CN218026138U - 血管灌流培养器以及灌流式磁性人造血管体外培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种血管灌流培养器的灌流式磁性人造血管体外培养装置，血管灌流培养器包括激光共聚焦培养皿、鲁尔接头、加厚弹性硅胶管、磁性人造血管试样以及磁场发生器；激光共聚焦培养皿内设置两个鲁尔接头，两个鲁尔接头的一端通过磁性人造血管试样相连，另一端竖直向上伸出激光共聚焦培养皿的皿盖上的孔洞，与加厚弹性硅胶管相连；激光共聚焦培养皿底部设置磁场发生器。体外培养装置有恒温培养箱，恒温培养箱内设有多个导流硅胶管、主体架子；主体架子上设有气液交换器、电子蠕动泵、血管灌流培养器、三孔培养基瓶、磁场发生器。该灌流式磁性人造血管体外培养装置结构简单，操作方便，易于实时观察，能够真实的模拟体内环境。

Description

血管灌流培养器以及灌流式磁性人造血管体外培养装置

技术领域

本实用新型涉及组织工程研究领域，具体涉及一种灌流式磁性人造血管体外培养装置。

背景技术

一种理想的血管替代材料应该模拟三个壁层的特性，即内膜，由内皮细胞组成，最接近血流；中间层由被胶原蛋白和弹性蛋白包围的平滑肌细胞组成；以及外膜，由细胞外基质、成纤维细胞和神经组成。由于内皮是唯一已知的完全非血栓形成的物质，在血管的管腔表面“播种”一个EC单层(也称为内皮化)将达到抗血栓和抗凝作用。为此，小口径人造血管构建过程中采用了多种方法提高内皮细胞在血管内表面的留存。材料的修饰、改性和添加生物活性分子是促进原位内皮化的常见手段。但是其过程依赖材料结构与性质，无法进行主动和远程控制，且仍需要与细胞直接接触。磁场由于其非接触式的特点，可用于远程、无创调控体内内皮化，实现细胞局部组织滞留，加速细胞在材料表面的贴附，实现一定程度上的血管重塑。

为了制备出具有实际应用价值的人造血管，需要在体外构建一个动态的生理环境，模拟体内生物力学和生化条件，用于实时研究功能组织生长发育以及不同因素(细胞/信号/支架)之间的相互作用。机械强度是组织工程结构的关键功能要求之一。与静态孵育条件下相比，流体流动下的细胞和组织生长对机械应力的响应得到增强。进一步优化动态机械调节(如脉冲压力、剪切应力)会使血管力学性能和组织学结构得到改善。

创建小口径人造血管的两个潜在障碍是内皮层的构建和力学性能不足(承受血流动力学应力的能力)。为了解决这些问题，我们开发了一种灌流式磁性人造血管体外培养系统。一是为发育中的血管结构提供生理压力和营养培养基，通过调节脉动流量和不同水平的压力，模拟人体血管脉动血流的条件。培养基循环回路为灌流培养期间体外构建的组织工程血管的管腔内部提供充足的营养物质和持续的气体交换环境，从而获得稳定的实验条件。二是通过磁场诱导远程调控内皮细胞的招募、黏附和增殖，获得外磁场作用下内皮化的最优条件。我们认为，将发育中的“组织”暴露于与该组织在体内将遇到的物理“信号”类似的环境中是有益的。在模拟生理条件下，血管结构在可控的脉动压力条件下生长，从而提高血管在体内环境中的适应性，并且可以实时观测细胞的黏附、生长和发育过程，为探索实验条件提供便捷。另外，该系统可以进行凝血实验的研究，动态观测血小板的黏附聚集情况，检测其长期通畅性；还可以观察白细胞的产生情况，以评估其炎症反应，为提前优化活体实验条件及预测体内实验情况奠定一定的实验基础。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提供了一种灌流式磁性人造血管体外培养装置，该系统可以利用磁场远程无创式调控内皮化过程，还可以模拟真实血管体内脉动血流条件，二者相互结合可以构建出一种生物相容性良好、力学性能完善的小口径磁性人造血管。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种血管灌流培养器，包括激光共聚焦培养皿、鲁尔接头、加厚弹性硅胶管、磁性人造血管试样以及磁场发生器；

