一種組織工程軟骨體外培養裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生物醫學工程技術領域，尤其涉及一種組織工程軟骨體外培養裝置。
【背景技術】
[0002]軟骨在關節的運動功能中發揮著重要的作用。然而，關節軟骨損傷是十分常見的疾病，臨床上各種原因進行的關節鏡手術約60%的病人均發現有軟骨損傷，20%為較重的軟骨損傷。由于軟骨內缺乏血管組織，而且軟骨細胞被包裹在基質成分中，不能迀移到損傷部位修復缺損，致使關節軟骨損傷后的自愈能力很差，不能實現再生。軟骨損傷如不及時治療，易造成后期關節面軟化，嚴重的可出現大片脫落，使軟骨下骨層裸露，造成關節彈響、僵硬、疼痛加重等，最終需要關節置換，嚴重地影響患者的生活質量。因此，如何實現損傷部位軟骨組織天然結構與功能的恢復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、乳房填充等手術的供體材料，但目前缺乏具有良好生物相容性和力學性能的軟骨組織。
[0003]傳統的治療方法有關節灌洗術、關節清理術、微骨折手術、骨膜移植、軟骨移植和自體軟骨細胞移植等，已廣泛用于關節軟骨的損傷修復，但臨床應用結果顯示，這些方法均存在不足。例如，關節清理術只能暫時緩解癥狀，不能有效治療軟骨損傷;微骨折手術只能在缺損部位再生纖維軟骨，不能達到正常軟骨的力學要求，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，但供體來源有限，并有感染傳染病、免疫排斥的風險。臨床研究還表明，軟骨細胞移植是目前修復關節軟骨損傷、實現功能重建的有效途徑，基于軟骨組織的結構，如何在體外條件下構建組織工程軟骨，用于軟骨損傷的修復，為軟骨缺損治療提供更好的選擇，具有很好的臨床應用價值。
[0004]然而組織工程的方法將軟骨細胞與生物可降解材料復合構建組織工程軟骨時，通常采用靜態培養，導致體外構建的軟骨組織容易形成中空等缺陷，其力學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。目前報道的軟骨細胞動態培養方式涉及的施力形式主要是灌流和直接施加壓力的方法，環境都沒有在封閉的環境下，存在培養的時間受到限制等許多缺陷。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供組織工程軟骨體外培養裝置，以克服現有技術靜態培養培養的缺陷，模擬一個體內動態靜壓力的軟骨力學環境，能提供一種施加不同頻率和大小的靜壓應力，動態構建人體軟骨的裝置。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型計數方案如下:
[0007]—種組織工程軟骨體外培養裝置，所述裝置包括機架，所述機架上設置有軟骨培養機構，所述裝置還包括為所述軟骨培養機構輸送培養液的培養液循環機構和為所述軟骨培養機構施加動態的靜壓力的動態靜壓施加機構，以及用于控制所述培養液循環機構的培養液輸入和輸出的動態密封機構。
[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(I)，所述動態密封機構、動態靜壓施加機構、軟骨培養機構安裝在上平臺
(34)上，所述培養液循環機構安裝在下平臺(36)上。
[0009]本實用新型所述軟骨培養機構包括至少一個培養室，所述動態靜壓施加機構包括與所述培養室對應的至少一個加壓室，每個加壓室分別設置有各自的進氣口，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]本實用新型所述培養液循環機構包括依次連接的培養液輸入口(2)、第一儲液罐
[11]、第一蠕動栗(37)、培養液輸入管(38)、培養室壓力引導板(42)，依次連接的培養液輸出管(48)、第二蠕動栗(51)、第二儲液罐(44)、第二過濾器(49)、培養液輸出口(35)，以及用于驅動第一蠕動栗(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，所述動態密封機構包括對應于培養液輸入管(38)和培養液輸出管(48)的第一動態密封機構和第二動態密封機構，所述第一動態密封機構或第二動態密封機構包括氣動活塞(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)對應的密封支撐臺(41)，對密封塊(43)進行引導的引導支架(45)，以及位于氣動活塞(52)兩端的第一氣體調節閥(5)和第二氣體調節閥(50)，分別為第一氣體調節閥(5)和第二氣體調節閥(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)上還設置有連接外部氣源的三通連接口( 9)。
