專利名稱：一種仿生型心肌組織生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及組織工程領(lǐng)域，具體涉及一種心肌組織生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
由于心肌組織本身缺乏足夠的再生能力，在心臟損失了大量心肌細(xì)胞以后，往往形 成纖維化的疤痕，通常，心肌梗塞就是由此而引起的。心肌梗塞會(huì)妨礙心肌正常的同歩 收縮，加重心臟健康部位的負(fù)荷，造成更多的心肌細(xì)胞死亡和心壁變形，短期內(nèi)，就可 能會(huì)因惡性循環(huán)而使梗塞面積加倍。心肌梗塞一旦發(fā)生，就很難逆轉(zhuǎn)，心臟的功能會(huì)受 到永久性地削弱，甚至心力衰竭而致人死亡。目前，心血管疾病，如心臟病發(fā)作和充血 性心力衰竭(CHF)仍然是人類生命健康最大的威脅之一。
心肌修復(fù)是近年來出現(xiàn)的一個(gè)治療受損心肌的新概念。心肌修復(fù)是指在細(xì)胞水平上， 通過在心肌受損區(qū)域生長(zhǎng)出"活"心肌組織并使其血管化，重塑受損的心肌組織，從而 恢復(fù)心臟的功能。心肌組織工程被認(rèn)為是一種很有希望的途徑和方式，在替代和維持梗 塞的心肌組織功能，并進(jìn)而治愈疾病以最大限度地挽救病人生命方面可能發(fā)揮巨大作用。
組織工程生物反應(yīng)器是一種體外構(gòu)建人體組織的系統(tǒng)裝置。應(yīng)用于組織工程的生物 反應(yīng)器必須盡可能地模擬和穩(wěn)定地再現(xiàn)與體內(nèi)人體組織自然生長(zhǎng)相似的內(nèi)環(huán)境(如力場(chǎng)、 電場(chǎng)、磁場(chǎng)、生物化學(xué)和物質(zhì)能量信息的傳輸交流方式等影響因素)，才能使其中培養(yǎng) 物(如細(xì)胞，特別是細(xì)胞-三維生物材料復(fù)合物)按照其時(shí)空特異性正確地進(jìn)行基因表達(dá) 和細(xì)胞分化、正常地生長(zhǎng)發(fā)育，才有可能獲得活體組織的類似物；或者最終在體外形成 特定的組織，用于臨床修復(fù)人體相應(yīng)的組織缺損。
目前在組織工程研究中使用的有代表性的生物反應(yīng)器包括(1)攪拌式生物反應(yīng)器； (2)旋轉(zhuǎn)壁式生物反應(yīng)器；(3)中空纖維式生物反應(yīng)器；(4)直接灌流式生物反應(yīng)器；
(5)應(yīng)力加載式生物反應(yīng)器等,模擬正常生理?xiàng)l件下的力學(xué)環(huán)境。Hoerstrup等研制了一 種脈動(dòng)式生物發(fā)生器，它可以產(chǎn)生脈動(dòng)液流和壓力。將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞胞-生物材料復(fù) 合物置于其中培養(yǎng)，在脈動(dòng)液流和壓力的作用下促進(jìn)了膠原蛋白的分泌，其結(jié)構(gòu)與機(jī)械 性能比較接近人體三尖瓣。(Hoerstr叩SP, Sodian R， Sperling JS， et al. New pulsatile bioreactor for in vitro formation of tissue engineered heart valves. Tissue Eng，2000 ;6:75.)劉霞等開展了生物反應(yīng)器內(nèi)再造組織工程化心肌的實(shí)驗(yàn)研究。在體外 模擬微重力條件下構(gòu)建心肌細(xì)胞U膠原復(fù)合體，探索組織工程化心肌組織體外再造的可 行性(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào) 2003.02; 25(1): 7-12
)。Shachar介紹了心肌組織工程在生物材料和生物反應(yīng)器中的設(shè)計(jì)原則(Heart FailRev. 2003 Jul ;8(3) :271-6 )。許曉增介紹了 一種用于細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器 (CN95113902. 9)， Evan介紹了一種適合多種方式的生物培養(yǎng)方法和系統(tǒng)(United States Patent: 6,627,421)。心肌組織是在心電刺激的條件下產(chǎn)生收縮和舒張，而現(xiàn)有的心肌 生物反應(yīng)器，末能模擬施加力學(xué)和電學(xué)刺激對(duì)培養(yǎng)的心肌組織的生物環(huán)境。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種仿生型心肌組織生物反應(yīng) 器，從而能夠模擬心肌組織生理狀態(tài)下的力電環(huán)境，通過給培養(yǎng)的心肌細(xì)胞與支架材料 復(fù)合物施加一定的應(yīng)變和電場(chǎng)，在體外構(gòu)建心肌組織。
