RU117920U1

RU117920U1 - BIOREACTOR FOR FUNCTIONAL TISSUE ENGINEERING

Info

Publication number: RU117920U1
Application number: RU2011144999/10U
Authority: RU
Inventors: Лукаш ФРАНТА; Матей ДАНИЕЛЬ
Original assignee: Ческе Високе Учени Техницке В Празе, Факульта Стройни Устав Механики, Биомеханики А Мехатроники
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-07-10
Also published as: ES1077105Y; SK6331Y1; ES1077105U; SK500972011U1; ITBO20110091U1; CZ21539U1; AT13284U1; UA80513U; DE202011106876U1

Abstract

Биореактор для выращивания тканевых заменителей, преимущественно хрящей, включающий отдельную герметически закрытую камеру с размещенным в ней устройством для воздействия механической нагрузкой на тканевые заменители, отличающийся тем, что устройство для воздействия механической нагрузкой на тканевые заменители состоит из линейного сервомотора 1, емкости для культивирования и, по меньшей мере, одного прижимного вращающегося индентора 13, при этом линейный сервомотор 1 содержит подвижную и неподвижную части и прикрепленные к нему в верхней части продольные ребра жесткости 3, причем нижней частью сервомотор 1 прикреплен к камере биореактора, при этом емкость для культивирования имеет верхнюю 6 и нижнюю 5 части, с подложкой 8, расположенной в ее верхней части 6, причем верхняя часть 6 емкости для культивирования разделена продольными перегородками 7 и поперечной перегородкой 14, а в подложке 8 выполнены отверстия для укладывания образцов для культивирования 9, при этом прижимной вращающийся индентор 13 имеет пару тормозных лент 23 и соединен с поводком 2, последний соединен с линейным сервомотором 1 и имеет плотную посадку по отношению к емкости для культивирования, причем поводок 2 имеет присоединенные к нему вертикальные стойки 11, каждая из которых имеет продольный паз для направляющей скольжения, а каждая пара вертикальных стоек 11 соединена соединительным профилем 10, при этом к статору линейного сервомотора 1 подсоединены нижняя часть 5 и верхняя часть 6 емкости для культивирования, а к подвижной части линейного сервомотора 1 подсоединен поводок 2 с вращающимся индентором 13 с посадкой подшипников качения на ось A bioreactor for growing tissue substitutes, mainly cartilage, including a separate hermetically sealed chamber with a device placed in it for exerting a mechanical load on tissue substitutes, characterized in that the device for exerting mechanical stress on tissue substitutes consists of a linear servomotor 1, a culture vessel and, of at least one clamping rotating indenter 13, wherein the linear servomotor 1 comprises movable and fixed parts and longitudinal stiffeners 3 attached to it in the upper part, and the lower part of the servomotor 1 is attached to the bioreactor chamber, while the cultivation container has an upper 6 and lower 5 parts, with a substrate 8 located in its upper part 6, and the upper part 6 of the cultivation vessel is divided by longitudinal partitions 7 and a transverse partition 14, and holes are made in the substrate 8 for placing samples for cultivation 9, while the clamping rotates The indenter 13 has a pair of brake bands 23 and is connected to a leash 2, the latter is connected to a linear servo motor 1 and has a tight fit in relation to the cultivation vessel, and the leash 2 has vertical posts 11 attached to it, each of which has a longitudinal groove for the guide sliding, and each pair of vertical posts 11 is connected by a connecting profile 10, while the lower part 5 and the upper part 6 of the cultivation tank are connected to the stator of the linear servo motor 1, and a leash 2 with a rotating indenter 13 is connected to the movable part of the linear servo motor 1 with a seating of rolling bearings per axis

Description

Область техникиTechnical field

Техническое решение связано с биореактором для функциональной тканевой инженерии, состоящим из герметично отделенной камеры, в которой находится устройство для механического воздействия нагрузкой на, в частности, тканевые заменители хрящей.The technical solution relates to a bioreactor for functional tissue engineering, consisting of a hermetically separated chamber, in which there is a device for mechanical action of the load on, in particular, tissue cartilage substitutes.

