[实用新型]生物组织工程血管发生装置

说明书

技术领域

本实用新型属于生物组织工程制备装置，特别涉及生物组织工程血管发生装置。

背景技术

目前生物组织工程血管主要在生物反应器中构建，现有技术和装置仍在实验研究阶段，尚未出现可以工厂化生产的解决方案。现将该领域研究水平和技术难题列举如下：

(1)血管的三维培养

传统的单层细胞培养细胞呈二维方式生长，其生长状态、生物学特征和增殖代谢与体内生长差异很大，无法满足生物组织工程学的要求。因此，近年来发展起来的血管三维培养技术是血管组织工程的重要技术。目前对血管种子细胞，尤其是构成血管壁的血管平滑肌细胞，三维培养方法主要依赖细胞外基质作为支架，提供活细胞在体外生长所需的支持物，为细胞生长创造三维空间，便于细胞黏着、生长和新陈代谢。制备支架的材料包括胶原、纤维结合蛋白等天然材料和聚乙醇酸、聚乙交酯等人工合成材料。这些材料与种子细胞混合后形成胶体，置入培养板中在孵箱内培养。

这种血管种子细胞与支架材料混合培养的方式虽然解决了三维生长的问题，但仍然无法真实模拟血管在体内的生长环境。首先，由于重力原因，细 胞无法在支架中均匀生长；再者，细胞融入凝胶之中会增加与培养液的接触距离，导致细胞营养供应不上，还会使代谢废物堆积，影响细胞生长；另外，如果支架材料不可分解，就会造成已成型血管与基质分离困难，不利于自动化生产。

(2)血管组织动态培养

与静态种植比较，动态培养在前者细胞附着的数量、分布的均匀度、生长情况和纤维蛋白的沉积都具有优势。目前的动态培养多采用体外模拟生物体内反应，即生物反应器内的培养。生物反应器能兼顾器官培养所需的传热、传气、营养供给和流体动力条件，当前应用较多的是旋转式器官培养装置，基本能满足血管的三维培养需要。

但现有的生物反应器本身是为细胞的动态培养设计，不能达到组织工程血管生产的要求。一是生物反应器只能培养单种细胞，而生产血管需要多种细胞共同参与；二是旋转式生物反应器无法真实模拟血管承受的流变力、切应力、脉冲压等流体动力学条件；三是器形多为竖桶或圆皿状，不利于血管支架的置入与和成品血管的取出。

(3)血管三层结构的建立

理想的血管应当具备成纤维细胞构成外膜、平滑肌细胞构成的中膜和内皮细胞构成的内膜等三层结构。目前建立组织工程血管结构的方法主要有三：一是采取在人工血管内表面种植内皮细胞的方法，以纤维蛋白胶预衬人工血管，将内皮细胞制成悬液灌入，置入孵箱内静态培养；二是在毯状血管基质上种植多层细胞，先种植血管壁细胞，再在其上层种植内皮细胞，置入生物 反应器中动态培养，使用时缝合成管状；三是在血管支架材料上种植可以分化为多种血管组织的干细胞，培养装置多为自制的反应器，模拟动脉搏动等血流条件。

以当前技术构建的血管难以形成理想的三层结构，并且可能出现以下问题：一是种植的内皮细胞层不够牢固，不能耐受血流的冲刷，脱落后会引起继发性的血栓形成，降低其远期的通畅率；二是在体外静态下形成的组织工程血管缺乏足够的弹性中膜支撑，不能达到或接近正常血管的结构强度；三是需要复杂的后期加工或者诱导干细胞分化过程，不利于形成工厂化生产；四是反应装置需要置入孵箱，对器形、气路、电路限制较多，且开放式的生产环境增加污染机会。

现有的生物组织工程血管生产方案具有如下不足：一是无法满足生产血管所具备的三维空间构造，生产过程无法模拟血管在体内承受的流体动力学环境，因此难以在体外构建出理想的组织工程血管；二是无法承载两种以上种子细胞同时生长，因此也就无法生成包含三层结构并各具活性的血管组织架构；三是生产过程整合程度不高，往往包含数个独立的操作，既不利于形成工厂化生产，也给不便于标准化控制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种生物组织工程血管的反应装置，能提供生物组织工程血管构建实验室生产的全过程解决方案，并有放大形成工厂化生产的潜力。所构建的血管要具有含成纤维细胞外膜、平滑肌细胞中膜和内皮细胞内膜的三层构造，达到或接近正常血管的力学特性和生物学活性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：