CN115125139A - 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用 - Google Patents

椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115125139A
CN115125139A CN202210908862.9A CN202210908862A CN115125139A CN 115125139 A CN115125139 A CN 115125139A CN 202210908862 A CN202210908862 A CN 202210908862A CN 115125139 A CN115125139 A CN 115125139A
Authority
CN
China
Prior art keywords
intervertebral disc
bioreactor
platform
culture
biomechanical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210908862.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高忠亚
焦宗琪
王璨
王艺瑾
李阳
王海滨
郭群峰
杨海松
卢旭华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Changzheng Hospital
Original Assignee
Shanghai Changzheng Hospital
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Changzheng Hospital filed Critical Shanghai Changzheng Hospital
Priority to CN202210908862.9A priority Critical patent/CN115125139A/zh
Publication of CN115125139A publication Critical patent/CN115125139A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/04Mechanical means, e.g. sonic waves, stretching forces, pressure or shear stimuli
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种椎间盘生物力学压力‑载荷诱导仿生培养系统及其应用,该系统包括外固定架、Stewart平台、椎间盘生物反应器、载物平台和营养液流系统,的载物平台位于外固定架中下部,椎间盘生物反应器放置在载物平台上,Stewart平台上端与外固定架的顶端相连,Stewart平台下端与椎间盘生物反应器相连;Stewart平台用于提供整个系统所需生物力学仿生运动‑压力模拟需求;所述营养液流系统与椎间盘生物反应器相连,用于向椎间盘生物反应器提供营养液。与现有技术相比,本发明为椎间盘损伤与退变的机制研究提供仿生平台,为探索椎间盘损伤与退变性疾病新疗法提供新研究系统,减少实验动物资源的使用,提高实验效能,减少实验费用。

Description

椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用
技术领域
本发明属于生物医学研究及工程技术领域,涉及一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用。
背景技术
椎间盘损伤与退变是引起颈肩腰腿痛的主要原因在之一。根据现有数据统计,该症发病率逐年增加,并呈年轻化趋势。虽然该类疾病是非致死性疾病,但其产生的疼痛等临床症状严重影响患者的生活质量,为患者本人、家庭及社会造成极大负担。但目前椎间盘损伤退变性疾病的病因机制尚不完全明确,因此,亟待深入研究探索。
椎间盘损伤退变的病因机制虽不完全清楚,但椎间盘机械力损害和营养缺乏两种假说普遍被学者接受。机械力损害假说认为过度的机械力作用导致椎间盘组织出现微裂痕,继而导致椎间盘细胞内环境稳态失衡,导致细胞基质分解从而引起退变;另一种营养缺乏假说认为,由于各种原因导致终板通过弥散作用提供养分不足,使椎间盘细胞数量逐渐减少,椎间盘内稳态遭到破坏,从而导致椎间盘机械性能下降引起退变。此外,遗传因素、炎症因子反应、个人生活状态等也认为与椎间盘退变有关。
为了研究椎间盘损伤退变的机制,在体内研究中,研究者多采用横跨多个物种、从小动物到大动物的不同实验动物模型进行探索。已报道采用的实验动物包括小鼠、大鼠、新西兰兔、猪、山羊、小牛、狒狒等,但从椎间盘的活动度、生物化学组成、细胞密度和种类的方面比较,牛尾椎间盘与人的椎间盘高度相似,因此作为实验研究更加贴近人类腰椎椎间盘的实际情况。椎间盘退变的造模方法多采用酶解和针刺机械破坏两种方法。酶解方法主要采用硫酸软骨素酶、胰蛋白酶和木瓜蛋白酶等消化椎间盘中的氨基葡聚糖或胶原成分从而诱导椎间盘退变;针刺机械破坏法一般通过22G的针刺破坏纤维环结构,从而诱导细胞死亡及改变椎间盘的受力情况诱导退变。然而采用动物模型进行相关研究存在诸多弊端。首先,目前尚无大型双足直立行走且遗传背景与人类相似的动物莫醒醒,能够完全模仿人类脊柱椎间盘在生活和各种劳动中的运动工况。其次,采用实验动物的费用高昂,是一笔不小的负担。再次,饲养和繁殖实验动物需要有专门的实验动物房,且配有足够的空间,并对动物饲料、饮水、空气等有相对严格的控制条件,以确保动物福利和实验的一致性;此外,应用实验动物进行相关实验一致受到动物保护组织的诟病。