Текущий уровень техникиCurrent state of the art

Для успешного создания заменителей хрящевой ткани необходимо отдельные тканевые матрицы с нанесенными клетками подвергать механической нагрузке. Необходимо также обеспечить среду, в которой данные клетки могут дальше развиваться. При выполнении этих требований происходит формирование функционального тканевого имплантата, который готов к имплантации в среду, где будет подвержен биологической нагрузке. Для моделирования циклов нагрузки в процессе созревания хрящевой ткани используются тканевые биореакторы.For the successful creation of cartilage tissue substitutes, individual tissue matrices with coated cells must be subjected to mechanical stress. It is also necessary to provide an environment in which these cells can further develop. When these requirements are met, a functional tissue implant is formed, which is ready for implantation in an environment where it will be subject to biological stress. To simulate load cycles in the process of cartilage maturation, tissue bioreactors are used.

Целью современных устройств, предназначенных для культивирования тканей, является имитация условий среды "in-vivo", прежде всего, с химической и биологической точки зрения. Эта среда формируется в современных типах биореакторов в зависимости от типа желаемой ткани. В общем целом можно констатировать, что речь идет об устройстве, в котором обеспечена химическая и биологическая стойкость питательной среды, где регулируется и контролируется температура инкубации пространства культивирования и где обеспечивается требуемое давление и концентрация смеси рабочих и питательных сред. Однако для того, чтобы была обеспечена возможность роста жизнеспособной ткани, устройство должно соответствовать требованиям по простоте стерилизации, легкому доступу питательной среды к культивируемым клеткам и ее обмену.The aim of modern devices designed for tissue cultivation is to simulate in-vivo environmental conditions, primarily from a chemical and biological point of view. This medium is formed in modern types of bioreactors depending on the type of tissue desired. In general, we can say that we are talking about a device in which the chemical and biological stability of the nutrient medium is provided, where the incubation temperature of the cultivation space is regulated and controlled, and where the required pressure and concentration of the mixture of working and nutrient media are provided. However, in order to be able to grow viable tissue, the device must meet the requirements for ease of sterilization, easy access of the nutrient medium to the cultured cells and its exchange.

Одной из самых базовых версий является т.наз. Flask (колбы)система, которая содержит среду для культивирования и может содержать несколько матриц, в зависимости от размера. Колба (ы) работает либо статически, либо при перемешивании.One of the most basic versions is the so-called. Flask (flask) system that contains the medium for cultivation and may contain several matrices, depending on size. The flask (s) works either statically or with stirring.

Отдельным вариантом можно считать биореакторы для роста сердечных тканей, которые приспособлены прохождению пульсирующего одно и двунаправленного потока питательной среды через конструкцию опорных матриц. То есть они сконструированы так, чтобы моделировали сердечнососудистую среду. Представителями таких биореакторов являются системы HARV (High Aspect Ratio Vessels) и STLV (Slow Turning Lateral Vessels). STLV сконфигурирован как кольцевое пространство между двумя концентрическими цилиндрами, из которых внутренний является мембраной для газообмена, тогда как HARV представляет собой цилиндрический сосуд с мембраной для газообмена в его дне. Оба сосуда работают в горизонтальной плоскости и вращаются по отношению друг к другу.A separate option can be considered bioreactors for the growth of cardiac tissues, which are adapted to the passage of a pulsating one and bidirectional flow of nutrient medium through the design of the support matrix. That is, they are designed to simulate a cardiovascular environment. Representatives of such bioreactors are the HARV (High Aspect Ratio Vessels) and STLV (Slow Turning Lateral Vessels) systems. STLV is configured as an annular space between two concentric cylinders, of which the inner is a gas exchange membrane, while HARV is a cylindrical vessel with a gas exchange membrane in its bottom. Both vessels operate in a horizontal plane and rotate with respect to each other.

Другой используемой системой является система RWPV (Rotating Wall Perfused Vessels), которая была разработана НАСА и, помимо иного, использовалась для выращивания хрящей в условиях микрогравитации и в нормальных условиях. Среда непрерывно циркулирует в столбцах с перфузией. Камеры с перфузией сконструированы так, чтобы среда непрерывно протекала между камерой и наружной мембраной.Another system used is the Rotating Wall Perfused Vessels (RWPV) system, which was developed by NASA and, among other things, used to grow cartilage under microgravity and under normal conditions. The medium is continuously circulating in perfused columns. The perfusion chambers are designed so that the medium continuously flows between the chamber and the outer membrane.

