组织工程生物反应器的力学环境特点

组织工程学是一门以细胞生物学和工程学为基础,应用工程学和生命科学的原理,开发器官缺损患者所需代替物,并构建和保持或增强其组织功能性的一门交叉学科。生物反应器作为组织工程中非常重要的工具,目前主要是从生物力学问题、三维空间培养问题、传质问题、培养的环境条件问题(pH、氧张力等)和物理因素(电场、磁场、应力场)等方面开展其研究。本文作者主要从生物力学角度介绍组织工程生物反应器研究的最新进展,重点探讨组织工程生物反应器的力学环境。     

生物反应器在组织工程中的应用

组织工程学是利用生命科学与工程科学原理,体外制备用于修复受损组织的移植物,以满足器官移植需求.目前制备的工程化组织存在生物活性差和经济成本高的缺陷,限制了其临床应用.生物反应器是制备工程化组织的重要设备,它可以促进营养物质交换和增加机械应力刺激等.通过对培养微环境的精细调控,生物反应器可以促进工程化组织的熟化,降低成本,从而推动工程化组织的实际应用.     

组织工程生物反应器的生物力学

<正>组织工程,是指用工程科学和生命科学的原理和方法,制备组织和器官替代物,以恢复、维持或改善人体组织、器官的功能,是一个发展迅速、意义深远的生物医学工程应用领域。目前,组织工程化皮肤产品已正式进入临床应用,培育的组织工程骨骼、软骨、血管、皮肤以及神经组织正在进行体内实验,组织工程肝脏、胰脏、乳房、心脏、手指、角膜等也可以在实验室里构建生长。组织工程已形成一个发展中的产业。但是目前组织工程距离广泛应用于临床、成为社会经济新的增长点还有相当长的路要走。阻碍组织工程发展和临床应用的主要因素至少包括两点:(1)对调控组织的功能化培养的特定物理-生物化学因素知之还少;(2)高昂的生产成本和缺乏商业化的功能性组织工程产品。     

生物反应器在血管组织工程中的应用及进展

论述生物反应器的种类与发展,以及其在血管组织工程种子细胞培养和组织工程血管构建方面的主要研究进展。根据生物反应器领域的发展,分析了生物反应器对种子细胞培养、扩增的影响,尤其是对干细胞培养、定向分化方面的影响;阐述生物反应器内种植细胞的方法,以及机械力学对细胞生长、黏附的影响;探讨生物力学与血管构建的关系。最后提出生物反应器未来的发展趋势。     

基于虚拟仪器技术的血管生物反应器系统的研制

目的　生物反应器是组织工程研究的重要载体。本文构造了一种基于虚拟仪器技术的血管生物反应器系统研究平台。方法　系统使用曲柄滑块机构压缩和拉伸波纹管,模拟出人体血管内的搏动流。同时利用LabVIEW平台对压力等参数进行测量和控制,系统与PC机连接,可实现远程监控,使整个组织工程生物反应器系统初步实现分步式,自动化。结果　实验结果表明,该生物反应器能够对细胞施加合适的生物力学刺激,并准确检测各项参数。结论　基于虚拟仪器技术构造的血管生物反应器系统研究平台具有较大的应用推广价值。     

血液流体动力学研究与生物反应器在组织工程血管构建的应用

利用生物反应器构建组织工程化血管是近年来诞生的一项新技术。本综述了其理论基础即血液流体动力学的研究进展，生物反应器的原理、结构、应用及评估，同时提出存在的问题并展望其应用前景。     

心肌组织工程生物反应器研究进展

组织工程的研究主要围绕种子细胞、生物材料和组织构建这三个基本要素而展开。组织构建技术是组织工程研究的核心。组织工程生物反应器是一种体外构建人体组织的系统装置。心肌组织工程在替代和维持梗塞的心肌组织功能,并进而治愈疾病以最大限度地挽救病人生命方面可能发挥巨大作用。主要介绍了国内外工程化心肌组织体外构建技术,特别是用于构建工程化心肌组织的心肌组织工程生物反应器研究方面的进展。     