而近年来,3D组织培养的方法越来越受到研究者青睐。该方法的最大优势是可以在可控的实验条件下,对椎间盘组织给予各种干预,比如炎症刺激、针刺机械处理、一些椎间盘注射新治疗方法的研究等;这种方法的不足之处在于,不能模拟人直立行走时脊柱的受力状态。因此,有必要开发一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,力求减少传统实验动物的使用。
目前国内外已报道有的装置可做单一轴向加压(持续或周期性改变压力状态)培养,有的装置加设了培养基液流系统,方便更换培养液,从而观察研究椎间盘损伤退变的机制。中国专利CN103550016A公开了用于椎间盘仿生培养的均匀施力装置,中国专利CN215103318U公开了静水压仿生培养椎间盘髓核组织的装置。
但是,已报道的这些椎间盘生物模拟装置仍存在以下不足:对椎间盘受力以轴向施压为主,不能很好的模拟过伸、过屈、侧屈、旋转等方向的受力;各种装置对椎间盘大小有一定限制,不能适应多种不同的椎间盘周径;基本以单个修整过的椎间盘培养为主,不能对包括上下椎体及周围韧带等在内的椎间盘功能单位进行整体培养。
发明内容
为了进一步发展更加符合人体生物力学和实际工况的椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,用来减少传统实验动物的使用、甚至进行部分替代,更好的研究椎间盘损伤退变相关疾病的机制作用,本发明提供一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用。
本发明提供的椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统符合人体生物力学,能够根据人脊柱的运动模式,建立力学仿生培养体系,模仿人体椎间盘的前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况受力情况,以期提供更加接近真实椎间盘力学及生物学环境,节省实验动物资源;同时,可通过营养液流系统设置不同营养、不同炎症因子种类和浓度等内环境,模拟椎间盘损伤与退变微环境;此外,可以模拟创伤对椎间盘退变的影响、进行椎间盘干细胞注射治疗、自体血小板血浆注射等再生修复新疗法的体内模拟研究;减少传统实验动物的使用、甚至进行部分替代,提高生物研究的效率和准确性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
本发明首先提供一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,该系统包括外固定架、Stewart平台、椎间盘生物反应器、载物平台和营养液流系统,所述的载物平台位于外固定架中下部,将外固定架分为上层空间和下层空间,Stewart平台和椎间盘生物反应器位于上层空间,所述椎间盘生物反应器放置在载物平台上,所述Stewart平台上端与外固定架的顶端相连,所述Stewart平台下端与椎间盘生物反应器相连;所述Stewart平台用于提供整个系统所需生物力学仿生运动-压力模拟需求;所述营养液流系统与椎间盘生物反应器相连,用于向椎间盘生物反应器提供营养液。
在本发明的一个实施方式中,所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内。可以获得所需的恒温、常规氧浓度或低氧培养条件。
在本发明的一个实施方式中,所述外固定架为长方体形钢架结构,作为支撑主体。
在本发明的一个实施方式中,所述Stewart平台包括六根操纵杆、连接平台和传动杆,所述操纵杆安装在连接平台上表面,所述的传动杆安装在连接平台下表面,所述外固定架顶端设有锚定点,所述Stewart平台通过六根操纵杆与外固定架上的锚定点连接,所述Stewart平台通过传动杆与椎间盘生物反应器连接。
在本发明的一个实施方式中,所述的Stewart平台连接外部操作系统,用于控制Stewart平台的运动。可以根据实验需要设置相应运动及施力参数,控制Stewart平台的运动,经由传动杆传递到椎间盘生物反应器的椎间盘固定台,从而实现对椎间盘组织前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟培养。
在本发明的一个实施方式中,所述的椎间盘生物反应器包括底端载物台、上端椎间盘固定台及培养瓶,共同构成椎间盘生物反应器的主体;所述底端载物台与上端椎间盘固定台均位于培养瓶内,所述底端载物台与上端椎间盘固定台用于固定及承载椎间盘组织,所述培养瓶用于承纳培养液、底端载物台、上端椎间盘固定台以及椎间盘组织;所述上端椎间盘固定台与Stewart平台的传动杆连接,对椎间盘组织实施前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟。
在本发明的一个实施方式中,所述底端载物台上表面设有微圆锥形倒刺,所述椎间盘固定台下表面设有微圆锥形倒刺。所述椎间盘固定台为小直径平台。