До сих пор не было найдено достаточно удовлетворяющее решение конструкции биореактора для выращивания заменителей хрящей, особенно при моделировании реальных условий нагрузки. Существующие реакторы для хрящевых тканей воздействуют на отдельные имплантаты простыми нагрузками типа давления или сдвига. У хряща "in-vivo" всегда имеет место сочетание данных нагрузок вследствие специфичной геометрии, кинематики и свойств контактных поверхностей.So far, a sufficiently satisfying solution to the design of the bioreactor for growing cartilage substitutes has not been found, especially when modeling real load conditions. Existing cartilage reactors act on individual implants with simple loads such as pressure or shear. In-vivo cartilage always has a combination of these loads due to the specific geometry, kinematics and properties of the contact surfaces.

Недостатком существующих решений является косвенная механическая стимуляция тканей, которая представляет собой фактор, существенный для соответствующего роста выращиваемых тканей.A drawback of existing solutions is the indirect mechanical stimulation of tissues, which is a factor essential for the corresponding growth of cultivated tissues.

Сущность технического решенияThe essence of the technical solution

Указанные выше недостатки в значительной мере устраняет биореактор для функциональной тканевой инженерии, состоящий из герметично отделенной камеры, в которой находится устройство для механического воздействия, в частности, тканевых заменителей хрящей, выполненный согласно данному техническому решению. Суть решения заключается в том, что устройство состоит из сосуда для культивирования с подставкой для укладывания образцов культивирования и минимально одним вращающимся зажимным индентором, соединенным с поводком, причем поводок имеет плотную посадку по отношению к емкости для культивирования.The aforementioned disadvantages are largely eliminated by a bioreactor for functional tissue engineering, consisting of a hermetically sealed chamber, in which there is a device for mechanical action, in particular, tissue cartilage substitutes, made in accordance with this technical solution. The essence of the solution lies in the fact that the device consists of a cultivation vessel with a stand for laying cultivation samples and at least one rotating clamping indenter connected to the leash, the leash having a tight fit with respect to the cultivation tank.

Устройство с выгодой состоит из линейного мотора, к статору которого подсоединяется нижняя часть емкости для культивирования, а к подвижной части линейного мотора подсоединен поводок с, как минимум, одним вращающимся индентором с посадкой на ось с трением качения. Ось подвижно уложена в вертикальном направлении в направляющих вертикальных стоек для равномерного воздействия циклической нагрузки от индентора на выращиваемые образцы.The device advantageously consists of a linear motor, to the stator of which the lower part of the cultivation tank is connected, and a leash with at least one rotating indenter mounted on an axis with rolling friction is connected to the moving part of the linear motor. The axis is movably laid in the vertical direction in the guides of the vertical racks for uniform influence of the cyclic load from the indenter on the grown samples.

К оси удачно подсоединена как минимум одна приподнимающая пружина растяжения и/или пружина сжатия, причем между осью и пружинами установлен датчик напряжения.At least one lifting tensile spring and / or compression spring is successfully connected to the axis, and a voltage sensor is installed between the axis and the springs.

Вращающийся индентор может быть опоясан парой тормозных лент, прикрепленных к соединительному профилю. К тормозным лентам присоединен балансир для обеспечения симметрии тягового усилия в лентах для регуляции откатки, проскальзывания или полного волочения индентора по подложке.A rotating indenter can be surrounded by a pair of brake bands attached to the connecting profile. A balancer is attached to the brake belts to ensure the symmetry of the pulling force in the belts to regulate the rollback, slippage or complete dragging of the indenter on the substrate.

Верхняя часть емкости для культивирования выгодно выполнена как разделенная продольной и поперечной перегородками на ячейки для культивирования, в которых установлена подложка с отверстиями для культивируемых образцов. Подложка выполнена из материала с механическими свойствами, сходными с механическими свойствами будущей требующейся ткани, для обеспечения стабильности и равномерного распределения нагрузки на образцы.The upper part of the cultivation vessel is advantageously made as divided by longitudinal and transverse partitions into cultivation cells in which a substrate with holes for cultivated samples is mounted. The substrate is made of a material with mechanical properties similar to the mechanical properties of the future required fabric, to ensure stability and uniform distribution of load on the samples.

Сущность технического решения заключается в размещении стола с вращающимся индентором в камере роста в биореакторе. От окружающей лабораторной среды камера герметично отделена, а внутри поддерживается защитная атмосфера. Практически, камера биореактора представляет собой ламинированный лабораторный бокс, который приспособлен размерам культивационной ванны с образцами. В отличие от используемых технических решений здесь происходит прямое механическое стимулирование выращиваемой ткани вращающимся индентором, который имитирует реальную нагрузку на сустав.The essence of the technical solution is to place a table with a rotating indenter in the growth chamber in the bioreactor. The chamber is hermetically separated from the surrounding laboratory environment, and a protective atmosphere is maintained inside. In practice, the bioreactor chamber is a laminated laboratory box, which is adapted to the size of the cultivation bath with samples. In contrast to the technical solutions used, direct mechanical stimulation of the grown tissue occurs here by a rotating indenter, which simulates the real load on the joint.

Вращающийся индентор имеет форму цилиндра с поворотным подшипником, который с разной заданной величиной прижима передвигается по культивируемым образцам ткани. Другим важным преимуществом является возможность отката, частичного проскальзывания или полного волочения, в результате которого достигается не только стимуляция от нормальной нагрузки, но применяется и компонент сдвиговой нагрузки в тангенциальном направлении. Благодаря этому решения мы существенно приблизились "in-vivo" условиям роста тканей в организме. Образцы культивируемых тканей уложены в отверстиях цилиндрической формы. Остальное культивационное пространство заполнено подложкой из материала с механическими свойствами, сходными с механическими свойствами будущей требующейся ткани. Вращающийся индентор движется по подложке с образцами равномерно и с константными прижимом, причем в ходе культивирования отдельные параметры движения и прижима можно менять и регистрировать. Образцы и подложка уложены в ванночке с подогревом. Решение конструкции устраняет некоторые недостатки существующего стандартно используемого оборудования.The rotating indenter has the form of a cylinder with a rotary bearing, which with different predetermined amount of pressure moves along cultivated tissue samples. Another important advantage is the possibility of rollback, partial slippage or complete drawing, which results in not only stimulation from the normal load, but also the shear load component in the tangential direction. Thanks to this decision, we significantly approached the “in-vivo” conditions of tissue growth in the body. Samples of cultured tissues are laid in holes of a cylindrical shape. The rest of the cultivation space is filled with a substrate of material with mechanical properties similar to the mechanical properties of the future required tissue. A rotating indenter moves along the substrate with the samples uniformly and with constant pressure, and during cultivation, individual parameters of movement and pressure can be changed and recorded. Samples and substrate are stacked in a heated bath. The design solution eliminates some of the drawbacks of existing standardly used equipment.

Техническое решение касается новой концепции устройства, стимулирующего ткань во время роста. Биореактор с вращающимся индентором для функциональной тканевой инженерии заменителей хрящей и с непрерывным дополнением питательных веществ представляет собой трехфазное оборудование, в котором присутствует контролируемая внутренняя атмосфера, а также регулируется поступление питательных веществ и, не в последнюю очередь, происходит механическая стимуляция культивируемых клеток вращающимся индентором.The technical solution relates to a new concept of a device that stimulates tissue during growth. A bioreactor with a rotating indenter for the functional tissue engineering of cartilage substitutes and with continuous supplementation of nutrients is a three-phase equipment in which a controlled internal atmosphere is present, as well as the supply of nutrients and, not least, mechanical stimulation of cultured cells by a rotating indenter.

Благодаря своему упорядочению предлагаемое техническое решение повышает эффективность механической стимуляции тканей. Оно заключается, прежде всего, в возможности применить сдвиговую нагрузку при одновременном применении нормального прижима. Использование двух цилиндров с пятью функциональными поверхностями позволяет одновременно культивировать до 50 образцов, что означает значительный экономический эффект и экономию времени.Due to its streamlining, the proposed technical solution increases the effectiveness of mechanical tissue stimulation. It consists, first of all, in the possibility of applying a shear load while using a normal clamp. The use of two cylinders with five functional surfaces allows you to simultaneously cultivate up to 50 samples, which means a significant economic effect and time saving.

По сравнению с простыми типами оборудования, представителем которых является вышеупомянутая система "Flask" предлагаемое решение является экономически и технически более сложным оборудованием, которое с точки зрения технической сложности управления является, в конечном итоге, более удобным для обслуживающего персонала. Вся система оснащена значительным количеством элементов управления и контроля, позволяющих лучше контролировать, что происходит внутри устройства и более точно выполнить настройки рабочих параметров. При сравнивании с более сложными и специальными системами взаимное сравнение является более сложным в том, что вышеуказанные системы "HARV, STLV и RWPV" предназначены, в первую очередь, для выращивания других типов тканей, чем разработанный нами биореактор. Тем не менее, исходя из конструкции, можно предположить, что итоговое механическое воздействие на механическую стимуляцию будет более низким, чем при прямом контакте цилиндра и ткани.Compared with simple types of equipment, the representative of which is the aforementioned Flask system, the proposed solution is economically and technically more complex equipment, which from the point of view of the technical complexity of management is, in the end, more convenient for maintenance personnel. The whole system is equipped with a significant number of controls and controls that allow better control of what is happening inside the device and more accurately configure the operating parameters. When comparing with more complex and special systems, mutual comparison is more complicated in that the above HARV, STLV and RWPV systems are primarily intended for growing other types of tissues than the bioreactor we developed. Nevertheless, based on the design, it can be assumed that the final mechanical effect on mechanical stimulation will be lower than with direct contact of the cylinder and tissue.

Обзор изображений на чертежахOverview of images in drawings

Биореактор в соответствии с этим техническим решением будет более подробно описан на конкретном примере реализации при помощи прилагаемых чертежей, где на рисунке 1 схематически изображена в аксонометрической проекции система механической стимуляции, на рисунке 2 подробно показана посадка индентора, на рисунке 3 изображено техническое выполнение для частичного проскальзывания и полного волочения.The bioreactor in accordance with this technical solution will be described in more detail in a specific implementation example using the attached drawings, where Fig. 1 schematically shows a mechanical stimulation system in axonometric projection, Fig. 2 shows the indenter landing in detail, Fig. 3 shows a technical implementation for partial slipping and full dragging.

Примеры реализации технического решенияExamples of technical solutions

Устройство согласно рис.1 и 2 состоит из линейного сервомотора 1, который в верхней части прикреплен винтами к продольным ребрам жесткости 3, а в нижней части прикреплен к камере биореактора. К подвижной части линейного сервомотора 1 крепится винтами поводок 2 вращающегося индентора 13, а к нему прикреплены винтами 4 четыре вертикальные стойки 11, которые имею продольные пазы для направляющей скольжения. Каждая пара стоек 11 соединена для обеспечения жесткости соединительным профилем 10, в котором выполнена резьба для регулировочных винтов 12 прижима. Продольные ребра жесткости 3 прикреплены к нижней части емкости для культивирования 5. На нижней части 5 выполнена канавка эс-образной формы для прохождения теплоносителя, а сама нижняя часть соединена с верхней частью 6 так, чтобы не возникало утечки теплоносителя. Нижняя часть 5 имеет также канавку по всему периметру для удаления излишков питательного вещества. Верхняя часть 6 емкости для культивирования 5 разделена продольными перегородками 7 и перегородкой 14 на меньшие ячейки для культивирования. Внутри пространства для культивирования находится подложка 8 из материала с механическими свойствами, сходными с механическими свойствами будущей требующейся ткани, с отверстиями для укладывания культивационных образцов 9 цилиндрической формы. По подложке 8 полностью откатывается, с частичным проскальзыванием или с полным волочением, вращающийся индентор 13, который вращательно посажен подшипниками 15 на ось 16.The device according to Figs. 1 and 2 consists of a linear servomotor 1, which in the upper part is screwed to the longitudinal stiffeners 3, and in the lower part it is attached to the bioreactor chamber. The lead 2 of the rotating indenter 13 is screwed to the movable part of the linear servomotor 1, and four vertical posts 11, which have longitudinal grooves for the sliding guide, are attached to it by screws 4. Each pair of racks 11 is connected to provide rigidity by a connecting profile 10 in which a thread is made for adjusting screws 12 clamp. Longitudinal stiffeners 3 are attached to the lower part of the cultivation vessel 5. On the lower part 5, an es-shaped groove is made for the passage of the coolant, and the lower part itself is connected to the upper part 6 so that the coolant does not leak. The lower part 5 also has a groove around the entire perimeter to remove excess nutrient. The upper part 6 of the cultivation vessel 5 is divided by longitudinal partitions 7 and the partition 14 into smaller cells for cultivation. Inside the cultivation space there is a substrate 8 of material with mechanical properties similar to the mechanical properties of the future required tissue, with holes for laying cultivation samples 9 of a cylindrical shape. On the substrate 8, the rotating indenter 13, which is rotationally mounted by bearings 15 on the axis 16, is completely rolled away, with partial slipping or with full drawing.

