专利名称：一种仿生型心肌组织生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及组织工程领域，具体涉及一种心肌组织生物反应器。
背景技术：
由于心肌组织本身缺乏足够的再生能力，在心脏损失了大量心肌细胞以后，往往形 成纤维化的疤痕，通常，心肌梗塞就是由此而引起的。心肌梗塞会妨碍心肌正常的同歩 收縮，加重心脏健康部位的负荷，造成更多的心肌细胞死亡和心壁变形，短期内，就可 能会因恶性循环而使梗塞面积加倍。心肌梗塞一旦发生，就很难逆转，心脏的功能会受 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，如心脏病发作和充血 性心力衰竭(CHF)仍然是人类生命健康最大的威胁之一。
心肌修复是近年来出现的一个治疗受损心肌的新概念。心肌修复是指在细胞水平上， 通过在心肌受损区域生长出"活"心肌组织并使其血管化，重塑受损的心肌组织，从而 恢复心脏的功能。心肌组织工程被认为是一种很有希望的途径和方式，在替代和维持梗 塞的心肌组织功能，并进而治愈疾病以最大限度地挽救病人生命方面可能发挥巨大作用。
组织工程生物反应器是一种体外构建人体组织的系统装置。应用于组织工程的生物 反应器必须尽可能地模拟和稳定地再现与体内人体组织自然生长相似的内环境(如力场、 电场、磁场、生物化学和物质能量信息的传输交流方式等影响因素)，才能使其中培养 物(如细胞，特别是细胞-三维生物材料复合物)按照其时空特异性正确地进行基因表达 和细胞分化、正常地生长发育，才有可能获得活体组织的类似物；或者最终在体外形成 特定的组织，用于临床修复人体相应的组织缺损。
目前在组织工程研究中使用的有代表性的生物反应器包括(1)搅拌式生物反应器； (2)旋转壁式生物反应器；(3)中空纤维式生物反应器；(4)直接灌流式生物反应器；
(5)应力加载式生物反应器等,模拟正常生理条件下的力学环境。Hoerstrup等研制了一 种脉动式生物发生器，它可以产生脉动液流和压力。将骨髓间充质干细胞胞-生物材料复 合物置于其中培养，在脉动液流和压力的作用下促进了胶原蛋白的分泌，其结构与机械 性能比较接近人体三尖瓣。(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.)刘霞等开展了生物反应器内再造组织工程化心肌的实验研究。在体外 模拟微重力条件下构建心肌细胞U胶原复合体，探索组织工程化心肌组织体外再造的可 行性(中国医学科学院学报 2003.02; 25(1): 7-12
)。Shachar介绍了心肌组织工程在生物材料和生物反应器中的设计原则(Heart FailRev. 2003 Jul ;8(3) :271-6 )。许晓增介绍了 一种用于细胞培养生物反应器 (CN95113902. 9)， Evan介绍了一种适合多种方式的生物培养方法和系统(United States Patent: 6,627,421)。心肌组织是在心电刺激的条件下产生收縮和舒张，而现有的心肌 生物反应器，末能模拟施加力学和电学刺激对培养的心肌组织的生物环境。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种仿生型心肌组织生物反应 器，从而能够模拟心肌组织生理状态下的力电环境，通过给培养的心肌细胞与支架材料 复合物施加一定的应变和电场，在体外构建心肌组织。
为此，本实用新型采用如下的技术方案
一种仿生型心肌组织生物反应器，包括心肌组织培养室，其特征在于，所述心肌组 织培养室包括壳体，在壳体上固定有培养池，在培养池的上端开设有两个凹槽，在两个 凹槽内分别设置有与电场发生器相连的电极，用以对^f培养的心肌组织施加电场，所述 生物反应器还包括液体应变加载部分和动力部分，所述液体应变加载部分包括通过固定 架固定的注射器和导管，注射器包括注射筒和活塞两部分，注射筒的尾部与导管的一端 相连，导管的另一端通过培养池下方的孔与培养池连通，注射器的活塞受动力部分控制， 所述的动力部分使活塞能够往复运动，液体应变加载部分和动力部分所产生的液体压力 对心肌组织施加应变，形成仿生型力、电场耦合的心肌组织三维培养环境。
上述的仿生型心肌组织生物反应器，所述的动力部分具体可以采用以下的机构包 括连杆、圆盘、电机、移动夹持块、滑槽，圆盘受电机驱动，圆盘上设置有滑槽，连 杆的一端受移动夹持块所夹持并置于滑槽中，另一端与注射器的活塞相连。
上述的反应器还可以包括计算机和通过数据采集卡与其相连的培养液监测站，所述 培养液监测站设置有监控培养液温度、二氧化碳、氧分压、pH值的装置，所述电场发生 器受计算机输出信号控制。