為此，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案
一種仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，包括心肌組織培養(yǎng)室，其特征在于，所述心肌組 織培養(yǎng)室包括殼體，在殼體上固定有培養(yǎng)池，在培養(yǎng)池的上端開設(shè)有兩個(gè)凹槽，在兩個(gè) 凹槽內(nèi)分別設(shè)置有與電場(chǎng)發(fā)生器相連的電極，用以對(duì)^f培養(yǎng)的心肌組織施加電場(chǎng)，所述 生物反應(yīng)器還包括液體應(yīng)變加載部分和動(dòng)力部分，所述液體應(yīng)變加載部分包括通過固定 架固定的注射器和導(dǎo)管，注射器包括注射筒和活塞兩部分，注射筒的尾部與導(dǎo)管的一端 相連，導(dǎo)管的另一端通過培養(yǎng)池下方的孔與培養(yǎng)池連通，注射器的活塞受動(dòng)力部分控制， 所述的動(dòng)力部分使活塞能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液體應(yīng)變加載部分和動(dòng)力部分所產(chǎn)生的液體壓力 對(duì)心肌組織施加應(yīng)變，形成仿生型力、電場(chǎng)耦合的心肌組織三維培養(yǎng)環(huán)境。
上述的仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，所述的動(dòng)力部分具體可以采用以下的機(jī)構(gòu)包 括連桿、圓盤、電機(jī)、移動(dòng)夾持塊、滑槽，圓盤受電機(jī)驅(qū)動(dòng)，圓盤上設(shè)置有滑槽，連 桿的一端受移動(dòng)夾持塊所夾持并置于滑槽中，另一端與注射器的活塞相連。
上述的反應(yīng)器還可以包括計(jì)算機(jī)和通過數(shù)據(jù)采集卡與其相連的培養(yǎng)液監(jiān)測(cè)站，所述 培養(yǎng)液監(jiān)測(cè)站設(shè)置有監(jiān)控培養(yǎng)液溫度、二氧化碳、氧分壓、pH值的裝置，所述電場(chǎng)發(fā)生 器受計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)控制。
本實(shí)用新型的仿生型心肌組織生物反應(yīng)器主要用于心肌組織的構(gòu)建和培養(yǎng)，與其他 類型的生物反應(yīng)器相比較，它可以進(jìn)行三維培養(yǎng)外，還可以模擬心肌組織的力學(xué)、電學(xué) 環(huán)境，促進(jìn)心肌組織的工程化構(gòu)建，是一種仿生型的心肌組織生物反應(yīng)器。為心肌組織 工程的研究及臨床應(yīng)用提供了一種新的設(shè)備，有很好的臨床應(yīng)用前景和潛在的社會(huì)、經(jīng) 濟(jì)效益。


圖l本實(shí)用新型的仿生型心肌生物反應(yīng)器示意圖。附圖標(biāo)記說明如下
l.殼體2.導(dǎo)管3.培養(yǎng)池4.鉑電極5.培養(yǎng)池蓋6.心肌培養(yǎng)物7.注液器固 定架8.注液器9.固定架 10.連桿 11.圓盤 12.電機(jī) 13.移動(dòng)夾持塊 14.滑槽 15.電機(jī)固定架 16.底座具體實(shí)施方式、
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一歩介紹。
本實(shí)用新型采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，如圖1所示，它由心肌組織培養(yǎng)室、培養(yǎng)液監(jiān)測(cè) 站(包括溫度傳感器、二氧化碳傳感器、氧傳感器、pH電極以及控制裝置)、電場(chǎng)發(fā)生 器、液體應(yīng)變加載部分、動(dòng)力部分等組成。電場(chǎng)發(fā)生器為基于寬頻波形發(fā)生器MAX038， 該發(fā)生器精度高，頻率范圍廣，輸出信號(hào)的幅值、脈寬、頻率等均可調(diào)，能產(chǎn)生三角波、 方波和正弦波和脈沖等多種電場(chǎng)波形，可較好地滿足實(shí)驗(yàn)要求，它受計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)所 控制。培養(yǎng)液監(jiān)測(cè)站主要實(shí)現(xiàn)溫度、二氧化碳、氧分壓、PH的監(jiān)測(cè)與控制，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通 過采集卡被傳送到計(jì)算機(jī)中。液體應(yīng)變加載部分通過注液器在心肌培養(yǎng)物上施加應(yīng)變， 實(shí)現(xiàn)模擬心肌組織的力學(xué)環(huán)境。
本實(shí)用新型的心肌組織培養(yǎng)室，由殼體l、培養(yǎng)池3、鉑電極4等組成，培養(yǎng)池3固 定在殼體1的上部，培養(yǎng)池3里充滿培養(yǎng)液，其上端開設(shè)有兩個(gè)凹槽，在兩個(gè)凹槽內(nèi)分 別設(shè)置有與電場(chǎng)發(fā)生器的兩個(gè)輸出端相連的鉑電極4，在培養(yǎng)池3的下方開設(shè)有孔。
液體應(yīng)變加載部分主要包括通過固定架7橫向固定的注射器8和導(dǎo)管2，注射器包括 注射筒和活塞兩部分，注射筒的尾部與導(dǎo)管2的一端相連，導(dǎo)管2的另一端通過培養(yǎng)池 下方的孔與培養(yǎng)池3連通。注射器的活塞受動(dòng)力部分控制。
動(dòng)力部分包括連桿10、圓盤11、電機(jī)12、移動(dòng)夾持塊13、滑槽14、電機(jī)固定架15、 底座16等。圓盤11受電機(jī)12驅(qū)動(dòng)，圓盤11上開設(shè)有滑槽14，連桿10的一端受移動(dòng)夾 持塊13所夾持并置于滑槽14中，另一端與注射器的活塞相連。電機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)注射 器活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求1. 一種仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，包括心肌組織培養(yǎng)室，其特征在于，所述心肌組織培養(yǎng)室包括殼體，在殼體上固定有培養(yǎng)池，在培養(yǎng)池的上端開設(shè)有兩個(gè)凹槽，在兩個(gè)凹槽內(nèi)分別設(shè)置有與電場(chǎng)發(fā)生器相連的電極，用以對(duì)所培養(yǎng)的心肌組織施加電場(chǎng)，所述生物反應(yīng)器還包括液體應(yīng)變加載部分和動(dòng)力部分，所述液體應(yīng)變加載部分包括通過固定架固定的注射器和導(dǎo)管，注射器包括注射筒和活塞兩部分，注射筒的尾部與導(dǎo)管的一端相連，導(dǎo)管的另一端通過培養(yǎng)池下方的孔與培養(yǎng)池連通，注射器的活塞受動(dòng)力部分控制，所述的動(dòng)力部分使活塞能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液體應(yīng)變加載部分和動(dòng)力部分所產(chǎn)生的液體壓力對(duì)心肌組織施加應(yīng)變，形成仿生型力、電場(chǎng)耦合的心肌組織三維培養(yǎng)環(huán)境。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的動(dòng)力部分包 括連桿、圓盤、電機(jī)、移動(dòng)夾持塊、滑槽，圓盤受電機(jī)驅(qū)動(dòng)，圓盤上設(shè)置有滑槽， 連桿的一端受移動(dòng)夾持塊所夾持并置于滑槽中，另一端與注射器的活塞相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器還包 括計(jì)算機(jī)和通過數(shù)據(jù)釆集卡與其相連的培養(yǎng)液監(jiān)測(cè)站，所述培養(yǎng)液監(jiān)測(cè)站設(shè)置有監(jiān)控培養(yǎng)液溫度、二氧化碳、氧分壓、pH值的裝置，所述電場(chǎng)發(fā)生器受計(jì)算機(jī)輸出信號(hào) 控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及組織工程領(lǐng)域，具體涉及一種仿生型心肌組織生物反應(yīng)器，包括心肌組織培養(yǎng)室，所述心肌組織培養(yǎng)室包括殼體，在殼體上固定有培養(yǎng)池，在培養(yǎng)池的上端開設(shè)有兩個(gè)凹槽，在兩個(gè)凹槽內(nèi)分別設(shè)置有與電場(chǎng)發(fā)生器相連的電極，用以對(duì)所培養(yǎng)的心肌組織施加電場(chǎng)，所述生物反應(yīng)器還包括液體應(yīng)變加載部分和動(dòng)力部分，所述液體應(yīng)變加載部分包括通過固定架固定的注射器和導(dǎo)管，注射器包括注射筒和活塞兩部分，注射筒的尾部與導(dǎo)管的一端相連，導(dǎo)管的另一端通過培養(yǎng)池下方的孔與培養(yǎng)池連通，注射器的活塞受動(dòng)力部分控制，所述的動(dòng)力部分使活塞能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型能夠模擬心肌組織生理狀態(tài)下的力電環(huán)境，通過給培養(yǎng)的心肌細(xì)胞與支架材料復(fù)合物施加一定的應(yīng)變和電場(chǎng)，在體外構(gòu)建心肌組織。
文檔編號(hào)C12M3/00GK201305602SQ20082014259
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者侍才洪, 張永紅, 張西正, 李瑞欣, 勇 郭, 新 郭, 嚴(yán) 魏 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所