[发明专利]用于椎间盘髓核组织仿生培养的静水压生物反应器

说明书

一种用于椎间盘髓核组织仿生培养的静水压生物反应器，包括底座、培养室、上盖，培养室与底座、上盖连接固定，底座上端设置一凹腔，一组织载台位于培养室下部内与底座固定连接，组织载台的下端与凹腔腔底之间留有培养液交换腔，组织载台为台阶结构，下端为大径端，上端为小径凸台，小径凸台的上端面设有若干供培养液通过的水平凹槽，大径端上环绕小径凸台圆周分布多个将培养液交换腔与培养室连通的过液通道，底座上分别设置进液孔和出液孔与培养液交换腔贯通，进液孔、出液孔分别由阀门控制，培养室内设置一施压活塞，该施压活塞位于组织载台上方，施压活塞的活塞杆穿过上盖与一用于连接施力装置的连接头连接，培养室壳体为透明体。

技术领域

本发明涉及组织仿生培养领域，特别涉及一种用于椎间盘髓核组织仿生培养的静水压生物反应器。

背景技术

椎间盘是连接脊柱椎体之间的软组织关节，主要起到连接椎体、缓冲应力负荷以及提供一定的脊柱活动度的作用，完整的椎间盘关节由终板软骨、纤维环及髓核三部分构成。研究表明，椎间盘退变始于髓核，髓核退变所引起的椎间盘突出、椎间隙狭窄是椎间盘退行性疾病发生、发展的最重要的始动因素。因此，在体外模拟髓核组织的生物学环境对于研究髓核退变及再生机制、构建组织工程髓核具有极大的研究意义及临床价值。髓核组织处于椎间盘中央位置，位于由上、下终板软骨及四周环形的纤维环包裹形成一个密闭腔室内，髓核细胞外基质主要由亲水性糖胺多糖和部分胶原纤维构成，丰富的亲水性细胞外基质使得髓核细胞处于一种静水压状态中，静水压是一种由液体传导应力的“万向”压强负荷状态，当脊柱负重髓核组织腔内静水压可处于正压状态，而当处于脊柱拉伸状态髓核组织静水压可处于负压状态。而现有的用于椎间盘离体培养的生物反应器装置多为机械压传导装置，是将离体椎间盘直接置于机械压盘之间轴向施加机械压力，由于椎间盘在人体内受到脊柱肌肉及软组织包绕，其受到多方向的复杂负荷机械力学作用，单纯轴向机械压难以准确模拟其生理状态下力学环境，并且对于椎间盘内部髓核组织的压力状态更是难以准确定量。

现有公开的组织培养装置有以下几类：

①专利号CN200810232868.9的《组织工程组织仿生培养的模拟人体生理应力的施力装置》，该类组织培养装置施加机械压应力的压盘直接与组织表面接触，不能有效模拟椎间盘髓核组织的力学微环境。

②专利号CN201210401945.5的《用于组织工程的可控液压生物反应器》，该类反应器采用气体加压方式和可控卸压技术，利用柔性隔膜使加压系统与培养系统分离，通过气体加压使培养液产生液压，对培养物提供压力刺激，避免引起培养物的机械变形。然而，这类反应器因采用高压气瓶提供气压，通过柔性隔膜对培养液施压，受柔性隔膜的影响，压应力的正压或负压状态不能得到精确调控，并且采用高压气瓶提供气压，培养腔内压力为5Mpa，每次施压需保压30分钟，无法形成脉冲式水压，不能有效建立适于模拟椎间盘髓核组织的生理环境，尤其是这种5Mpa高压强负荷并不符合髓核组织的0.15-3MPa压强的生理环境。

而且，现有的生物反应器多为金属罐体，无可视化观察窗，精细调控压力值能力差，不利于培养过程中组织状态观察，并且循环培养液的进水口设置在培养腔内，位于放置的培养组织附近，水流冲击会破坏培养环境。

鉴于椎间盘髓核组织的特性，目前在组织仿生培养领域尚无适合于椎间盘髓核组织仿生培养的装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有组织培养生物反应器存在的不足，提供一种用于椎间盘髓核组织仿生培养的静水压生物反应器，它能模拟椎间盘髓核组织的生理环境，能有效培养椎间盘髓核组织。

本发明的技术方案是这样实现的：