细胞可生长的生物环境，培养箱内氧气含量1％‑10％；机电动力系统控制主动辊子旋速波形，模拟真实生态情况；滚压机构小室内处于封闭状态，避免污染；工作时，将软骨培养物固定于滚压机构小室内主动辊子表面，软骨培养物滚压功能由主动辊子与从动辊子共同完成，通过改变从动辊子转动惯量和质量实现对软骨培养物施加多种剪切力和压力，也可以旋转小室壁上定位栓，固定与从动辊子相连的方形滑块实现对软骨培养物施加不同的压缩量，完成不同力学环境下软骨培养物生长、发育。

技术领域：

本发明涉及一种用于体外软骨培养的滚压式生物反应器，特别是指滚压载荷和低氧条件下模拟关节物理环境应用于细胞、组织培养和保存的生物反应器，属于生物医学工程技术领域。

背景技术：

关节软骨损伤是外科常见的疾病之一，通常由外伤或骨性关节炎等慢性疾病引起。临床表现为顽固性疼痛，关节运动障碍，严重者甚至会完全丧失关节功能，成为肢残和劳动力丧失的主要原因之一。关节软骨再生能力极为有限，靠软骨自我修复几乎不可能。运用细胞学和组织工程技术在体外构建功能化的软骨组织是解决之一难题的有效方法。

软骨组织是人体的承重结构，对力学环境较敏感，不正常的力学环境将导致其退化或变性；关节软骨所处的物理环境除低氧环境外，力学环境是软骨组织生存最重要的影响因素。

组织工程技术在体外构建功能化的软骨组织的方法一般是：将自体或异体细胞接种于可降解的生物材料支架中，通过不同因子的刺激从而调控细胞生长，然后将细胞-生物材料植入体内组织缺损位置，达到修复组织和器官缺损的目的。

人体在行走中膝关节的股骨远端和胫骨近端相互接触，存在滚动作用，其中关节软骨受到压缩和剪切，同时软骨组织会受到低频高幅载荷，由此从仿生学角度，我们提出采用滚压载荷模拟关节的力学条件，并且通过调控频率、压力、剪切力优化软骨培养物的力学条件。

发明内容：

本发明的目的旨在提供一种用于体外软骨培养的滚压式生物反应器，以解决现有技术中的不足。采用滚动载荷和低氧环境的物理条件模拟人体关节软骨环境，用于软骨培养物培养的生物反应器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于体外软骨培养的滚压式生物反应器，包括：培养箱、培养液灌流系统、电机动力系统、滚压机构小室；工作时，培养液灌流系统、电机动力系统、滚压机构小室位于培养箱内，培养箱内氧气含量1％-10％，培养液灌流系统通过硅胶管与滚压机构小室相连，控制滚压机构小室内培养液更换，保证软骨培养物处于细胞可生长的生物环境，机电动力系统与滚压机构小室主动辊子机械关联，控制主动辊子旋速波形，模拟真实生态情况；滚压机构小室内处于封闭状态，避免污染，软骨培养物滚压功能由主动辊子与从动辊子共同完成，通过改变从动辊子转动惯量和质量实现对软骨培养物施加多种剪切力和压力，也可以旋转小室壁上定位栓，固定与从动辊子相连的方形滑块完成对软骨培养物施加不同的压缩量，完成不同力学环境下软骨培养物生长、发育。

所述培养箱是生物学细胞培养常规使用的，可以从市场上购买；所述培养箱内氧气含量是通过在培养箱内加入50％-95％的CO₂实现；

所述软骨培养物是：软骨细胞、软骨组织、软骨细胞与支架复合体或软骨移植组织；

所述滚压机构小室，包括主动辊子、从动辊子、方形滑块、定位栓和方形小室；

所述主动辊子和从动辊子为聚四氟乙烯材料，可以通过机械加工获得其特殊构型，分置滚压机构小室上下两侧；

从动辊子表面为均匀厚度0-4mm的硅胶模，增加与软骨培养物的摩擦力防止相对滑动；

所述方形滑块分置从动辊子两侧，与所述从动辊子相对转动；