一種組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軟骨在關(guān)節(jié)的運動功能中發(fā)揮著重要的作用。然而，關(guān)節(jié)軟骨損傷是十分常見的疾病，臨床上各種原因進行的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)約60%的病人均發(fā)現(xiàn)有軟骨損傷，20%為較重的軟骨損傷。由于軟骨內(nèi)缺乏血管組織，而且軟骨細(xì)胞被包裹在基質(zhì)成分中，不能迀移到損傷部位修復(fù)缺損，致使關(guān)節(jié)軟骨損傷后的自愈能力很差，不能實現(xiàn)再生。軟骨損傷如不及時治療，易造成后期關(guān)節(jié)面軟化，嚴(yán)重的可出現(xiàn)大片脫落，使軟骨下骨層裸露，造成關(guān)節(jié)彈響、僵硬、疼痛加重等，最終需要關(guān)節(jié)置換，嚴(yán)重地影響患者的生活質(zhì)量。因此，如何實現(xiàn)損傷部位軟骨組織天然結(jié)構(gòu)與功能的恢復(fù)是軟骨損傷治療的最終目的。此外，軟骨在整形外科也有廣泛的應(yīng)用，可作為面部填充、鼻梁墊高塑形、畸耳再造、眼部修飾、乳房填充等手術(shù)的供體材料，但目前缺乏具有良好生物相容性和力學(xué)性能的軟骨組織。
[0003]傳統(tǒng)的治療方法有關(guān)節(jié)灌洗術(shù)、關(guān)節(jié)清理術(shù)、微骨折手術(shù)、骨膜移植、軟骨移植和自體軟骨細(xì)胞移植等，已廣泛用于關(guān)節(jié)軟骨的損傷修復(fù)，但臨床應(yīng)用結(jié)果顯示，這些方法均存在不足。例如，關(guān)節(jié)清理術(shù)只能暫時緩解癥狀，不能有效治療軟骨損傷；微骨折手術(shù)只能在缺損部位再生纖維軟骨，不能達到正常軟骨的力學(xué)要求，存在后期退化的隱患；自體軟骨移植效果較好，僅適用于軟骨缺損面積較小(< 2cm2)的損傷治療；異體軟骨移植可用于較大缺損修復(fù)，但供體來源有限，并有感染傳染病、免疫排斥的風(fēng)險。臨床研究還表明，軟骨細(xì)胞移植是目前修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷、實現(xiàn)功能重建的有效途徑，基于軟骨組織的結(jié)構(gòu)，如何在體外條件下構(gòu)建組織工程軟骨，用于軟骨損傷的修復(fù)，為軟骨缺損治療提供更好的選擇，具有很好的臨床應(yīng)用價值。
[0004]然而組織工程的方法將軟骨細(xì)胞與生物可降解材料復(fù)合構(gòu)建組織工程軟骨時，通常采用靜態(tài)培養(yǎng)，導(dǎo)致體外構(gòu)建的軟骨組織容易形成中空等缺陷，其力學(xué)性能與正常的軟骨相比相差甚遠，無法達到臨床移植的要求。目前報道的軟骨細(xì)胞動態(tài)培養(yǎng)方式涉及的施力形式主要是灌流和直接施加壓力的方法，環(huán)境都沒有在封閉的環(huán)境下，存在培養(yǎng)的時間受到限制等許多缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)靜態(tài)培養(yǎng)培養(yǎng)的缺陷，模擬一個體內(nèi)動態(tài)靜壓力的軟骨力學(xué)環(huán)境，能提供一種施加不同頻率和大小的靜壓應(yīng)力，動態(tài)構(gòu)建人體軟骨的裝置。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明計數(shù)方案如下:
[0007]—種組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置，所述裝置包括機架，所述機架上設(shè)置有軟骨培養(yǎng)機構(gòu)，所述裝置還包括為所述軟骨培養(yǎng)機構(gòu)輸送培養(yǎng)液的培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)和為所述軟骨培養(yǎng)機構(gòu)施加動態(tài)的靜壓力的動態(tài)靜壓施加機構(gòu)，以及用于控制所述培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)的培養(yǎng)液輸入和輸出的動態(tài)密封機構(gòu)。
[0008]進一步地，所述機架包括上平臺(34)和下平臺(36)，以及支撐上平臺(34)和下平臺(36)的支撐桿(1)，所述動態(tài)密封機構(gòu)、動態(tài)靜壓施加機構(gòu)、軟骨培養(yǎng)機構(gòu)安裝在上平臺