在本发明的一个实施方式中,所述营养液流系统包括培养液贮存器、进液管、进液管控制电机、出液管、出液管控制电机和废液收集瓶,所述的培养液贮存器与椎间盘生物反应器的培养瓶通过进液管相连通,所述进液管上设有进液管控制电机,所述椎间盘生物反应器的培养瓶还与废液收集瓶通过出液管相连通,所述出液管上设有出液管控制电机。通过进液管控制电机将培养液贮存器中的培养液通过进液管传输到椎间盘生物反应器的培养瓶内;如需要更换培养液,可由出液管控制电机通过出液管将废液从椎间盘生物反应器的培养瓶底端吸出,传输到废液瓶中;进液管和出液管具有防逆流系统,防止培养液被污染。其中,培养液贮存器、废液收集瓶位于外固定架的下层空间,进液管控制电机、出液管控制电机放置在载物平台上。
在本发明的一个实施方式中,所述进液管控制电机和出液管控制电机通过电源线与放置在载物平台上的电源连接,同时连接至控制系统,便于按需集成控制。
本发明还提供所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统的应用,其特征在于,该应用包括以下操作步骤:
S1、将用于实验的椎间盘组织标本放置于椎间盘生物反应器的底端载物台与上端椎间盘固定台之间,并调整底端载物台与上端椎间盘固定台之间的高度,使椎间盘标本妥善固定;
S2、将椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内,根据实验实际需要,调节培养箱内温度及氧浓度等环境至特定水平,并利用营养液流系统将培养液输注椎间盘生物反应器内,模拟椎间盘在人体内的环境;
S3、通过与Stewart平台链接的外部操作系统设置实验需要的相应运动及施力参数,控制Stewart平台的运动,再经由传动杆传递到椎间盘生物反应器的上端椎间盘固定台,从而模拟椎间盘组织前屈、后伸、侧屈或旋转不同工况生物力学模式;
S4、待模拟操作结束后,利用营养液流系统将废液从椎间盘生物反应器中转移,根据实验需求行进一步相关检验。
本发明通过模拟人体生物力学特征,由控制系统操控,仿真人体脊柱椎间盘在前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况,对椎间盘组织进行体外培养,同时可通过营养液流系统定时更换培养基,并可根据研究需要在其中加入炎症因子等因素的模拟创伤或退变微环境进行培养。该仿生模拟培养系统可为椎间盘损伤与退变的机制研究提供仿生平台,为探索椎间盘损伤与退变性疾病新疗法提供新研究系统,减少实验动物资源的使用,提高实验效能,减少实验费用。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明提供的椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,可置于常规两气或三气培养箱内,从而获得所需的恒温、常规氧浓度或低氧培养条件;
(2)本发明Stewart平台连接外部操作系统,根据实验需要设置相应运动及施力参数,控制Stewart平台的运动,经由传动杆传递到椎间盘生物反应器的上端椎间盘固定台,从而实现对椎间盘组织前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟培养;
(3)本发明椎间盘生物反应器的底端载物台,其上表面设有微圆锥形倒刺,用于固定及承载椎间盘组织;上端椎间盘固定台为小直径平台,其下表面同样设有微圆锥形倒刺,功能同前,并与Stewart平台的传动杆连接,对椎间盘组织实施前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟;
(4)本发明椎间盘生物反应器的营养液流系统,根据实验需求,将培养液输注至椎间盘生物反应器中,以及将废液移出椎间盘生物反应器,且设有防逆流系统,可有效避免培养液遭受污染。
整体而言,本发明提供的椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,能够模拟人体生物力学特征,仿真人体脊柱椎间盘在前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况,对椎间盘组织进行培养,同时可通过营养液流系统定时更换培养基,并可根据研究需要在其中加入炎症因子等因素的模拟创伤或退变微环境,可为椎间盘损伤与退变的机制研究提供仿生平台,为探索椎间盘损伤与退变性疾病新疗法提供新研究系统。
附图说明
图1为本发明实施例中椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统整体结构示意图;
图2为本发明实施例中椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统中Stewart平台的结构示意图;
图3为本发明实施例中椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统中椎间盘生物反应器的结构示意图;
图4为本发明实施例中椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统中营养液流系统的结构示意图。
图中附图标号所示:
1—外固定架、2—Stewart平台、3—椎间盘生物反应器、4—载物平台、5—营养液流系统;
11—锚定点、12—操纵杆、13—连接平台、14—传动杆;
21—底端载物台、22—上端椎间盘固定台、23—培养瓶;
31—培养液贮存器、32—进液管、33—进液管控制电机、34—出液管、35—出液管控制电机、36—废液收集瓶、37—电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例:
参考图1,本实施例首先提供一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,该系统包括外固定架1、Stewart平台2、椎间盘生物反应器3、载物平台4和营养液流系统5,所述的载物平台4位于外固定架1中下部1/3位置处,将外固定架1分为上层空间和下层空间,Stewart平台2和椎间盘生物反应器3位于上层空间,所述椎间盘生物反应器3放置在载物平台4上,所述Stewart平台2上端与外固定架1的顶端相连,所述Stewart平台2下端与椎间盘生物反应器3相连;所述Stewart平台2用于提供整个系统所需生物力学仿生运动-压力模拟需求;所述营养液流系统5与椎间盘生物反应器3相连,用于向椎间盘生物反应器3提供营养液。
使用本实施例的椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统时,将所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内,可以获得所需的恒温、常规氧浓度或低氧培养条件。
本实施例中,所述外固定架1为长方体形钢架结构,作为支撑主体。
进一步参考图2,本实施例中,所述Stewart平台2包括六根操纵杆12、连接平台13和传动杆14,所述操纵杆12安装在连接平台13上表面,所述的传动杆14安装在连接平台13下表面,所述外固定架1顶端设有锚定点11,所述Stewart平台2通过六根操纵杆12与外固定架1上的锚定点11连接,所述Stewart平台2通过传动杆14与椎间盘生物反应器3连接。
本实施例中,所述的Stewart平台2连接外部操作系统,用于控制Stewart平台2的运动。可以根据实验需要设置相应运动及施力参数,控制Stewart平台2的运动,经由传动杆14传递到椎间盘生物反应器3的椎间盘固定台,从而实现对椎间盘组织前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟培养。
进一步参考图3,本实施例中,所述的椎间盘生物反应器3包括底端载物台21、上端椎间盘固定台22及培养瓶23,共同构成椎间盘生物反应器的主体;所述底端载物台21与上端椎间盘固定台22均位于培养瓶23内,所述底端载物台21与上端椎间盘固定台22用于固定及承载椎间盘组织,所述培养瓶23用于承纳培养液、底端载物台21、上端椎间盘固定台22以及椎间盘组织;所述上端椎间盘固定台22与Stewart平台2的传动杆14连接,对椎间盘组织实施前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况生物力学模拟。
进一步参考图3,本实施例中,所述底端载物台21上表面设有微圆锥形倒刺,所述椎间盘固定台22下表面设有微圆锥形倒刺。所述椎间盘固定台22为小直径平台。
进一步参考图4,本实施例中,所述营养液流系统5包括培养液贮存器31、进液管32、进液管控制电机33、出液管34、出液管控制电机35和废液收集瓶36,所述的培养液贮存器31与椎间盘生物反应器3的培养瓶23通过进液管32相连通,所述进液管32上设有进液管控制电机33,所述椎间盘生物反应器3的培养瓶23还与废液收集瓶36通过出液管34相连通,所述出液管34上设有出液管控制电机35。通过进液管控制电机33将培养液贮存器31中的培养液通过进液管32传输到椎间盘生物反应器3的培养瓶23内;如需要更换培养液,可由出液管控制电机35通过出液管34将废液从椎间盘生物反应器3的培养瓶23底端吸出,传输到废液瓶36中;进液管32和出液管34具有防逆流系统,防止培养液被污染。其中,培养液贮存器31、废液收集瓶36位于外固定架1的下层空间,进液管控制电机33、出液管控制电机35放置在载物平台4上。
进一步参考图4,本实施例中,所述进液管控制电机33和出液管控制电机35通过电源线与放置在载物平台4上的电源37连接,同时连接至控制系统,便于按需集成控制。
本实施例还提供所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统的应用,其特征在于,该应用包括以下操作步骤:
S1、将用于实验的椎间盘组织标本放置于椎间盘生物反应器3的底端载物台21与上端椎间盘固定台22之间,并调整底端载物台21与上端椎间盘固定台22之间的高度,使椎间盘标本妥善固定;
S2、将椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内,根据实验实际需要,调节培养箱内温度及氧浓度等环境至特定水平,并利用营养液流系统5将培养液输注椎间盘生物反应器3内,模拟椎间盘在人体内的环境;
S3、通过与Stewart平台2链接的外部操作系统设置实验需要的相应运动及施力参数,控制Stewart平台2的运动,再经由传动杆传递到椎间盘生物反应器3的上端椎间盘固定台22,从而模拟椎间盘组织前屈、后伸、侧屈或旋转不同工况生物力学模式;
S4、待模拟操作结束后,利用营养液流系统5将废液从椎间盘生物反应器3中转移,根据实验需求行进一步相关检验。
本实施例通过模拟人体生物力学特征,由控制系统操控,仿真人体脊柱椎间盘在前屈、后伸、侧屈、旋转等不同工况,对椎间盘组织进行体外培养,同时可通过营养液流系统定时更换培养基,并可根据研究需要在其中加入炎症因子等因素的模拟创伤或退变微环境进行培养。该仿生模拟培养系统可为椎间盘损伤与退变的机制研究提供仿生平台,为探索椎间盘损伤与退变性疾病新疗法提供新研究系统,减少实验动物资源的使用,提高实验效能,减少实验费用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,该系统包括外固定架(1)、Stewart平台(2)、椎间盘生物反应器(3)、载物平台(4)和营养液流系统(5),