激光共聚焦培养皿内设置两个鲁尔接头，两个鲁尔接头的一端通过磁性人造血管试样相连，另一端竖直向上伸出激光共聚焦培养皿的皿盖上的孔洞，与加厚弹性硅胶管相连；激光共聚焦培养皿底部设置磁场发生器。

进一步的，磁场发生器包括对应的磁铁与振荡摇床。

进一步的，激光共聚焦培养皿四周选用聚苯乙烯塑料材质，底面选用玻片材质，采用无细胞毒性的医用胶水粘接而成，能够耐受长期的细胞培养。

进一步的，鲁尔接头选用聚丙烯塑料材质。

进一步的，磁性人造血管试样为接枝了磁性纳米颗粒的血管材料。

一种血管灌流培养器的灌流式磁性人造血管体外培养装置，包括有恒温培养箱；

恒温培养箱内设有多个导流硅胶管、主体架子；

主体架子上设有气液交换器、电子蠕动泵、血管灌流培养器、三孔培养基瓶、磁场发生器；

三孔培养基瓶顶部的瓶盖上设有三孔，其中，一孔通过第一导流硅胶管与电子蠕动泵连接，另一孔通过第二导流硅胶管与气液交换器连接，最后一孔通过设置滤头与恒温培养箱连通；此外，三孔培养基瓶顶部的瓶盖上设有一换液口；

气液交换器通过第三导流硅胶管与血管灌流培养器连接；

血管灌流培养器通过第四导流硅胶管与电子蠕动泵连接。

进一步的，主体架子包括带有柱子的底板以及支撑血管灌流培养器、固定气液交换器的横梁。

进一步的，主体架子中带有柱子的底板和横梁选用不锈钢材质；气液交换器选用有机玻璃材质。

进一步的，三孔培养基瓶的顶部瓶盖选用不锈钢材质，瓶身选用玻璃材质。

进一步的，导流硅胶管中的第一导流硅胶管，第二导流硅胶管，第三导流硅胶管，第四导流硅胶管、气液交换器、加厚弹性硅胶管、激光共聚焦培养皿、鲁尔接头、三孔培养基瓶均为可灭菌材料，整个装置处于无菌环境，便于后期的细胞培养。

本实用新型相对于现有技术相比具有显著优点：

1、该灌流式磁性人造血管体外培养装置通过简易的培养腔对血管支架进行培养，结构简单，操作方便，易于实时观察，能够真实的模拟体内环境。2、同时安装多个人工血管样品，节省实验时间，减小实验误差。3、通过调节电子蠕动泵的流速改变剪切力大小，研究不同的脉动流压力对内皮细胞生长状态以及对材料力学性能的影响。3、在模拟体内、血流动力学参数的条件下，加以外磁场调控，获得内皮化的最佳条件。4、该循环体系还为组织生长发育提供了充足的营养物质和持续的气体交换环境。

附图说明

图1是本实用新型的灌流式磁性人造血管体外培养装置示意图。

图1中，1－恒温培养箱，2－导流硅胶管，2-1-第一导流硅胶管，2-2第二导流硅胶管，2-3第三导流硅胶管，2-4第四导流硅胶管，3－主体架子，4－气液交换器，5－电子蠕动泵，6－血管灌流培养器，7－三孔培养基瓶，8－磁场发生器，9－滤头，14－磁铁，15－振荡摇床，16－底板，17－横梁，18－换液口。

图2是本实用新型的血管灌流培养器整体结构图。

图2中，10－激光共聚焦培养皿，11－鲁尔接头，12－加厚弹性硅胶管，13－磁性人造血管试样。

图3是本实用新型的血管灌流培养器连接示意图，图3中，图3(1)－图3(5) 为血管灌流培养器连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例

对内径为2mm，长度为10cm的磁性细菌纤维素人造血管进行体外培养，构建一个动态的生理环境。

具体实施步骤如下：

在人造血管体外培养之前，对相应的装置进行消毒杀菌。

[1]接通电源和CO₂气瓶，打开恒温培养箱1，设置温度为37℃，CO₂含量为5％，使其稳定一段时间。

[2]将灌流式磁性人造血管体外培养装置放入恒温培养箱1中，使体系稳定在该环境中。将电子蠕动泵5的两端通过导流硅胶管2一边接在三孔培养基瓶7上，一边接在血管灌流培养器6中的加厚弹性硅胶管12上。三孔培养基瓶7一孔的下端通过导流硅胶管2插入培养基中，可充分地进行营养物质的传递，为细胞生长提供基础条件；一孔连接在气液交换器4的下端，一孔连接滤头9，可避免培养箱空间中的杂质进入培养基中；旁边另有一换液口18，为更换新鲜培养基提供便利。气液交换器4的最上端连接滤头9，可避免杂质进入循环体系中；左端通过导流硅胶管2连接在血管灌流培养器6中的加厚弹性硅胶管12上，为系统提供良好的气液交换环境。将该装置连接完毕后，打开电子蠕动泵5，保证该体系可循环流动，不发生漏水现象，稳定一段时间后，观察是否有任何问题，及时调整，避免中途调整增加实验误差，检查完毕后，关闭电子蠕动泵5。

[3]将血管灌流培养器6中的激光共聚焦培养皿10皿盖部分利用打孔机穿两个孔。选择磁性细菌纤维素人造血管试样，其中样品的内径为2mm，长度为10cm，同时做4 个平行样。根据样品的内径选择合适规格的鲁尔接头11，然后根据鲁尔接头11的外径选择与之相匹配的加厚弹性硅胶管12。将两个鲁尔外旋接头通过鲁尔内旋直角转接头连接，然后将其穿入培养皿盖的两个孔中，鲁尔接头11的一端连接了加厚弹性硅胶管12，为了避免漏液进行了加固，从而提高其密封效果，接着将磁性细菌纤维素人造血管套在鲁尔接头11的另一端。由于鲁尔接头11是圆锥形设计，又是软管，减少了破坏小口径血管试样易破碎的人为损坏以及漏液的风险。并且该转接头可以180度自由旋转，通过改变其旋转角度，能实现不同状态血管样品的培养。

[4]向培养皿中加入能够没过磁性细菌纤维素人造血管的模拟体液，使血管始终处于湿润的状态，模拟真实人体血管外部液体环境。

[5]在人造血管内腔表面种植一层内皮细胞，静置培养24-48h，使其长满内腔，打开电子蠕动泵5，设定初始流速，使流经人造血管内腔的培养基对内皮细胞的初始剪切力为0-2dyne/cm²，在剪切力施加一段时间后，按一定比例提高流速，使内皮细胞更好的适应人体环境，建立符合人体血管中持续的血液流动带来的脉冲压力状态体系，从而获取人工血管长期力学性能变化结果。

[6]在血管灌流培养器6的正下方安装一个磁场发生器8。磁场发生器8的中央为大小适中的磁铁14，确保血管样品能置于均匀的磁场环境中，磁铁14置于振荡摇床15 的上方，通过调整摇床的振荡速度控制磁场的振荡频率；通过调整血管灌流培养器6与磁铁14之间的距离控制磁场强度大小。其中设置磁场振荡频率分别为静止，低速0.1Hz，中速1Hz和高速2Hz；磁场强度分别为10，20，40mT。然后利用激光共聚焦显微镜观察统计细胞覆盖率及其形态变化，从而得到内皮化最佳条件。

[7]接下来，将培养了一段时间的磁性细菌纤维素人造血管，用血液替换其培养基。通过观察血管表面血小板黏附聚集情况，检验其长期通畅性；通过观察白细胞产生情况，评估其炎症反应。

本实施例中的磁性人造血管试样13能负载具有磁性的材料即可，其中管材包括：

天然材料—透明质酸，胶原蛋白，明胶，壳聚糖，蚕丝纤维等；

合成材料—聚乙醇酸(PGA)，聚乳酸(PLA)，膨体聚四氟乙烯ePTFE，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等。

Claims (10)

1.一种血管灌流培养器，其特征在于，包括激光共聚焦培养皿(10)、鲁尔接头(11)、加厚弹性硅胶管(12)、磁性人造血管试样(13)以及磁场发生器(8)；

激光共聚焦培养皿(10)内设置两个鲁尔接头(11)，两个鲁尔接头的一端通过磁性人造血管试样(13)相连，另一端竖直向上伸出激光共聚焦培养皿(10)的皿盖上的孔洞，与加厚弹性硅胶管(12)相连；激光共聚焦培养皿(10)底部设置磁场发生器(8)。

2.根据权利要求1所述的血管灌流培养器，其特征在于，磁场发生器(8)包括对应的磁铁(14)与振荡摇床(15)。

3.根据权利要求1所述的血管灌流培养器，其特征在于，激光共聚焦培养皿(10)四周选用聚苯乙烯塑料材质，底面选用玻片材质，采用无细胞毒性的医用胶水粘接而成，能够耐受长期的细胞培养。

4.根据权利要求1所述的血管灌流培养器，其特征在于，鲁尔接头(11)选用聚丙烯塑料材质。

5.根据权利要求1所述的血管灌流培养器，其特征在于，所述的磁性人造血管试样(13)为接枝了磁性纳米颗粒的血管材料。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的血管灌流培养器的灌流式磁性人造血管体外培养装置，包括有恒温培养箱(1)；

恒温培养箱(1)内设有多个导流硅胶管、主体架子(3)；

主体架子(3)上设有气液交换器(4)、电子蠕动泵(5)、血管灌流培养器(6)、三孔培养基瓶(7)、磁场发生器(8)；

三孔培养基瓶(7)顶部的瓶盖上设有三孔，其中，一孔通过第一导流硅胶管(2-1)与电子蠕动泵(5)连接，另一孔通过第二导流硅胶管(2-2)与气液交换器(4)连接，最后一孔通过设置滤头(9)与恒温培养箱(1)连通；此外，三孔培养基瓶(7)顶部的瓶盖上设有一换液口(18)；

气液交换器(4)通过第三导流硅胶管(2-3)与血管灌流培养器(6)连接；

血管灌流培养器(6)通过第四导流硅胶管(2-4)与电子蠕动泵(5)连接。

7.根据权利要求6所述的灌流式磁性人造血管体外培养装置，其特征在于，主体架子(3)包括带有柱子的底板(16)以及支撑血管灌流培养器(6)、固定气液交换器(4)的横梁(17)。

8.根据权利要求6所述的灌流式磁性人造血管体外培养装置，其特征在于，主体架子(3)中带有柱子的底板(16)和横梁(17)选用不锈钢材质；气液交换器(4)选用有机玻璃材质。

9.根据权利要求6所述的灌流式磁性人造血管体外培养装置，其特征在于，三孔培养基瓶(7)的顶部瓶盖选用不锈钢材质，瓶身选用玻璃材质。

10.根据权利要求6所述的灌流式磁性人造血管体外培养装置，其特征在于，导流硅胶管(2)中的第一导流硅胶管(2-1)，第二导流硅胶管(2-2)，第三导流硅胶管(2-3)，第四导流硅胶管(2-4)、气液交换器(4)、加厚弹性硅胶管(12)、激光共聚焦培养皿(10)、鲁尔接头(11)、三孔培养基瓶(7)均为可灭菌材料。

Images