(34)上，所述培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)安裝在下平臺(36)上。
[0009]本發(fā)明所述軟骨培養(yǎng)機構(gòu)包括至少一個培養(yǎng)室，所述動態(tài)靜壓施加機構(gòu)包括與所述培養(yǎng)室對應(yīng)的至少一個加壓室，每個加壓室分別設(shè)置有各自的進氣口，各進氣口通過進氣管(16)連接分流接頭(21)，分流接頭(21)連接到氣體匯總口(23)，所述氣體匯總口
(23)連接到外部氣源。
[0010]進一步地，所述培養(yǎng)室上部封蓋有密封板(29)，所述加壓室固定在所述密封板
(29)上。
[0011]本發(fā)明所述培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)包括依次連接的培養(yǎng)液輸入口(2)、第一儲液罐
[11]、第一蠕動栗(37)、培養(yǎng)液輸入管(38)、培養(yǎng)室壓力引導(dǎo)板(42)，依次連接的培養(yǎng)液輸出管(48)、第二蠕動栗(51)、第二儲液罐(44)、第二過濾器(49)、培養(yǎng)液輸出口(35)，以及用于驅(qū)動第一蠕動栗(37)和第二蠕動栗(51)的第一步進電機(3)、第二步進電機(33)。
[0012]進一步地，所述動態(tài)密封機構(gòu)包括對應(yīng)于培養(yǎng)液輸入管(38)和培養(yǎng)液輸出管
(48)的第一動態(tài)密封機構(gòu)和第二動態(tài)密封機構(gòu)，所述第一動態(tài)密封機構(gòu)或第二動態(tài)密封機構(gòu)包括氣動活塞(52)和用于支撐氣動活塞(52)的氣動活塞固定板(47)，連接氣動活塞
(52)的密封塊43，與密封塊(43)對應(yīng)的密封支撐臺(41)，對密封塊(43)進行引導(dǎo)的引導(dǎo)支架(45)，以及位于氣動活塞(52)兩端的第一氣體調(diào)節(jié)閥(5)和第二氣體調(diào)節(jié)閥(50)，分別為第一氣體調(diào)節(jié)閥(5)和第二氣體調(diào)節(jié)閥(50)供氣的第一進出氣管(6)和第二進出氣管(7)，第一進出氣管(6)和第二進出氣管(7)上還設(shè)置有連接外部氣源的三通連接口
(9)0
[0013]進一步地，所述裝置還包括壓力測量機構(gòu)，所述壓力測量機構(gòu)用于測量軟骨培養(yǎng)機構(gòu)內(nèi)的靜壓力，所述壓力測量機構(gòu)包括壓力儀表(13)、連接軟管(17)和第一過濾器
(18)，所述壓力儀表(13)通過第一過濾器(18)和連接軟管(17)連接到培養(yǎng)室壓力引導(dǎo)板
(42)。
[0014]進一步地，所述裝置還包括用于控制動態(tài)靜壓施加機構(gòu)、培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)和動態(tài)密封機構(gòu)的控制機構(gòu)，用于實現(xiàn)自動控制下的循環(huán)培養(yǎng)。
[0015]本發(fā)明提出了一種組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置，以實現(xiàn)動態(tài)靜壓力培養(yǎng)環(huán)境為基礎(chǔ)，設(shè)計開發(fā)了一套全封閉軟骨細(xì)胞培養(yǎng)的裝置，將種子細(xì)胞與生物可降解材料復(fù)合，置于能模擬動態(tài)靜壓力的環(huán)境，對軟骨培養(yǎng)的靜壓力頻率、大小和培養(yǎng)液的流動狀況進行調(diào)節(jié)，在最佳的參數(shù)下進行培養(yǎng)，在不同頻率的靜壓力作用下構(gòu)建具有良好細(xì)胞活性、良好軟骨形態(tài)和一定力學(xué)強度的軟骨組織，為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域組織工程與生物力學(xué)的研究提供了一種新裝置。由于本裝置是全密封的培養(yǎng)，避免了軟骨細(xì)胞培養(yǎng)時易受污染的情況。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明裝置前端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明裝置后端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中附圖標(biāo)記說明如下:
[0019]1、支撐桿；2、培養(yǎng)液輸入口 ；3、第一步進電機；4、第一固定螺釘；5、第一氣體調(diào)節(jié)閥；6、第一進出氣管；7、第二進出氣管；8、第一培養(yǎng)室；9、三通連接口 ；10、第二固定螺釘；11第一儲液罐、12、密封圈；13、壓力儀表；14、第一加壓室；15、第一進氣口 ；16、第四進氣管；17、連接軟管；18、第一過濾器；19、第二加壓室；20、第二進氣口 ；21、氣體分流接頭；22、第二培養(yǎng)室；23、氣體匯總口 ；24、第三進氣口 ；25、第三加壓室；26、第三培養(yǎng)室；27、第四進氣口 ；28、第四加壓室；29、上密封板；31、第四培養(yǎng)室；33、第二步進電機；34、上平臺；35、培養(yǎng)液輸出口 ；36、下平臺；37、第一蠕動栗；38、培養(yǎng)液輸入管；40、第四固定螺釘；41、支撐臺；42、培養(yǎng)室壓力引導(dǎo)板；43、密封塊；44、第二儲液罐；45、引導(dǎo)支架；46、第五固定螺釘；47、氣動活塞固定板；48、培養(yǎng)液輸出管；49、第二過濾器；50、第二氣體調(diào)節(jié)閥；51、第二蠕動栗；52、氣動活塞。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步詳細(xì)說明，以下實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。
[0021]如圖1和圖2所示，一種組織工程軟骨體外培養(yǎng)裝置，包括機架，機架上設(shè)置有軟骨培養(yǎng)機構(gòu)，該裝置還包括為軟骨培養(yǎng)機構(gòu)輸送培養(yǎng)液的培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)和為軟骨培養(yǎng)機構(gòu)施加動態(tài)靜壓力的動態(tài)靜壓施加機構(gòu)，以及用于控制培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)的培養(yǎng)液輸入和輸出的動態(tài)密封機構(gòu)動態(tài)密封機構(gòu)，以及用于測量軟骨培養(yǎng)機構(gòu)內(nèi)靜壓力的壓力測量機構(gòu)。該裝置能夠模擬體內(nèi)動態(tài)靜壓力的軟骨力學(xué)環(huán)境，施加不同頻率和大小的靜壓應(yīng)力，能培養(yǎng)涉及的軟骨包括人耳廓軟骨、氣管、鼻、乳房與乳頭、眼瞼穹窿等軟骨組織。
[0022]其中，機架包括支撐桿1、上平臺34和下平臺36，4根支撐桿1通過固定螺釘4分別將上平臺34和下平臺36連在一起，在上平臺34上安裝有動態(tài)密封機構(gòu)、動態(tài)靜壓施加機構(gòu)、軟骨培養(yǎng)機構(gòu)、壓力測量機構(gòu)，在下平臺36上裝有培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)，上下平臺搭配構(gòu)成整個培養(yǎng)裝置。容易理解的是，本實施例機架的結(jié)構(gòu)不限于上下平臺的構(gòu)造，也可以將所有機構(gòu)都安放在一個平臺上，本實施例的上下平臺的構(gòu)造有利于減少整個裝置的體積。
[0023]軟骨培養(yǎng)機構(gòu)包括至少一個培養(yǎng)室，本實施例設(shè)置了第一培養(yǎng)室8、第二培養(yǎng)室22、第三培養(yǎng)室26、第四培養(yǎng)室31。培養(yǎng)室固定在上平臺34上，培養(yǎng)室的數(shù)量根據(jù)實際的需求設(shè)置，本發(fā)明不限于培養(yǎng)室的具體數(shù)量。
[0024]本實施例的第一培養(yǎng)室8、第二培養(yǎng)室22、第三培養(yǎng)室26和第四培養(yǎng)室31上部封蓋有密封板29，培養(yǎng)室分別通過4個第二固定螺釘10與上密封板29連接，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品組織在密閉環(huán)境下進行動態(tài)靜壓培養(yǎng)。
[0025]本實施例培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)用于為軟骨培養(yǎng)機構(gòu)輸送培養(yǎng)液，該培養(yǎng)液循環(huán)機構(gòu)包括依次連接的培養(yǎng)液輸入口 2、第一儲液罐11、第一蠕動栗37、培養(yǎng)液輸入管38、培養(yǎng)室壓力引導(dǎo)板42，依次連接的培養(yǎng)液輸出管48、第二蠕動栗51、第二儲液罐44、第二過濾器49、培養(yǎng)液輸出口 35，以及用于驅(qū)動第一蠕動栗37和第二蠕動栗51的第一步進電機3、第二步進電機33。
[0026]培養(yǎng)液從培養(yǎng)液輸入口 2注入到第一儲液罐11，并在第一蠕動栗37的作用下經(jīng)培養(yǎng)液輸入管38輸入到培養(yǎng)室壓力引導(dǎo)