所述的载物平台(4)位于外固定架(1)中下部,将外固定架(1)分为上层空间和下层空间,Stewart平台(2)和椎间盘生物反应器(3)位于上层空间,所述椎间盘生物反应器(3)放置在载物平台(4)上,所述Stewart平台(2)上端与外固定架(1)的顶端相连,所述Stewart平台(2)下端与椎间盘生物反应器(3)相连,所述Stewart平台(2)用于提供整个系统所需生物力学仿生运动-压力模拟需求;所述营养液流系统(5)与椎间盘生物反应器(3)相连,用于向椎间盘生物反应器(3)提供营养液。
2.根据权利要求1所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内。
3.根据权利要求1所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述外固定架(1)为长方体形钢架结构。
4.根据权利要求1所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述Stewart平台(2)包括六根操纵杆(12)、连接平台(13)和传动杆(14),所述操纵杆(12)安装在连接平台(13)上表面,所述的传动杆(14)安装在连接平台(13)下表面,所述外固定架(1)顶端设有锚定点(11),所述Stewart平台(2)通过六根操纵杆(12)与外固定架(1)上的锚定点(11)连接,所述Stewart平台(2)通过传动杆(14)与椎间盘生物反应器(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述的Stewart平台(2)连接外部操作系统,用于控制Stewart平台(2)的运动。
6.根据权利要求4所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述的椎间盘生物反应器(3)包括底端载物台(21)、上端椎间盘固定台(22)及培养瓶(23),共同构成椎间盘生物反应器的主体;
所述底端载物台(21)与上端椎间盘固定台(22)均位于培养瓶(23)内,所述底端载物台(21)与上端椎间盘固定台(22)用于固定及承载椎间盘组织,所述培养瓶(23)用于承纳培养液、底端载物台(21)、上端椎间盘固定台(22)以及椎间盘组织;
所述上端椎间盘固定台(22)与Stewart平台(2)的传动杆(14)连接,对椎间盘组织实施前屈、后伸、侧屈、旋转不同工况生物力学模拟。
7.根据权利要求6所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述底端载物台(21)上表面设有微圆锥形倒刺,所述椎间盘固定台(22)下表面设有微圆锥形倒刺。
8.根据权利要求6所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述营养液流系统(5)包括培养液贮存器(31)、进液管(32)、进液管控制电机(33)、出液管(34)、出液管控制电机(35)和废液收集瓶(36),所述的培养液贮存器(31)与椎间盘生物反应器(3)的培养瓶(23)通过进液管(32)相连通,所述进液管(32)上设有进液管控制电机(33),所述椎间盘生物反应器(3)的培养瓶(23)还与废液收集瓶(36)通过出液管(34)相连通,所述出液管(34)上设有出液管控制电机(35)。
9.根据权利要求8所述的一种椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统,其特征在于,所述进液管控制电机(33)和出液管控制电机(35)通过电源线与放置在载物平台(4)上的电源(37)连接,同时连接至控制系统,便于按需集成控制。
10.如权利要求1至9任一项所述椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统的应用,其特征在于,该应用包括以下操作步骤:
S1、将用于实验的椎间盘组织标本放置于椎间盘生物反应器(3);
S2、将椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统置于两气或三气培养箱内,调节培养箱内环境至特定水平,并利用营养液流系统(5)将培养液输注椎间盘生物反应器(3)内,模拟椎间盘在人体内的环境;
S3、通过与Stewart平台(2)链接的外部操作系统设置实验需要的相应运动及施力参数,控制Stewart平台(2)的运动,传递到椎间盘生物反应器(3),从而模拟椎间盘组织前屈、后伸、侧屈或旋转不同工况生物力学模式;
S4、待模拟操作结束后,利用营养液流系统(5)将废液从椎间盘生物反应器(3)中转移,根据实验需求行进一步相关检验。
CN202210908862.9A 2022-07-29 2022-07-29 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用 Pending CN115125139A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210908862.9A CN115125139A (zh) 2022-07-29 2022-07-29 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210908862.9A CN115125139A (zh) 2022-07-29 2022-07-29 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115125139A true CN115125139A (zh) 2022-09-30