На рис.2 изображена использованная система прижима с отмериванием производимого усилия. С осью 16 неподвижно соединен и зафиксирован гайкой 17 датчик 18 напряжения - растяжение/сжатие. На противоположной стороне датчика 18 привинчена опорная миска 19 пружины сжатия 22, частью которой является также подвеска пружины растяжения 21. На противоположной стороне пружины сжатия 22 находится подвеска 20 пружины растяжения 21, которая одновременно служит как опорная подложка для пружины сжатия 22. Перемещение винта 12 позволяет выполнить настройку трех режимов работы. Исходное положение - режим I означает, что винт 12 находится в положении, когда натянута пружина растяжения 21 и индентор 13 не соприкасается с образцами 9. Режим II возникает тогда, когда винт 12 находится в таком положении, при котором индентор 13 вступает в контакт с подложкой 8 и выращиваемыми образцами 9. Величина прижима составляет в данном случае от 0 до значения, вызванного собственным весом индентора 13. Режим III наступает тогда, когда к прижиму от индентора 13 добавляется нагрузка в результате деформации пружины сжатия 22, вызванной винтом 12. В целях обеспечения симметрии нагрузки необходимо отрегулировать нагрузку винтами 12 с парным соответствием значений, а для этого служат данные с датчика 18.Figure 2 shows the used clamping system with measuring the force produced. With the axis 16 is fixedly connected and fixed by a nut 17, the voltage sensor 18 - tension / compression. On the opposite side of the sensor 18, a support bowl 19 of the compression spring 22 is screwed, part of which is also the suspension of the tension spring 21. On the opposite side of the compression spring 22 is the suspension 20 of the tension spring 21, which simultaneously serves as a support substrate for the compression spring 22. Moving the screw 12 allows set up three operating modes. Starting position - mode I means that the screw 12 is in a position when the tension spring 21 is tensioned and the indenter 13 is not in contact with the samples 9. Mode II occurs when the screw 12 is in a position in which the indenter 13 makes contact with the substrate 8 and cultivated samples 9. The amount of pressure in this case is from 0 to the value caused by the self-weight of the indenter 13. Mode III occurs when a load is added to the pressure from the indenter 13 as a result of deformation of the compression spring 22 caused by screw 12. B load symmetry ensure firs necessary to adjust the load by screws 12 with a pair of corresponding values, and this is the data from the sensor 18.

На рис.3 изображено использование с торможением или полным блокированием индентора 13. Торможение индентора 13 осуществляется парой лент 23, которые опоясаны в углублениях вне функциональной поверхности. Ленты 23 с одной стороны жестко соединены с соединительным профилем 10, а с другой стороны прикреплены винтами 25, гайками 24, стопорными шайбами 26 к прямоугольному балансиру 27, который соединен гайкой 32 и винтом 33 с тягой 30. Использование балансира 27 с вращающейся посадкой вокруг винтов 25 и 33 обеспечивает равномерное тяговое усилие в лентах 23. Величину тягового усилия в лентах 23 можно регулировать гайкой 29 с шайбой 30. Для измерения тягового усилия в лентах 23 можно вставить датчик между подложку 30 и соединительный профиль 10.Figure 3 shows the use with inhibition or complete blocking of the indenter 13. Indenter 13 is braked by a pair of tapes 23, which are belted in recesses outside the functional surface. The tapes 23 are rigidly connected on one side to the connecting profile 10, and on the other hand are fastened with screws 25, nuts 24, lock washers 26 to a rectangular balancer 27, which is connected by a nut 32 and a screw 33 with a thrust 30. Using a balancer 27 with a rotating fit around the screws 25 and 33 provides uniform traction in the belts 23. The magnitude of the traction in the belts 23 can be adjusted with a nut 29 with a washer 30. To measure the traction in the belts 23, a sensor can be inserted between the substrate 30 and the connecting profile 10.

Вращательный индентор 13 со всеми его компонентами - верхняя часть 6, продольные перегородки 7, которые вступают в контакт с выращиваемой тканью, изготовлены из коррозиеустойчивого биологически совместимого материала. Другие компоненты изготовлены из нержавеющей стали. Часть для культивирования имеет размеры 200×650 мм. Отдельные ячейки для культивирования имеют размеры 30×300 мм. В каждую из них можно поместить 5 культивируемых образцов 9. Таким образом, устройство позволяет выращивать одновременно до 50 образцов. Вложенные образцы 9 состоят из матрицы с нанесенными клетками ткани для культивирования. Окружающее пространство вокруг образцов заполнено подложкой 8, которая выполнена из материала, подобного коллагену, со специфическим химическим составом, обеспечивающим соответствующие химико-механические свойства.The rotational indenter 13 with all its components is the upper part 6, the longitudinal partitions 7 that come into contact with the tissue being grown are made of a corrosion-resistant biocompatible material. Other components are made of stainless steel. Part for cultivation has dimensions of 200 × 650 mm. Separate cells for cultivation have dimensions of 30 × 300 mm. In each of them can be placed 5 cultivated samples 9. Thus, the device allows you to grow up to 50 samples at a time. Nested samples 9 consist of a matrix with applied tissue cells for cultivation. The surrounding space around the samples is filled with a substrate 8, which is made of a material similar to collagen, with a specific chemical composition that provides the corresponding chemical-mechanical properties.

В процессе культивирования при точно заданных биофизических условиях, таких как температура, концентрация питательного раствора и состав защитной атмосферы, осуществляется механическое стимулирование образцов 9 вращающимся индентором 13. Устройство позволяет осуществлять нагрузку непрерывно или с определяемыми пользователем интервалами между нагрузкой. Фактическую настройку прижима выбирает и настраивает обслуживающий персонал. У каждого из цилиндров индентора 13 можно настроить другие параметры нагрузки и, таким образом, использовать его для разных условий культивирования. Прижим можно регулировать с помощью винтов 12 и отмериванием при помощи датчика 18. Значения прижима можно контролировать в процессе культивирования и регистрировать, используя ПК.During cultivation under precisely specified biophysical conditions, such as temperature, concentration of the nutrient solution and the composition of the protective atmosphere, the samples 9 are mechanically stimulated by a rotating indenter 13. The device allows the load to be carried out continuously or at user-defined intervals between loads. The actual setting of the clamp is selected and adjusted by the operating staff. Each of the cylinders of the indenter 13, you can configure other load parameters and, thus, use it for different cultivation conditions. The clamp can be adjusted using screws 12 and measured using a sensor 18. The clamp values can be monitored during cultivation and recorded using a PC.

Промышленное использованиеIndustrial use

Биореактор для функциональной тканевой инженерии, выполненный согласно настоящему техническому решению, найдет применение, прежде всего, в тканевой инженерии и медицине. Нынешние тенденции указывают, что именно в этом направлении и продвигаются исследования и разработки.The bioreactor for functional tissue engineering, made in accordance with this technical solution, will find application, first of all, in tissue engineering and medicine. Current trends indicate that research and development are progressing in this direction.

Claims

A bioreactor for growing tissue substitutes, mainly cartilage, comprising a separate hermetically sealed chamber with a device placed therein for acting mechanically on tissue substitutes, characterized in that the device for acting mechanically on tissue substitutes consists of a linear servomotor 1, a culture vessel and, at least one clamping rotating indenter 13, while the linear servomotor 1 contains a movable and fixed parts and attached to it in of the part of the longitudinal stiffening ribs 3, with the lower part of the servomotor 1 attached to the chamber of the bioreactor, while the cultivation tank has an upper 6 and lower 5 parts, with a substrate 8 located in its upper part 6, and the upper part 6 of the cultivation tank is divided by longitudinal partitions 7 and the transverse partition 14, and in the substrate 8 holes are made for laying samples for cultivation 9, while the rotary pressing indenter 13 has a pair of brake bands 23 and is connected to a leash 2, the latter is connected to with a servo motor 1 and has a tight fit with respect to the cultivation tank, moreover, the leash 2 has vertical racks 11 connected to it, each of which has a longitudinal groove for the sliding guide, and each pair of vertical racks 11 is connected by a connecting profile 10, and to the stator the linear servomotor 1 is connected to the lower part 5 and the upper part 6 of the cultivation tank, and to the movable part of the linear servomotor 1 is connected a leash 2 with a rotating indenter 13 with the rolling bearings landing on the axis 16 with a sliding fit in the vertical direction in the sliding guides of the vertical struts 11, while at least one lifting tensile spring 21 and / or compression spring 22 is connected to the axis 16, and a voltage sensor 18 is inserted between the axis 16 and the springs 21, 22 , the brake bands 23 are encircled around the rotating indenter 13 and are attached to the connecting profile 10, and the balancer 27 is connected to the brake bands 23 to ensure traction symmetry in the brake bands 23.