本实用新型的仿生型心肌组织生物反应器主要用于心肌组织的构建和培养，与其他 类型的生物反应器相比较，它可以进行三维培养外，还可以模拟心肌组织的力学、电学 环境，促进心肌组织的工程化构建，是一种仿生型的心肌组织生物反应器。为心肌组织 工程的研究及临床应用提供了一种新的设备，有很好的临床应用前景和潜在的社会、经 济效益。
图l本实用新型的仿生型心肌生物反应器示意图。附图标记说明如下
l.壳体2.导管3.培养池4.铂电极5.培养池盖6.心肌培养物7.注液器固 定架8.注液器9.固定架 10.连杆 11.圆盘 12.电机 13.移动夹持块 14.滑槽 15.电机固定架 16.底座具体实施方式、
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一歩介绍。
本实用新型采用机电一体化设计，如图1所示，它由心肌组织培养室、培养液监测 站(包括温度传感器、二氧化碳传感器、氧传感器、pH电极以及控制装置)、电场发生 器、液体应变加载部分、动力部分等组成。电场发生器为基于宽频波形发生器MAX038， 该发生器精度高，频率范围广，输出信号的幅值、脉宽、频率等均可调，能产生三角波、 方波和正弦波和脉冲等多种电场波形，可较好地满足实验要求，它受计算机输出信号所 控制。培养液监测站主要实现温度、二氧化碳、氧分压、PH的监测与控制，监测数据通 过采集卡被传送到计算机中。液体应变加载部分通过注液器在心肌培养物上施加应变， 实现模拟心肌组织的力学环境。
本实用新型的心肌组织培养室，由壳体l、培养池3、铂电极4等组成，培养池3固 定在壳体1的上部，培养池3里充满培养液，其上端开设有两个凹槽，在两个凹槽内分 别设置有与电场发生器的两个输出端相连的铂电极4，在培养池3的下方开设有孔。
液体应变加载部分主要包括通过固定架7横向固定的注射器8和导管2，注射器包括 注射筒和活塞两部分，注射筒的尾部与导管2的一端相连，导管2的另一端通过培养池 下方的孔与培养池3连通。注射器的活塞受动力部分控制。
动力部分包括连杆10、圆盘11、电机12、移动夹持块13、滑槽14、电机固定架15、 底座16等。圆盘11受电机12驱动，圆盘11上开设有滑槽14，连杆10的一端受移动夹 持块13所夹持并置于滑槽14中，另一端与注射器的活塞相连。电机12的转动带动注射 器活塞做往复运动。
权利要求1. 一种仿生型心肌组织生物反应器，包括心肌组织培养室，其特征在于，所述心肌组织培养室包括壳体，在壳体上固定有培养池，在培养池的上端开设有两个凹槽，在两个凹槽内分别设置有与电场发生器相连的电极，用以对所培养的心肌组织施加电场，所述生物反应器还包括液体应变加载部分和动力部分，所述液体应变加载部分包括通过固定架固定的注射器和导管，注射器包括注射筒和活塞两部分，注射筒的尾部与导管的一端相连，导管的另一端通过培养池下方的孔与培养池连通，注射器的活塞受动力部分控制，所述的动力部分使活塞能够往复运动，液体应变加载部分和动力部分所产生的液体压力对心肌组织施加应变，形成仿生型力、电场耦合的心肌组织三维培养环境。
2. 根据权利要求1所述的仿生型心肌组织生物反应器，其特征在于，所述的动力部分包 括连杆、圆盘、电机、移动夹持块、滑槽，圆盘受电机驱动，圆盘上设置有滑槽， 连杆的一端受移动夹持块所夹持并置于滑槽中，另一端与注射器的活塞相连。
3. 根据权利要求1所述的仿生型心肌组织生物反应器，其特征在于，所述的反应器还包 括计算机和通过数据釆集卡与其相连的培养液监测站，所述培养液监测站设置有监控培养液温度、二氧化碳、氧分压、pH值的装置，所述电场发生器受计算机输出信号 控制。
专利摘要本实用新型涉及组织工程领域，具体涉及一种仿生型心肌组织生物反应器，包括心肌组织培养室，所述心肌组织培养室包括壳体，在壳体上固定有培养池，在培养池的上端开设有两个凹槽，在两个凹槽内分别设置有与电场发生器相连的电极，用以对所培养的心肌组织施加电场，所述生物反应器还包括液体应变加载部分和动力部分，所述液体应变加载部分包括通过固定架固定的注射器和导管，注射器包括注射筒和活塞两部分，注射筒的尾部与导管的一端相连，导管的另一端通过培养池下方的孔与培养池连通，注射器的活塞受动力部分控制，所述的动力部分使活塞能够往复运动。本实用新型能够模拟心肌组织生理状态下的力电环境，通过给培养的心肌细胞与支架材料复合物施加一定的应变和电场，在体外构建心肌组织。
文档编号C12M3/00GK201305602SQ20082014259
公开日2009年9月9日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者侍才洪, 张永红, 张西正, 李瑞欣, 勇 郭, 新 郭, 严 魏 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所