[0013]進一步地，所述裝置還包括壓力測量機構，所述壓力測量機構用于測量軟骨培養機構內的靜壓力，所述壓力測量機構包括壓力儀表(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)連接到培養室壓力引導板(42)。
[0014]進一步地，所述裝置還包括用于控制動態靜壓施加機構、培養液循環機構和動態密封機構的控制機構，用于實現自動控制下的循環培養。
[0015]本實用新型提出了一種組織工程軟骨體外培養裝置，以實現動態靜壓力培養環境為基礎，設計開發了一套全封閉軟骨細胞培養的裝置，將種子細胞與生物可降解材料復合，置于能模擬動態靜壓力的環境，對軟骨培養的靜壓力頻率、大小和培養液的流動狀況進行調節，在最佳的參數下進行培養，在不同頻率的靜壓力作用下構建具有良好細胞活性、良好軟骨形態和一定力學強度的軟骨組織，為生物醫學工程領域組織工程與生物力學的研究提供了一種新裝置。由于本裝置是全密封的培養，避免了軟骨細胞培養時易受污染的情況。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型裝置前端結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型裝置后端結構示意圖。
[0018]圖中附圖標記說明如下:
[0019]1、支撐桿;2、培養液輸入口； 3、第一步進電機;4、第一固定螺釘;5、第一氣體調節閥;6、第一進出氣管;7、第二進出氣管;8、第一培養室;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、第二培養室;23、氣體匯總口；24、第三進氣口；25、第三加壓室;26、第三培養室;27、第四進氣口 ；28、第四加壓室;29、上密封板;31、第四培養室;33、第二步進電機;34、上平臺；35、培養液輸出口； 36、下平臺；37、第一蠕動栗;38、培養液輸入管;40、第四固定螺釘;41、支撐臺；42、培養室壓力引導板;43、密封塊;44、第二儲液罐;45、引導支架;46、第五固定螺釘;47、氣動活塞固定板;48、培養液輸出管;49、第二過濾器;50、第二氣體調節閥；51、第二蠕動栗;52、氣動活塞。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型技術方案做進一步詳細說明，以下實施例不構成對本實用新型的限定。
[0021 ]如圖1和圖2所示，一種組織工程軟骨體外培養裝置，包括機架，機架上設置有軟骨培養機構，該裝置還包括為軟骨培養機構輸送培養液的培養液循環機構和為軟骨培養機構施加動態靜壓力的動態靜壓施加機構，以及用于控制培養液循環機構的培養液輸入和輸出的動態密封機構動態密封機構，以及用于測量軟骨培養機構內靜壓力的壓力測量機構。該裝置能夠模擬體內動態靜壓力的軟骨力學環境，施加不同頻率和大小的靜壓應力，能培養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I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上安裝有動態密封機構、動態靜壓施加機構、軟骨培養機構、壓力測量機構，在下平臺36上裝有培養液循環機構，上下平臺搭配構成整個培養裝置。容易理解的是，本實施例機架的結構不限于上下平臺的構造，也可以將所有機構都安放在一個平臺上，本實施例的上下平臺的構造有利于減少整個裝置的體積。
[0023]軟骨培養機構包括至少一個培養室，本實施例設置了第一培養室8、第二培養室22、第三培養室26、第四培養室31。培養室固定在上平臺34上，培養室的數量根據實際的需求設置，本實用新型不限于培養室的具體數量。
[0024]本實施例的第一培養室8、第二培養室22、第三培養室26和第四培養室31上部封蓋有密封板29，培養室分別通過4個第二固定螺釘10與上密封板29連接，能夠實現樣品組織在密閉環境下進行動態靜壓培養。
[0025]本實施例培養液循環機構用于為軟骨培養機構輸送培養液，該培養液循環機構包括依次連接的培養液輸入口 2、第一儲液罐11、第一蠕動栗37、培養液輸入管38、培養室壓力引導板42，依次連接的培養液輸出管48、第二蠕動栗51、第二儲液罐44、第二過濾器49、培養液輸出口 35，以及用于驅動第一蠕動栗37和第二蠕動栗51的第一步進電機3、第二步進電機33ο
[0026]培養液從培養液輸入口2注入到第一儲液罐11，并在第一蠕動栗37的作用下經培養液輸入管38輸入到培養室壓力引導板42，在培養室壓力引導板