RU2715313C1 - Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo - Google Patents

Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo Download PDF

Info

Publication number
RU2715313C1
RU2715313C1 RU2018139446A RU2018139446A RU2715313C1 RU 2715313 C1 RU2715313 C1 RU 2715313C1 RU 2018139446 A RU2018139446 A RU 2018139446A RU 2018139446 A RU2018139446 A RU 2018139446A RU 2715313 C1 RU2715313 C1 RU 2715313C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
container
bioreactor
walls
culture medium
nozzles
Prior art date
Application number
RU2018139446A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Вячеславович Ковалев
Original Assignee
Алексей Вячеславович Ковалев
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 Алексей Вячеславович Ковалев filed Critical Алексей Вячеславович Ковалев
Priority to RU2018139446A priority Critical patent/RU2715313C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715313C1 publication Critical patent/RU2715313C1/ru

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
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области медицины. Предложен биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo. Биореактор включает емкость с прозрачными стенками, клапан сброса избыточного давления, трубку сброса культуральной питательной среды, пневмоакустические форсунки. В стенке емкости расположено отверстие с элементом крепления в виде съемной манжеты на неподвижном резьбовом соединении для вхождения и удержания сегмента конечности или части хвоста живого индивида с закрепленной тканеинженерной конструкцией. В стенках емкости расположены в верхней и нижней точках штуцеры для подачи и извлечения культуральной питательной среды, а в верхней стенке отверстие с герметичной крышкой. При этом пневмоакустические форсунки выполнены съемными с изменяющимся углом раскрытия факела, размещены на стенках емкости над и под сегментом конечности или части хвоста живого индивида, снаружи на емкости установлен съемный теплоизолирующий чехол. Изобретение обеспечивает повышение эффективности выращивания и интеграции тканеинженерных конструкций в организм реципиента, а также формирование биоискусственных тканей непосредственно на раневой поверхности и достраивания утраченных частей органов сложной формы в условиях in vivo. 1 ил.