软骨组织工程生物反应器的研究进展

体外软骨构建是软骨组织工程产业化发展及临床应用的重要手段。然而,采用现有的体外构建技术无法构建功能接近正常的软骨。生物反应器能够在一定程度上模拟体内环境,有望弥补现有体外构建技术的弊端。研究发现,流体剪切力、静态液压力和直接压缩力是体内软骨发育和成熟的重要力学因素,常用软骨生物反应器均据此设计而产生。由于不同类型生物反应器各具特点,研究和开发新型复合式生物反应器将成为未来的发展方向。对目前软骨组织工程生物反应器的研究现状做一综述。     

肝组织工程研究中生物反应器的研究进展

文章就生物反应器的特点、生物反应器在肝组织工程中的应用（肝组织重建、生物人工肝脏、药物筛选、生物反应器在肝组织工程其他相关方面的应用）进行综述,论述目前生物反应器亟待解决的问题是供氧问题、细胞密度和分布及微型化,指出生物反应器作为一个重要的媒介促进肝组织工程及生物人工肝的研究发展：同时肝细胞反应器可有效提高培养肝细胞的生物功能,其也将为肝再生医学的理论研究、肝脏的药物代谢及功能评价等提供有效的技术手段,肝细胞生物反应器的研发具有重要的理论意义和巨大的经济价值。     

血管生物反应器的研究进展

利用生物反应器构建人工血管是血管组织工程的核心技术之一，一直受到国内外学者和临床医生的广泛关注。文章就组织工程化培养生物反应器关键问题、血管生物反应器设计、生物反应器在工程化血管构建中的应用进行综述，并就今后的焦点问题和研究方向进行论述。     

Bioreactors for Cardiovascular Cell and Tissue Growth: A Review

Heart disease is a major cause of death in the Western world. In the past three decades there has been a number of improvements in artificial devices and surgical techniques for cardiovascular disease; however, there is still a need for novel devices, especially for those individuals who cannot receive conventional therapy. The major disadvantage of current artificial devices lies in the fact that they cannot grow, remodel, or repair in vivo. Tissue engineering offers the possibility of developing a biological substitute material in vitro with the inherent mechanical, chemical, biological, and morphological properties required in vivo, on an individual patient basis. In order to develop a true biological cardiovascular device a dynamic physiological environment needs to be created. One approach that employs the use of a simulated biological environment is a bioreactor in which the in vivo biomechanical and biochemical conditions are created in vitro for functional tissue development. A review of the current state of the art bioreactors for the generation of tissue engineered cardiovascular devices is presented in this study. The effect of the simulated physiological environment of the bioreactor on tissue development is examined with respect to the materials properties of vascular grafts, heart valves, and cardiac muscles developed in these bioreactors. © 2003 Biomedical Engineering Society. PAC2003: 8768+z, 8719Hh, 8717Ee, 8719Ff, 8780Rb     

Using Cartilage to Repair Bone: An Alternative Approach in Tissue Engineering

Materials and techniques currently used for bone replacement/repair conform to the current paradigm, relying on bone or bone products to produce bone or induce bone formation. Yet, nature forms and heals most of the skeleton by ossification of a cartilaginous model. In this study, we cultured aggregates of E10.5 or E12 mouse embryonic limb cells in the bioreactor for 3 weeks, determined the stages of cartilage differentiation attained, and assessed the ossification and bone healing potential of the spheroids by implantation adjacent to, or directly in, a skull defect. Cultured spheroids had large cartilaginous areas, sometimes with cellular arrangements characteristic of growth plate zones. Aggregates implanted for 2 weeks adjacent to a defect mineralized and ossified (histology, micro-CT). Defects with implants had a central mass of differentiated and differentiating bone, with osteoclast activity, filling the defect. Controls had considerable remodeling on the bone edges demarcating the still present defect. This study shows that cartilage, grown in the bioreactor for 3 weeks, ossified when implanted adjacent to a bone defect, and when implanted directly in a defect, contributed to its healing. Our ability to grow differentiated bone-forming cartilage for implantation is an alternative approach in the field of bone repair.     

采用生物反应器体外构建大面积组织的接种技术

目的　采用培养袋生物反应器进行大面积支架材料细胞接种技术的研究。方法　以人体成纤维细胞和PET无纺布支架材料为模型,考察水平摇床的转速和起始细胞悬液密度对细胞接种动力学、细胞接种率、支架中细胞密度以及细胞分布的影响。结果　在实验条件范围内,成纤维细胞接种大面积PET支架材料的过程基本符合一级反应动力学;低细胞悬液密度接种时,接种率和支架中细胞密度随转速的增加而下降,高细胞悬液密度接种时则反之;细胞分布均匀度都随着转速的增加而下降,起始细胞悬液密度对细胞分布影响较小。结论　采用培养袋生物反应器进行大面积支架材料的细胞接种是可行的,研究结果为进一步优化适合大面积支架材料接种的方法奠定基础。     

Flow Perfusion Improves Seeding of Tissue Engineering Scaffolds with Different Architectures

Engineered bone grafts have been generated in static and dynamic systems by seeding and culturing osteoblastic cells on 3-D scaffolds. Seeding determines initial cellularity and cell spatial distribution throughout the scaffold, and affects cell–matrix interactions. Static seeding often yields low seeding efficiencies and poor cell distributions; thus creating a need for techniques that can improve these parameters. We have evaluated the effect of oscillating flow perfusion on seeding efficiency and spatial distribution of MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells in fibrous polystyrene matrices (20, 35 and 50-μm fibers) and foams prepared by salt leaching, using as controls statically seeded scaffolds. An additional control was investigated where static seeding was followed by unidirectional perfusion. Oscillating perfusion resulted in the most efficient technique by yielding higher seeding efficiencies, more homogeneous distribution and stronger cell–matrix interactions. Cell surface density increased with inoculation cell number and then reached a maximum, but significant detachment occurred at greater flow rates. Oxygen plasma treatment of the fibers greatly improved seeding efficiency. Having similar porosity and dimensions, fibrous matrices yielded higher cell surface densities than foams. Fluorescence microscopy and histological analyses in polystyrene and PLLA scaffolds demonstrated that perfusion seeding produced more homogeneous cell distribution, with fibrous matrices presenting greater uniformity than the foams.     

肝组织工程的研究进展与展望

我国是世界上急性肝衰竭和终末性肝病发病人数最多的国家.目前,这两种疾病治疗的唯一有效手段是进行肝移植.但肝脏供体紧缺制约了移植手术的发展.组织工程学是解决肝脏生物制造最有效的方法,但是肝组织工程的发展依然需要克服一系列技术挑战,包括种子细胞种类、来源;支架材料性能和结构的要求;组织、器官体外培养和构建等方面等难题.我们相信随着科学技术的不断发展,在不久的将来,通过组织工程方法必将成功构造一个具有各种生理功能的可移植的肝脏.     

组织工程中的优化设计

组织工程提供了器官及组织重建的另一种选择，是当今的研究特点。本文根据组织工程的组成要素，提出优化设计的观点，并提出建议，为组织工程的实现打下基础。     

组织工程学在生物人工肾小管研究中的应用

组织工程学是材料学、工程学和生命科学的结合，组织工程学巳被成功应用于正在研制的生物人工肾小管辅助装置（RAD）中。实验证实该装置能够替代急慢性肾功衰竭患者丧失的肾小管转运、代谢和内分泌功能，预示了组织工程学的美好前景。     

骨组织工程研究进展

植骨术是解决临床骨缺损这一棘手问题的主要方法。植骨术大致可分为自体植骨术、同种异体或异种植骨术和组织工程骨植骨术。前两种方法的弊端或局限性已众所周知 ,而当前骨组织工程研究显示极有希望的应用前景。本文从骨组织工程的基础研究、组织工程骨修复骨缺损的实验和临床初步研究以及骨组织工程的展望等四个方面介绍了目前骨组织工程的进展     

基因强化组织工程的研究进展

基因强化组织工程是利用基因工程技术将目的基因转入人工组织的细胞或基质，使转染细胞或基因修饰后的基质表达目的基因编码的细胞因子，从而实现人工组织功能化。至今，此技术已先后应用于人工血管、骨、软骨、肌腱、皮肤、泌尿系统等组织，且体内外实验也初步显示了其应用的良好前景和潜力。基因强化组织工程的应用必将给组织工程带来崭新的变化，使之成为一种非常有前途，具有重要应用价值的治疗工具和手段。