Family

ID=83385541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210908862.9A Pending CN115125139A (zh) 2022-07-29 2022-07-29 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115125139A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115369037A (zh) * 2022-10-24 2022-11-22 中国中医科学院望京医院(中国中医科学院骨伤科研究所) 一种脊柱的培养液的全循环装置、方法及加载系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115369037A (zh) * 2022-10-24 2022-11-22 中国中医科学院望京医院(中国中医科学院骨伤科研究所) 一种脊柱的培养液的全循环装置、方法及加载系统
CN115369037B (zh) * 2022-10-24 2023-01-31 中国中医科学院望京医院(中国中医科学院骨伤科研究所) 一种脊柱的培养液的全循环装置、方法及加载系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6928598B2 (ja) ヒトおよび大型哺乳動物の肺のバイオリアクター
US6998265B2 (en) Method and apparatus to grow and mechanically condition cell cultures
Sherwood et al. Human physiology: from cells to systems
Carver et al. Semi-continuous perfusion system for delivering intermittent physiological pressure to regenerating cartilage
JP4958777B2 (ja) 物理的/物理化学的刺激により処理される非晶質細胞送達ビヒクル
Freed et al. Spaceflight bioreactor studies of cells and tissues
ES2870558T3 (es) Adipocitos para aplicaciones de condrocitos
CN115125139A (zh) 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统及其应用
CN105833277A (zh) 治疗类风湿性关节炎的干细胞制剂及其制备方法和应用
CN102174397B (zh) 仿生三维流体切应力细胞培养装置及其切应力加载方法
CN201883096U (zh) 一种双频压缩-径向扭转椎间盘组织工程生物反应器
CN218491766U (zh) 椎间盘生物力学压力-载荷诱导仿生培养系统
CN1155690C (zh) 循环和生理应力模拟工程化组织三维培养装置
CN103160434A (zh) 模拟机体内环境的自动化细胞培养装置
CN106085854A (zh) 一种基于血液透析器的细胞培养装置
CN105368712B (zh) 一种组织工程皮肤产业化培养装置
CN201485469U (zh) 对培养物进行双频加载的加载装置
Lagana et al. A new bioreactor for the controlled application of complex mechanical stimuli for cartilage tissue engineering
Wang et al. Research update on bioreactors used in tissue engineering
Li et al. In vitro physical stimulation of tissue-engineered and native cartilage
CN202347025U (zh) 模拟机体内环境的自动化细胞培养装置
US20230008649A1 (en) Tumor Microenvironment on Chip
STADNYK et al. SERUM CREATINE PHOSPHOKINASE ACTIVITY IN RABBITS DURING REGENERATION OF EXPERIMENTALLY DAMAGED MUSCLE TISSUE AND AFTER ITS STIMULATION BY TRANSPLANTED MSC.
Morcimen et al. Dynamic models for investigating structure/function of biomaterials: bioreactors
CN109490040A (zh) 间充质干细胞制剂血管刺激性的评价方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination