血管生物反应器的研究与应用

该文根据生物力学的原理,分析了直圆筒形血管的流动状况和血管的受力特性,在此基础上设计了一套的能模拟血管体内环境的生物反应器,通过血管的培养和相关检测分析,表明生物反应器的设计是合理的,性能是可靠的。

一种血管生物反应器相关参数的量化分析

为了模拟血管的在体环境,由北京航空航天大学与四川大学联合为西南交通大学研制了血管生物反应器,采用流体力学理论与正交实验极差分析的方法对生物反应器的剪切力、层流状态及脉压差调节等性能指标进行了量化分析.结果表明:该套系统针对不同半径的血管,可提供的最小剪切力为0.08 Pa,最大剪切力为70.51 Pa;为保证灌流液为层流状态,在灌流液粘度系数、流体密度确定的前提下,培养腔入口端输入管长度为18 cm时,装置提供的5种管径的最大流量均不可超过4.36 cm3/s;脉动发生器的行程对收缩压与舒张压的压差影响最大,对流量和频率的影响次之,对压力的影响最小.

利用LabVIEW构建血管生物反应器数据采集系统

对组织工程血管的参数监测在血管的培养过程中有着重要的意义。传统的仪表硬件系统能对反应器部分参数进行测量,但仍存在一些不足之处,本文通过分析确定血管生物反应器的监控参数,并利用虚拟仪器技术及LabVIEW软件开发平台构建了血管组织工程参数监测系统,该系统在实际应用中表明:系统简捷、运行稳定,能够监测血管的体外培养并达到了预定的精度要求。

血管生物反应器中的血流动力学及其应用

血管生物反应器是血管组织体外培养过程中血管重建的关键设备,为血管组织的体外培养提供稳定的、与生物体内相似的体外环境。目前许多血管生物反应器在组织工程血管重建中得到广泛应用。血流动力学是新近引入血管生物反应器的重要研究理论。分析血流动力学在血管重建中的作用,探讨血管生物反应器中力学环境的相关问题及其在不同血管重建中的具体应用。

一种新型血管生物反应器的研究与开发

目的根据流体力学的分析改进支撑PGA-细胞材料复合物的硅胶管,设计一种应用于体外培养组织工程血管的生物反应器。方法利用计算机仿真分析的方法对硅胶管内腔的压力场进行仿真计算,通过计算分析确定硅胶管的结构,进而开发一种新型血管生物反应器。结果确定了硅胶管的尺寸结构以及培养室内相应的辅助结构,使整个反应器系统能够对PGA-细胞材料复合物进行动态培养。结论改进后的硅胶管结构合理,整个血管生物反应器系统运行稳定。

血管生物反应器流场的数值分析

目的研究一种新型小口径血管生物反应器在不同工况下的流场分布。方法采用数值方法模拟反应器外筒单独旋转、内筒单独旋转和内外筒同向等速旋转情况下其内部的流场分布,对流速和切应力等参数进行比较分析。结果血管生物反应器工作时,培养液随内外筒的旋转而旋转流动,速度分布均匀;可为培养液内的细胞提供非破坏性的低切应力环境;并且反应器内部的切应力大小与转速呈二次函数关系。结论该反应器能为血管培养提供良好的培养环境,本研究可为其实验研究提供指导意见和理论基础。

利用人骨髓间充质干细胞在生物反应器中构建小口径血管(英文)

背景:目前组织工程生物反应器已对血管、肌腱、软骨、骨、心肌瓣膜、气管、膀胱和干细胞等进行了大量的研究。目的:采用改进的生物反应器系统,应用人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)构建小口径的组织工程血管。设计、时间及地点:单一样本观察,于2005-06/2008-03在华东理工大学机械与动力工程学院和上海组织工程研究与开发中心完成。材料:血管生物反应器为华东理工大学自制;骨髓基质干细胞来自健康志愿者的骨髓。方法:设计一套血管生物反应器系统,采用有限元方法对组织工程小血管托架材料进行分析,从而设计一套用于构建直径为2mm的小血管托架;收集人的原代骨髓基质干细胞进行体外扩增和培养,选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯(PGA)复合后置于血管生物反应器中动态培养;培养4周后,对材料复合物取材。主要观察指标:细胞材料复合物生长状况及hBMSCs-PGA复合物的其他相关检测。结果:hBMSCs-PGA材料复合物培养4周取材进行大体观察和扫描电镜观察,形成血管样组织,色泽明亮,有一定的弹性,用镊子反复压下血管能够反弹恢复原样;细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组织化学结果表明血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分。结论:改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用hBMSCs成功构建组织工程化小血管组织。

利用hBMSCs在生物反应器中构建小口径血管的实验研究

目的采用改进的生物反应器系统,应用人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)构建小口径的组织工程血管。方法设计一套血管生物反应器系统,采用有限元方法对组织工程小血管托架材料进行分析,从而设计一套用于构建直径为2mm的小血管托架;收集人的原代骨髓基质干细胞进行体外扩增和培养,选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯(PGA)复合后置于血管生物反应器中动态培养;培养4周后,对材料复合物取材,进行大体观察、HE染色、扫描电镜和平滑肌免疫组化等指标检测。结果血管色泽明亮,有一定的弹性,用镊子反复压下血管能够反弹恢复原样;细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组化结果表明血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分。结论改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用hBMSCs成功构建组织工程化小血管组织。

利用ADSCs在生物反应器中构建小口径血管的初步研究

目的尝试利用人的脂肪基质干细胞(Adipose-derived stromal cell,ADSCs)在生物反应器中构建组织工程化小血管。方法采用脂肪抽吸术获取人脂肪组织,将脂肪细胞分离、传代培养;对培养的第三代细胞进行脂肪干细胞表型鉴定;同时称取一定量的聚羟基乙酸(PGA)制成片状材料,消毒晾干备用,将细胞接种在PGA材料上,静态培养半天后置于生物反应器中动态培养4周,然后进行初步检测。结果从形态学观察,细胞伸展呈成纤维细胞样,生长有方向性,5～6d后可见克隆开始形成。对第三代ADSCs进行检测,结果显示除CD166、CD105有高的表达外,CD14、CD34表达很低。从反应器取出的样品能形成血管样组织,扫描电镜观察:样品基质分泌旺盛。结论采用组织工程方法,从动态培养的角度可以在体外利用ADSCs构建血管形状的组织,为进一步研究ADSCs在血管组织工程中的应用提供了一种好的方法。

基于计算流体力学的小血管生物反应器设计

目的：设计一套能构建内壁直径为2mm的组织工程小血管的生物反应器。方法：根据计算流体力学原理和方法对组织工程小血管托架材料进行分析，设计一套用于培养2mm小血管的生物反应器。采用压注成型技术制作了小血管的托架。结果：确定了硅胶管的尺寸结构并获得了成型产品，设计完成了培养室内相应的辅助结构，使整个反应器系统能够对PGA-细胞材料复合物进行动态培养。结论：小血管托架的流体力学仿真分析是合理的，在此基础上构建的血管生物反应器性能稳定、可靠。

本刊组织构建栏目已出版“组织工程与生物反应器”研究的相关文章

利用人骨髓间充质干细胞在生物反应器中构建小口径血管，李宏，安琦，吴莹琛，等。2009,13（11）：2178-2182（基金）973计划资助项目（2005CB522703），（关键词）组织工程；血管生物反应器；骨髓充质干细胞；流体力学，体内生物器与体内骨组织工程。

利用成体干细胞体外小口径血管的构建

设计了一套血管生物反应器系统,采用有限元的方法对组织工程小血管托架材料进行了分析,从而开发完成了一套用于构建直径为2 mm的小血管托架;通过收集人的原代骨髓基质干细胞(hBMSCs)和脂肪基质干细胞(ADSCs)进行体外扩增和培养,并选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯(PGA)复合后置于血管生物反应器中动态培养;在生物反应器中动态培养4周后,对材料复合物进行取材,分别进行大体观察、HE染色和扫描电镜等指标检测。结果表明:血管色泽明亮,有一定的弹性,细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组化结果表明血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分。说明改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用人骨髓间充质干细胞和脂肪基质干细胞成功构建组织工程小血管组织。

生理脉动流模拟系统设计与仿真

目的为了给体外血管组织培养提供生理脉动环境,实现血管组织培养装置中压力、流量接近生理脉动变化,简化循环液路系统参数设定,建立一个压力流量可调的血管组织培养装置。方法在血流动力学研究基础上,构建生理脉动流系统混合参数模型及其模拟电路网络,运用Matlab Simulink/GUI仿真电路模型,通过仿真出的器件参数指导脉动流装置的设计。结果利用电路仿真模拟了脉动流循环系统,在仿真和实验中实现了生理脉动压力和流量,并完成了实验装置的设计与制作。结论电路系统仿真应用于体外脉动流循环系统的构建,可以简化血管组织培养装置的设计,指导系统调节。