Description

Известно устройство - биореактор для создания тканеинженерного эквивалента трахеи. Биореактор представляет собой прямоугольной формы емкость, заполненную на 1/2 или 1/3 культуральной питательной средой. Вдоль емкости вставлена вращающаяся трубка, на которую надевалась биоматрица трахеи или любого другого органа трубчатого строения и сопоставимых размеров. На медленно вращающийся отрезок трахеи равномерно наносят суспензию клеток с помощью шприца - как на внешнюю, так и на внутреннюю его поверхность. Затем трансплантат наполовину погружался в среду культивирования и на протяжении всего времени пребывания в биореакторе постоянно вращался, чтобы клетки попеременно контактировали со средой и воздухом. Такой биореактор позволяет применить разные среды культивирования для хондроцитов и эпителиоцитов (Macchiarini P., Jungebluth P., Go Т. et al. Clinical transplantation of a tissue-engineered airway. Lancet 2008; 372 (9655): 2023-30). В биореакторе трансплантат находился 96 часов. Известное устройство не позволяет выращивать части биоискусственных органов более сложной формы, и предназначено только для выполнения экспериментов «в пробирке» (in vitrum) - вне взаимодействия с живым организмом.
Прототипом изобретения выбран Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций, в котором биоматрица помещается внутрь емкости биореактора, через пневмоакустические форсунки подается воздушно-водяная смесь с повышенным до 5% содержанием углекислого газа и поддерживается постоянная температуры этой смеси, соответствующая внутренней температуре тела. Питательная культуральная среда представляет жидкостную фазу смеси и равномерно осаждается на все стенки тканеинженерной конструкции, при таком распылении питательная среда обладает способностью проникать в тончайшие складки, щели, подниматься по микропорам биоматрицы - "капиллярный эффект" (что называется "течет вверх"), что обеспечивает адекватное поступление питательных веществ к пролиферирующим клеткам конструкции. Угол раскрытия факела в 180° позволяет обойтись меньшим количеством форсунок в устройстве с сохранением направления распыления культуральной среды. Расположение форсунок над и под биоматрицей обеспечивает равномерное поступление питательной среды во все части тканеинженерной конструкции и позволяет увеличить толщину этой конструкции. 5% содержание углекислого газа в воздушной смеси, в совокупности с питательной средой и температурой, обеспечивают оптимальные условия для культивирования клеток и наращивания их количества. Это устройство хоть и повышает эффективность и создает возможность формировать биоискусственные органы и их части более сложной формы, но в тех же условиях in vitrum - вне живого организма (Пат. 2482180 Российская Федерация, МПК C12N 5/00 С12М 3/00. Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций [Текст] / Ковалев А.В.; заявитель и патентообладатель Ковалев А.В. - №2011129288/10; заявл. 14.07.2011; опубл. 20.05.2013, Бюл. №14 -4 с.).
Известное устройство не позволяет проводить выращивание биоискусственных органов и тканей в эксперименте на живом организме, а также не позволяет отказаться от необходимости проведения дополнительного необходимого последующего этапа тканевой инженерии крупных графтов - префабрикации, на котором происходит гибель существенного количества культивированных клеток и значительное разрушение матрицы графта, что существенно затрудняет достижение желаемой полноты восстановления утраченных биологических структур.
Цель изобретения - повысить эффективность выращивания и интеграции тканеинженерных конструкций в организм реципиента, а также предоставить возможность сформировать биоискусственные ткани непосредственно на раневой поверхности, а также достроить с помощью биотехнологий и управления регенерацией утраченные части органов сложной формы в условиях in vivo (в эксперименте на живом организме).
Предложен биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo, включающий емкость с прозрачными стенками, клапан сброса избыточного давления, трубку сброса культуральной питательной среды, пневмоакустические форсунки, выполненные с возможностью мелкодисперсного распыления в емкость стерильной воздушно-водяной смеси, в состав которой входит культуральная питательная среда, с повышенным содержанием до 5% углекислого газа и заданной температурой смеси, в стенке емкости расположено отверстие с элементом крепления в виде съемной манжеты на неподвижном резьбовом соединении для вхождения и удержания сегмента конечности или части хвоста живого индивида с закрепленной тканеинженерной конструкцией, в стенках емкости расположены в верхней и нижней точках штуцеры для подачи и извлечения культуральной питательной среды, а в верхней стенки отверстие с герметичной крышкой, через которую осуществляются манипуляции, в том числе клеточная трансплантация мезенхимальных стволовых клеток, при этом пневмоакустические форсунки для мелкодисперсного распыления стерильной воздушно-водяной смеси, в состав которой входит культуральная питательная среда, выполнены съемными с изменяющимся углом раскрытия факела, размещены на стенках емкости над и под сегментом конечности или части хвоста живого индивида, снаружи на емкости установлен съемный теплоизолирующий чехол.
Технический результат достигается тем, что поврежденный сегмент конечности или хвоста с закрепленной на раневой поверхности
тканеинженерной конструкцией помещается внутрь емкости биореактора через входной отверстие и фиксируется манжетой, через пневмоакустические форсунки подается стерильная воздушно-водяная смесь, в состав которой входит культуральная питательная среда, с повышенным до 5% содержанием углекислого газа и поддерживается постоянная температуры этой смеси, соответствующая внутренней температуре тела, заключается в повышении эффективности выращивания и интеграции тканеинженерных конструкций в условиях эксперимента на живом организме, совмещении по времени построения тканеинженерной конструкции с регенерацией тканей реципиента от дна раны по каркасу (по этой же тканеинженерной конструкции), а именно: молодой соединительной ткани, нервов и сосудов. В устройстве происходит пневмоакустического распыления питательной культуральной среды в составе контролируемой стерильной воздушно-водяной смеси. Тонко распыленная культуральная питательная среда обладает очень большой проникающей способностью, а мелкодисперсное распыление среды происходит без разрушения структуры составляющих ее веществ и физико-химических свойств, а также без повреждения живых тканей и тканеинженерных конструкций. Такой способ подачи питательной среды при 100% влажности внутри емкости устройства позволяет обеспечить газообмен и оптимальные парциальные давления кислорода и углекислого газа в микрослое культуральной питательной среды, что обеспечивает адекватное клеточное дыхание и питание клеточной биомассы на больших матрицах. Разборность конструкции облегчает поддержание асептики на весь период эксперимента. Устройство легко снимается и внутри стерильного ламинара меняется на стерильное, одновременно осуществляется необходимая обработка интактной кожи и манипуляции с тканеинженерной конструкцией.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение Биореактора для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo (фиг. 1).
Устройство состоит из емкости биореактора с герметично соединенными прозрачными стенками 1,2,3, отверстия 4, герметично закрывающееся крышкой 5, крепящей манжеты 6, клапана сброса избыточного давления 7, штуцера сброса питательной среды 8, пневмоакустических форсунок 9, тканеинженерной конструкции 10, теплоизолирующего чехла 11.
Устройство работает следующим образом: в емкость биореактора помещается поврежденная часть конечности или хвоста, с закрепленной тканеинженерной конструкцией. С помощью шприца или иных устройств на и в конструкцию вносится суспензия клеток, закрывается крышка и создается специальное контролируемое микроокружение: тканеинженерная конструкция обильно смачивается распыляемой через форсунки подогреваемой стерильной воздушно-водяной смесью, в состав которой входит культуральная питательная среда. Избыток жидкости удаляется через трубки сброса. Снаружи на емкость устанавливается съемный теплоизолирующий чехол.
Работоспособность предлагаемого устройства подтверждается следующим экспериментальным примером: внутрь емкости биореактора помещается сегмент конечности или часть хвоста с кожной раной. Биоматрица кожного покрова с живыми клетками из питательной среды переносится в биореактор и подшивается к раневой поверхности. Закрывается крышка и через форсунки периодически подается стерильная воздушно-водяная смесь, в состав которой входит культуральная питательная среда. Факелы расположены над матрицей. Тканеинженерная конструкция может длительно строиться в биореакторе такого типа до восстановления желаемой формы и объема тканей.

Claims (1)

  1. Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo, включающий емкость с прозрачными стенками, клапан сброса избыточного давления, трубку сброса культуральной питательной среды, пневмоакустические форсунки, выполненные с возможностью мелкодисперсного распыления в емкость стерильной воздушно-водяной смеси, в состав которой входит культуральная питательная среда, с повышенным содержанием до 5% углекислого газа и заданной температурой смеси, отличающийся тем, что в стенке емкости расположено отверстие с элементом крепления в виде съемной манжеты на неподвижном резьбовом соединении для вхождения и удержания сегмента конечности или части хвоста живого индивида с закрепленной тканеинженерной конструкцией, в стенках емкости расположены в верхней и нижней точках штуцеры для подачи и извлечения культуральной питательной среды, а в верхней стенке отверстие с герметичной крышкой, через которую осуществляются манипуляции, в том числе клеточная трансплантация мезенхимальных стволовых клеток, при этом пневмоакустические форсунки для мелкодисперстного распыления стерильной воздушно-водяной смеси, в состав которой входит культуральная питательная среда, выполнены съемными с изменяющимся углом раскрытия факела, размещены на стенках емкости над и под сегментом конечности или части хвоста живого индивида, снаружи на емкости установлен съемный теплоизолирующий чехол.
RU2018139446A 2018-11-08 2018-11-08 Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo RU2715313C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139446A RU2715313C1 (ru) 2018-11-08 2018-11-08 Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139446A RU2715313C1 (ru) 2018-11-08 2018-11-08 Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715313C1 true RU2715313C1 (ru) 2020-02-26

Family

ID=69631126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139446A RU2715313C1 (ru) 2018-11-08 2018-11-08 Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715313C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814472C1 (ru) * 2022-11-29 2024-02-29 Общество с ограниченной ответственностью "РЕГЕНТРОН" Биореактор для тканевой инженерии с аэрозольным способом подачи культуральной питательной среды

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482180C2 (ru) * 2011-07-14 2013-05-20 Алексей Вячеславович Ковалев Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций
US20140024112A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Northwestern University In-vivo bioreactor system and method for tissue engineering
RU2525139C1 (ru) * 2013-08-15 2014-08-10 Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Кубанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России) Биореактор
EP3249039A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-29 Université Catholique De Louvain Perfusion-bioreactor and method for processing vascularized composite tissue
RU2645455C1 (ru) * 2017-04-27 2018-02-21 Рубен Вагеевич Оганесян Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482180C2 (ru) * 2011-07-14 2013-05-20 Алексей Вячеславович Ковалев Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций
US20140024112A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Northwestern University In-vivo bioreactor system and method for tissue engineering
RU2525139C1 (ru) * 2013-08-15 2014-08-10 Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Кубанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России) Биореактор
EP3249039A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-29 Université Catholique De Louvain Perfusion-bioreactor and method for processing vascularized composite tissue
RU2645455C1 (ru) * 2017-04-27 2018-02-21 Рубен Вагеевич Оганесян Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814472C1 (ru) * 2022-11-29 2024-02-29 Общество с ограниченной ответственностью "РЕГЕНТРОН" Биореактор для тканевой инженерии с аэрозольным способом подачи культуральной питательной среды

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105586249B (zh) 一种可实现三维支架循环灌流的循环灌流生物反应器装置
Williams et al. Perfusion bioreactor for small diameter tissue-engineered arteries
Sodian et al. Tissue-engineering bioreactors: a new combined cell-seeding and perfusion system for vascular tissue engineering
Hoerstrup et al. New pulsatile bioreactor for in vitro formation of tissue engineered heart valves
CN106232801A (zh) 自动化细胞培养和收获装置
CN101914438B (zh) 一种低强度脉冲超声波辅助下的旋转管式细胞培养系统
KR19990022371A (ko) 심장 밸브 이식방법 및 그 장치
CN104611225A (zh) 体外循环灌流构建组织工程肝的生物反应器
US6379956B1 (en) Method for populating substrates with biological cells and populating devices that can be used therefor
CN204779609U (zh) 体外循环灌流构建组织工程肝的生物反应器
CN101824382B (zh) 灌注-灌流-脉动联合构建的组织工程心肌生物反应器
CN102114275B (zh) 类肝小叶生物反应器
CN102559492B (zh) 一种剪切力-电刺激平行方向联合加载的细胞培养装置
CN109913410A (zh) 干细胞的仿真培养方法
US7476541B1 (en) Bioreactor system and method for the production and collection of blood cells from engineered bone marrow tissue
US20120315694A1 (en) Cell culture unit and cell culture device including the same
CN102783414A (zh) 一种适合于规模化培养植物毛状根的外循环云雾式生物反应器
CN102154101A (zh) 成骨性种子细胞一体化动态接种培养及配套生物反应器
WO2017152343A1 (zh) 一种可实现三维支架循环灌流的循环灌流生物反应器装置
JP2006000105A (ja) 拍動流加圧刺激培養装置
CN105754935A (zh) 一种诱导成纤维细胞转分化为脂肪细胞的诱导培养基及其应用
RU2715313C1 (ru) Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций in vivo
CN101402917B (zh) 一种生产组织工程产品的生物反应器
CN1763173A (zh) 造血干细胞培养装置和方法
RU2482180C2 (ru) Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201109

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210705