PT106083A - Bioreactor composto por câmara estanque e matriz interna para geração de implantes médicos celularizados - Google Patents

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PT106083A
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PT106083A
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Rui Luis Goncalves Dos Reis
Pedro Ferreira Da Costa
Maria Manuela Estima Gomes
Nuno Joao Meleiro Alves Das Neves
Albino Manuel Pereira Martins
Cedryck Vaquette
Dietmar Werner Hutmacher
Ferry Petrus Wilhelmus Melchels
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A4Tec Ass For The Advancement Of Tissue Engineering And Cell Based Technologies & Therapies
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Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM BIOREACTOR PARA GERAÇÃO DE IMPLANTES MÉDICOS CELULARIZADOS QUE COMPREENDE UMA CÂMARA EXTERNA UNICOMPARTIMENTADA (1) (PREFERENCIALMENTE COM DUAS ESTRUTURAS TUBULARES (8)), OU MULTICOMPARTIMENTADA ESTANQUE CONTENDO NO SEU INTERIOR UMA OU MAIS MATRIZES (7), SENDO QUE AS MATRIZES INTERNAS (7) E A CÂMARA EXTERNA (1) DO BIOREACTOR SÃO FABRICADAS SIMULTANEAMENTE, PREFERENCIALMENTE ATRAVÉS DE UM PROCESSO DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA; E CARACTERIZADO TAMBÉM POR A CÂMARA EXTERNA (1) POSSUIR UMA FORMA ADAPTADA À FORMA DO IMPLANTE A SER CELULARIZADO (MATRIZ INTERNA), PERMITINDO UMA MAIOR EFICIÊNCIA DA COLONIZAÇÃO CELULAR DO IMPLANTE E CULTURA CELULAR, E POR OS IMPLANTES SEREM REMOVIDOS DO INTERIOR DO BIOREACTOR POR CORTE DA CÂMARA EXTERNA (1) EM LOCAIS DEFINIDOS POR SULCOS (9) APENAS NO MOMENTO ANTERIOR À IMPLANTAÇÃO, PROPORCIONANDO ASSIM UMA MAIOR ESTERILIDADE DO IMPLANTE.

Description

DESCRIÇÃO
BIOREACTOR COMPOSTO POR CÂMARA ESTANQUE E MATRIZ INTERNA PARA GERAÇÃO DE IMPLANTES MÉDICOS CELULARIZADOS
OBJECTO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um bioreactor composto por uma câmara estanque e uma ou mais matrizes contidas no seu interior, simultaneamente fabricadas, e cuja matriz, bidimensional ou tridimensional, com porosidade variável, delineada por formas simples ou complexas, é capaz de suportar a colonização e cultivo de células para, após remoção da câmara estanque, originar implantes médicos celularizados para substituição/regeneração de tecidos ou órgãos animais ou humanos danificados por trauma ou doença.
ESTADO DA TÉCNICA
Na substituição ou regeneração de tecidos ou órgãos após danos físicos causados por trauma ou doença são utilizados auto-, alo- ou xeno-enxertos. No entanto, estes enxertos médicos apresentam limitações como, por exemplo, a baixa disponibilidade de tecido saudável, problemas de imunocompatibilidade ou de infecção cruzada entre diferentes espécies animais. Para combater estas restrições quanto à sua utilização na prática clínica corrente, a 1
Engenharia de Tecidos surge como uma alternativa promissora. Esta estratégia inclui o desenvolvimento de matrizes bi- ou tri-dimensionais porosas de suporte à colonização e cultivo celular, a cultura ex vivo de células e a presença de factores de crescimento que induzem o crescimento e/ou diferenciação celular. Estes factores poderão ser usados independentemente, em grupos de dois ou os três conjuntamente para que a regeneração de tecidos seja possível.
Sendo o desenvolvimento de matrizes bi- ou tridimensionais porosas um factor determinante no sucesso de uma estratégia de Engenharia de Tecidos, estas matrizes deverão apresentar um conjunto de propriedades físico-químicas (e.g. porosidade, interconectividade, rugosidade, área superficial, propriedades mecânicas, hidrofilicidade) que permitam a adesão, migração, proliferação e diferenciação celular. A manutenção das células em cultura nestas matrizes bi- ou tri-dimensionais porosas pode ser realizada mediante o uso de sistemas de cultura estáticos ou dinâmicos. Tem-se vindo a demonstrar que a cultura de células num ambiente bioquímico apropriado e na presença de estímulos mecânicos podem favorecer a geração de implantes médicos celularizados. Existe, portanto, um grande interesse na replicação in vitro do ambiente fisiológico do tecido alvo, mediante a utilização de sistemas dinâmicos de simulação biomecânica, cientificamente conhecidos por bioreactores. Os bioreactores não só provêm as células em 2 cultura nas matrizes bi- ou tri-dimensionais porosas com iguais concentrações de nutrientes e oxigénio, mas também permitem a remoção de subprodutos resultantes da sua actividade metabólica. Para além destas competências, os bioreactores permitem também uma colonização mais homogénea das matrizes bi- ou tri-dimensionais porosas pelas células. Portanto, estes sistemas de cultura dinâmica constituem um melhor método de controlo quantitativo dos parâmetros de cultura celular, podendo fornecer um número ilimitado de implantes médicos celularizados. Δ presente invenção aspira ao desenvolvimento de implantes médicos celularizados com melhores propriedades biomecânicas, mediante o desenvolvimento de métodos de colonização e cultura celular em matrizes bi- ou tridimensionais porosas. Implícito está o desenvolvimento de um bioreactor que contenha, em si mesmo, uma matriz(es) bi-ou tri-dimensionais porosas, permitindo a mínima manipulação do implante médico celularizado, a fim de minimizar o risco de contaminações durante o período de cultura celular ex vivo.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um bioreactor que pode ser utilizado na colonização e cultura de células em matrizes de suporte contidas no seu interior, originando implantes médicos celularizadas para 3 substituição/regeneração de tecidos ou órgãos animais ou humanos, tais como osso, cartilagem, pele e músculo. 0 bioreactor é essencialmente composto por uma ou mais matrizes, com porosidade variável, tridimensionais ou bidimensionais, contidas no interior de uma câmara unicompartimentada ou multicompartimentada estanque. A câmara de cultura assim como a matriz contida no seu interior são simultaneamente fabricadas através de um processo de prototipagem rápida, a partir de um ou múltiplos materiais. Estes materiais podem ser biodegradáveis ou não biodegradáveis, inertes ou não inertes, poliméricos ou compósitos, transparentes, translucentes ou opacos, como por exemplo policaprolactona (PCL), ácido poliláctico (PLA) ou ácido poliglicólico (PGA) .
Durante o processo de fabrico do bioreactor e respectiva matriz interna pode ser utilizado um material extra de suporte, solúvel em água, que é igualmente depositado durante o processo de prototipagem. Este material serve apenas para suportar a deposição do material ou materiais depositados para fabricação da câmara e matriz, sendo seguidamente removido por imersão em água ou solução aquosa. 4
Preferencialmente a arquitectura da câmara e respectiva matriz interna deve ser desenhada de modo a ser auto suportável, não sendo assim necessária a utilização de um material adicional de suporte.
As câmaras e matrizes internas contidas no seu interior podem ser esterilizadas por vários métodos de acordo com os materiais utilizados. Podem ser esterilizados por imersão em etanol, por exposição a radiação ultravioleta ou exposição a óxido de etileno, caso nenhum dos materiais utilizados tenha reactividade adversa, ou mesmo por autoclavagem, caso os materiais utilizados sejam suficientemente estáveis quando expostos a temperaturas elevadas.
No caso de a câmara externa ser prototipada a partir de um ou múltiplos materiais transparentes ou translúcidos é inclusivamente possível analisar o interior dessa mesma câmara por métodos ópticos. No caso de a matriz interna localizada no interior da câmara ser também prototipada a partir de materiais transparentes ou translúcidos a análise por métodos ópticos também é possível no interior dessa mesma matriz.
De modo a melhorar a performance da matriz interna contida na câmara é possível efectuar revestimentos das suas superfícies através do preenchimento ou perfusão do 5 interior da câmara, e através da matriz interna, com soluções ou gases geradores desses mesmos revestimentos. 0 desenho da matriz interna pode ser feito tendo como referência inicial formas simples tais como formas cuboides, cilíndricas, tubulares ou outras, ou igualmente a partir de formas complexas obtidas por análise de tecidos ou órgãos através de técnicas de tomografia computorizada ou ressonância magnética. O desenho da câmara externa é por sua vez feito tendo como referência inicial a forma da matriz interna e por extrusão das suas faces externas.
Ao desenho da câmara externa são adicionadas pelo menos duas estruturas tubulares que têm como propósito a ligação do interior da câmara ao exterior e permitindo a entrada e saída de fluidos e/ou gases de/para o interior da câmara. A determinação da localização destas estruturas tubulares deve ser efectuada tendo em conta a melhor eficácia do escoamento dos fluidos inseridos no interior da câmara assim como uma eventual melhoria na eficiência da dinâmica do movimento dos fluidos no interior da câmara. 0 bioreactor pode ser integrado num sistema de cultura de perfusão que permite a circulação de meio de cultura através do interior da câmara externa e dos poros da matriz interna do bioreactor. 6 0 meio de cultura é fornecido à câmara através das estruturas tubulares para entrada/saida de meio, situadas preferencialmente nas extremidades da câmara de cultura e circulado de e para um reservatório arejado de meio de cultura por acção de uma bomba peristáltica.
Quando integrado num sistema de cultura de perfusão, o bioreactor é capaz de exercer perfusão continua de meio de expansão ou diferenciação, melhorando o transporte de massa das células na matriz previamente celularizada. A perfusão continua de meio de cultura exercida pelo sistema de cultura é capaz de actuar como um estimulo sobre as células, sendo assim capaz de regular ou aumentar a proliferação e diferenciação celulares. A perfusão de meio através das matrizes celularizadas em cultura pode ser feita tanto unidireccionalmente como bidireccionalmente.
Após cultura, a matriz celularizada pode ser removida do interior do bioreactor por corte da câmara externa em locais especialmente desenhados para o efeito, utilizando ferramentas cirúrgicas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 ilustra uma secção longitudinal do dispositivo contendo estrutura porosa tridimensional simples no seu interior. 7 A Figura 2 ilustra uma secção longitudinal do dispositivo contendo estrutura porosa bidimensional no seu interior. A Figura 3 ilustra uma secção longitudinal do dispositivo contendo estrutura porosa tridimensional dupla no seu interior. A Figura 4 ilustra uma secção longitudinal do dispositivo contendo estrutura porosa tridimensional tubular no seu interior. A Figura 5 ilustra uma secção longitudinal do dispositivo contendo estrutura porosa tridimensional complexa tubular, fabricada usando modelo tridimensional obtido a partir da análise de tecido ou órgão por técnicas de tomografia computorizada ou ressonância magnética. A Figura 6 ilustra a estrutura do dispositivo em vista isométrica. A Figura 7 ilustra a secção longitudinal do dispositivo. A Figura 8 ilustra o dispositivo em vista isométrica parcialmente seccionada. 8 A Figura 9 ilustra um implante em vista isométrica após remoção do invólucro externo. A Figura 10 representa o dispositivo representado nas figuras 6 a 9 integrado num sistema de cultura dinâmico de perfusão.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A descrição que se segue refere-se a uma forma preferencial de realização da presente invenção que recorre às figuras anteriormente referidas de modo a permitir uma melhor compreensão da invenção. O bioreactor é essencialmente composto por uma câmara unicompartimentada (1) ou multicompartimentada (2) estanque contendo no seu interior uma ou mais matrizes, com porosidade uniforme ou variável, homogénea ou heterogénea, presente na totalidade da matriz (3,5,6,7) ou em parte da matriz (4), tridimensionais (3,4,6,7) ou bidimensionais (5), apresentando formas geométricas simples (3,4,5,6) ou complexas (7). O desenho da forma externa da matriz interna simples (3,4,5,6) pode ser feito tendo como referência inicial formas simples tais como formas cuboides, cilíndricas, tubulares ou outras, enquanto o desenho da forma externa da matriz interna complexa (7) é feito a partir de formas complexas obtidas por análise de tecidos ou órgãos através 9 de técnicas tais como tomografia computorizada ou ressonância magnética. Os poros internos da matriz interna (3.4.5.6.7) podem ser definidos por introdução manual ou automatizada de poros no desenho da matriz interna (3.4.5.6.7) ou ainda posteriormente, também automaticamente, por definição de propriedades especificas de deposição de material durante a conversão do desenho ou modelo tridimensional final em comandos de controlo do equipamento utilizado na fabricação por prototipagem da matriz interna (3,4,5,6). 0 desenho da câmara externa (1,2) é por sua vez feito tendo como referência inicial a forma externa da matriz interna (3,4,5,6,7) e por modificação, por extrusão das faces externas, de uma réplica simplificada dessa mesma matriz interna (3,4,5,6,7), de tal modo que as paredes internas do desenho da câmara externa (1,2) gerada estejam muito próximas das paredes externas do desenho da matriz interna (3,4,5,6,7) mas suficientemente afastadas para que não se toquem. Esta caracteristica permite que, após prototipagem simultânea da matriz interna (3,4,5,6) e câmara externa (1,2), os meios de colonização celular, cultura e diferenciação celular utilizados posteriormente no seu interior tenham uma maior eficiência na colonização, nutrição e estimulação das células que irão aderir às superfícies externas e internas da matriz interna (3.4.5.6.7) quando circulados através dela, no interior da câmara externa (1,2), já que todo o meio de cultura aí 10 contido e circulado será mantido permanentemente em contacto próximo com as células aderidas às superfícies internas e externas da matriz interna (3,4,5,6,7).
Igualmente, esta característica permite que, apesar de a matriz interna (3,4,5,6,7) e a câmara externa (1,2) serem prototipadas simultaneamente, estas não estejam em nenhum ponto ligadas, facilitando assim a remoção da matriz interna (3,4,5,6,7) do interior da câmara externa (1,2) após o período de colonização e cultura celular levado a cabo no seu interior.
Ao desenho da câmara externa (1,2) são adicionadas preferencialmente duas estruturas tubulares, (8) que têm como propósito a ligação do interior da câmara (1,2) ao exterior e permitindo a entrada e saída de fluidos e gases de/para o interior da câmara (1,2). A determinação da localização destas estruturas tubulares (8) deve ser efectuada tendo em conta a melhor eficácia do escoamento dos fluidos e gases inseridos no interior da câmara assim como uma eventual melhoria na eficiência da dinâmica do movimento dos fluidos no interior da câmara (1,2).
Igualmente, no processo de desenho da câmara externa (1.2) são também adicionados sulcos (9) que servirão para, posteriormente a uma cultura celular levada a cabo no seu interior, facilitar o corte preciso dessa mesma câmara (1.2) em locais predeterminados, de modo a facilitar a 11 remoção da matriz (3,4,5,6,7) do interior da câmara externa (1,2) . A câmara de cultura (1,2) assim como a matriz (3,4,5,6,7) contida no seu interior são simultaneamente fabricadas através de um processo de prototipagem rápida, a partir de um ou múltiplos materiais. Estes materiais podem ser biodegradáveis ou não biodegradáveis, inertes ou não inertes, poliméricos ou compósitos, transparentes, translucentes ou opacos.
Durante o processo de fabrico por prototipagem rápida do bioreactor, constituído por uma câmara de cultura (1,2) e respectiva matriz interna (3,5,6,7), pode ser utilizado um material extra de suporte, solúvel em água, que é igualmente depositado durante o processo de prototipagem. Este material serve apenas para suportar a deposição do material ou materiais depositados para fabricação da câmara e matriz, sendo seguidamente removido por imersão em água ou solução aquosa.
Preferencialmente, a arquitectura da câmara (1,2) e respectiva matriz interna (3,5,6,7) deve ser desenhada de modo a ser auto suportável, não sendo assim necessária a utilização de um material adicional de suporte.
No caso de a câmara externa ser prototipada a partir de um ou múltiplos materiais transparentes ou translúcidos 12 é inclusivamente possível analisar o interior dessa mesma câmara por métodos ópticos. No caso de a matriz interna (3.4.5.6.7) localizada no interior da câmara ser também prototipada a partir de materiais transparentes ou translúcidos a análise por métodos ópticos também é possível no interior dessa mesma matriz (3,4,5,6,7).
As câmaras (1,2) e matrizes internas (3,4,5,6,7) contidas no seu interior podem ser esterilizadas por vários métodos de acordo com os materiais utilizados. Podem ser esterilizados por imersão em etanol, por exposição a radiação ultravioleta ou exposição a óxido de etileno, caso nenhum dos materiais utilizados tenha reactividade adversa, ou mesmo por autoclavagem, caso os materiais utilizados sejam suficientemente estáveis quando expostos a temperaturas elevadas.
De modo a melhorar a performance da matriz interna (3.4.5.6.7) contida na câmara (1,2) é possível efectuar revestimentos das suas superfícies através do preenchimento e/ou perfusão do interior da câmara, e através dos poros da matriz interna, com soluções ou gases geradores desses mesmos revestimentos. Revestimentos adicionais podem igualmente ser efectuados no exterior da câmara (1,2) com variados intuitos, tal como o aumento da estanquicidade da câmara (1,2) . 13 O bioreactor pode ser integrado num sistema de cultura ilustrado na figura 10. Este sistema é composto pelo bioreactor numa das suas possíveis configurações, constituído por uma câmara externa (1,2) contendo no seu interior um de vários tipos de matriz (3,4,5,6,7), ligado a um reservatório de meio de cultura (10) por tubos ligados às suas estruturas tubulares (8) . Além de duas ligações para entrada/saída de meio, o reservatório (10) possui também uma ligação adicional para entrada e saída de gases, os quais são purificados por um filtro de ar (11) . O meio de cultura é recolhido do reservatório de meio de cultura (10), bombeado por uma bomba peristáltica (12) para o interior da câmara externa (1,2), perfundido através dos poros da matriz interna (3,4,5,6,7), e finalmente bombeado pela mesma bomba peristáltica (12) de novo para o reservatório de meio de cultura (10). Este processo e circuito repete-se para cada uma das cavidades individuais de cultura.
Na circulação de meio de cultura, devem ser preferencialmente usadas tubagens fabricadas a partir de formulações tais como silicone, já que são altamente permeáveis a gases tais como dióxido de carbono e oxigénio, aumentando assim a troca de gases entre o meio circulante e a atmosfera circundante. 14
Este sistema de cultura pode ser usado não apenas na cultura mas também na colonização de células nas superfícies internas e externas da matriz (3,4,5,6,7) para crescimento celular. Dado o seu reduzido volume interno, este sistema requer volumes muito pequenos de meio de cultura. Por esta razão, é possível efectuar um procedimento de colonização dinâmica usando suspensões celulares altamente concentradas sem que seja necessário utilizar quantidades extremamente grandes de células. Desta forma, as células têm uma maior possibilidade de aderir às superfícies internas e externas da matriz (3,4,5,6,7), já que se encontram altamente concentradas e passam um maior número de vezes pelo seu interior, tornando o processo de colonização mais eficiente. A perfusão contínua de meio de expansão ou diferenciação proporcionada pela integração do bioreactor no sistema de cultura dinâmica descrito na figura 10 permite o melhoramento do transporte de massa das células na matriz (3,4,5,6,7) previamente celularizada. A perfusão contínua de meio de cultura exercida pelo sistema de cultura é capaz de actuar como um estímulo sobre as células, sendo assim capaz de regular ou aumentar a proliferação e diferenciação celulares.
Neste dispositivo, além de ser possível efectuar a colonização e cultura celular por uma metodologia de perfusão, estas podem também ser levadas a cabo por outras 15 metodologias tais como por colonização e cultura estática ou agitada. No caso de uma colonização estática, uma suspensão celular é injectada no interior da câmara preenchendo todos os espaços vazios no seu interior e em particular o interior dos poros da matriz interna (3.4.5.6.7) . Depois de as estruturas tubulares (8) serem seladas com tampas, a suspensão celular é mantida no interior da câmara (1,2) e dos poros da matriz (3,4,5,6,7) durante um período de tempo suficiente para que as células contidas na suspensão celular possam aderir às superfícies da matriz interna (3,4,5,6,7). Durante esta colonização, o dispositivo pode ser mantido em condições estáticas ou igualmente ser submetido a agitação, de modo a que as células contidas na suspensão celular no seu interior tenham a possibilidade de entrar em contacto com múltiplas zonas da superfície da matriz (3,4,5,6,7) e assim tenham uma maior probabilidade de aderir a essas mesmas superfícies e igualmente permitindo uma distribuição mais homogénea das células aderidas às superfícies da matriz (3.4.5.6.7) .
Após o período de colonização, a suspensão celular contendo as células não aderidas é removida do interior do dispositivo e substituído por meio de cultura de expansão e/ou diferenciação. Igualmente, durante este período de expansão e/ou diferenciação, o dispositivo contendo meio de expansão e/ou diferenciação no seu interior pode ser 16 mantido em condições estáticas ou em alternativa submetido a agitação.
De modo a manter um ambiente estéril, com uma temperatura e grau de humidade adequados e estáveis, o bioreactor integrado ou não em sistema de perfusão é colocado no interior de uma incubadora de cultura celular.
Lisboa, 7 de Fevereiro de 2012 17

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados caracterizado por compreender uma câmara externa unicompartimentada (1) ou multicompartimentada (2) estanque contendo no seu interior uma ou mais matrizes (3,4,5,6,7), sendo que as matrizes internas (3,4,5,6,7) e a câmara externa (1,2) do bioreactor são fabricadas simultaneamente, preferencialmente através de um processo de prototipagem rápida; por a câmara externa (1,2) possuir uma forma adaptada à forma do implante a ser celularizado (matriz interna); e por os implantes serem removidos do interior do bioreactor por corte da câmara externa (1,2) em locais definidos por sulcos (9) apenas no momento anterior à implantação, proporcionando assim uma maior esterilidade do implante.
  2. 2 . Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por permitir uma fabricação unitária ou modular.
  3. 3. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a matriz ou matrizes possuírem porosidade uniforme ou variável, homogénea ou heterogénea, presente na totalidade da matriz (3,5,6,7) ou em parte da matriz (4), por serem tridimensionais (3,4,6,7) ou bidimensionais (5), 1 e por apresentarem arquitecturas simples (3,4,5,6) ou complexas (7).
  4. 4. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a câmara externa (1,2) e as matrizes internas (3,4,5,6,7) serem fabricadas a partir de materiais biodegradáveis ou não biodegradáveis, inertes ou não inertes, poliméricos ou compósitos, transparentes, translúcidos ou opacos, biocompativeis, como por exemplo policaprolactona, ácido poliláctico ou ácido poliglicólico.
  5. 5. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a câmara externa (1,2) e as matrizes internas (3,4,5,6,7) serem auto suportáveis, permitindo no entanto a utilização de um material extra de suporte, depositado durante o processo de prototipagem, sendo o referido material extra de suporte seguidamente removido por imersão em água ou solução aquosa.
  6. 6. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o desenho da forma externa da matriz interna simples (3,4,5,6) ser feito tendo como referência inicial formas simples tais como formas cuboides, cilíndricas, tubulares ou outras, e o desenho da forma externa da matriz interna complexa (7) ser feito a partir 2 de formas complexas obtidas por análise de tecidos ou órgãos através de técnicas tais como tomografia computorizada ou ressonância magnética.
  7. 7. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o desenho da câmara externa (1,2) ter como referência a forma externa das matrizes internas (3,4,5,6,7) para que as paredes internas do desenho da câmara externa (1,2) gerada estejam muito próximas das paredes externas do desenho da matriz interna (3,4,5,6,7) com um afastamento semelhante ao diâmetro dos poros da matriz interna, diâmetro esse que se situa preferencialmente entre 0,25 mm e 3mm.
  8. 8. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as paredes internas da câmara externa (1,2) estarem próximas das paredes externas da matriz interna (3,4,5,6,7) formando uma cavidade, cujo volume interno de preenchimento garante a submersão da matriz interna, através da qual podem ser circulados meios de cultura e/ou soluções ou gases.
  9. 9. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por permitir o revestimento das suas superfícies através do preenchimento e/ou perfusão do 3 interior da câmara, e através dos poros da matriz interna, com soluções ou gases geradores desses mesmos revestimentos.
  10. 10. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a câmara externa possuir pelo menos duas estruturas tubulares (8) que ligam o interior da câmara (1,2) ao exterior.
  11. 11. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ser fabricado a partir de materiais transparentes ou translúcidos.
  12. 12. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as células/tecidos incorporadas nas matrizes internas (3,4,5,6,7) em cultura no interior do bioreactor poderem ser submetidas a condições estáticas ou dinâmicas por integração do bioreactor em sistema de agitação e/ou de perfusão.
  13. 13. Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as matrizes internas (3,4,5,6,7) serem perfundidas uni- ou bi-direccionalmente. 4
  14. 14. Sistema de cultura para geração de implantes médicos celularizados caracterizado por compreender um Bioreactor para geração de implantes médicos celularizados constituído por uma câmara externa (1,2) contendo no seu interior um de vários tipos de matriz (3,4,5,6,7) ligado a um reservatório de meio de cultura (10) por tubos ligados às suas estruturas tubulares (8) e a uma entrada e saída de gases, os quais são purificados por um filtro de ar (11). Lisboa, 10 de Agosto de 2012 5
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2970854B1 (en) 2013-03-13 2017-04-12 Association For The Advancement Of Tissue Engineering And Cell Based Technologies & Therapies (A4TEC) Rotational dual chamber bioreactor: methods and uses thereof
US20170283756A1 (en) * 2014-09-18 2017-10-05 Association For The Advancement Of Tissue Engineering And Cell Based Technologies Multi-chambers bioreactor, methods and uses
JP7235750B2 (ja) * 2017-08-08 2023-03-08 フォアライト,インコーポレーテッド 電気および肥料をバイオマスへ変換するための光合成バイオリアクタ
FR3088341B1 (fr) * 2018-11-09 2023-10-06 Inst Mines Telecom Dispositif de culture cellulaire

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002335950A (ja) * 2001-05-17 2002-11-26 Menicon Co Ltd 膜組織のための保存/輸送容器並びに保存/輸送方法
JP2003225082A (ja) * 2002-02-04 2003-08-12 Micronics Kk 培養フラスコ開封装置及び開封方法
WO2007136227A1 (en) * 2006-05-23 2007-11-29 Hyunjin Yang Non-spherical three-dimensional micro-scaffold for cell culture and delivery prepared using rapid prototyping system
IT1392820B1 (it) * 2008-08-06 2012-03-23 Dominici Dispositivo per la coltura di cellule
PL2513288T3 (pl) * 2009-12-16 2014-09-30 Vivabiocell Spa Urządzenie do hodowli ciągłej

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