生物反应器与相关生物工程探讨

生物反应器是指利用酶或生物体（如微生物、动植物细胞）所具有的特殊功能，在体外进行生物化学反应的装置系统。与化学反应器不同，化学反应器从原料进入到产物生成，常常需要加压和加热，是一个高能耗过程，而生物反应器则不同，在酶和微生物的参与下，在常温和常压下就可以进行化学合成。因此生物反应器更有发展前景。     

动物细胞培养用生物反应器及其力学环境

动物细胞体外培养时 ,生物反应器是整个培养过程的关键设备 ,为细胞提供一个适宜的生长环境 ,使之快速增殖并形成所需的生物组织制品。由于动物细胞在其形态结构、培养方法以及所需的力学环境等方面均不同于微生物细胞 ,因而传统的微生物反应器显然已不适用于动物细胞大规模培养 ,特别是组织工程的需要 ,促使新型生物反应器的研究与开发。本文针对动物细胞培养的基本特点 ,综述了动物细胞培养用生物反应器 ,并探讨了生物反应器中的力学问题     

生物传感器

生物传感器是一种集现代生物技术与电子技术为一体的高科技产品.它是使用具有特异选择性的生物元件,如酶、抗体、受体、微生物、组织、DNA及单克隆等为基础,应用生物化学和电化学反应原理,将生化反应信号转化为电信号,经过放大及模/数转换,就可以测量出被测浓度的一种先进测试仪器,这种新型的传感器具有分子水平的识别功能.由于它容易进行电学放大,因而可以进行快速、稳定、简便、灵敏、直观无试剂分析测量.     

组织工程皮肤生物反应器的研究与设计

目的设计一套生物反应器,能针对不同支架材料--细胞复合物进行构建组织工程皮肤.方法根据皮肤的自身生长特点和不同支架材料-细胞复合物的特性,模拟皮肤的生长环境和力学环境,通过生物反应器解决组织工程皮肤构建中支架的装夹和气液界面问题.结果生物反应器由控制系统和生物反应器主体两部分构成,能提供对多种皮肤细胞复合物的动态培养.结论皮肤生物反应器能够满足不同组织工程皮肤产品的需要.能够形成气液界面和模拟生物力学的刺激.     

生物人工肝系统的生物反应器

目的:介绍生物反应器的基本作用、功能、条件和要求,并对主要生物反应器的研究进展予以探讨。方法:由第一作者应用计算机检索PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed,英文)及CNKI数据库(www.cnki.net/index.htm,中文)。检索时限1994-01/2009-08。中文检索关键词:生物人工肝,生物反应器,膜材料。英文检索关键词:bioartificial liver,bioreactor,membrane material。文献筛选、纳入标准:①选取针对性强,相关度高的文献。②对同一领域的文献选择近期发表或权威杂志的文献。③排除较陈旧的理论观点以及一些重复性研究。结果:计算机初检到150篇文献,阅读标题和摘要进行初筛,排除研究目的与本文无关的文献88篇,内容重复性研究32篇,共30篇文献符合标准。结果显示生物人工肝系统正在成为肝衰竭患者体外有效的肝支持治疗手段,生物反应器为肝细胞提供良好的生长代谢环境、物质交换及免疫隔离的平台,是人工肝最重要的组成部分。以纤维素半透膜为基础的生物反应器主要有平板式反应器、中空纤维型反应器,半透膜材料主要有混合纤维素酯膜、醋酸纤维素膜、铜仿膜、聚偏二氟乙烯膜、聚丙烯膜等。结论:生物反应器作为一个动态体系,伴随着生物反应器本身控制系统的优化,能够更好地控制反应器内部的传质,建立仿生物理化学梯度,实现肝细胞最小结构单元的模拟构建,膜材料的选择是构建人工肝支持系统生物反应器的首要和基础环节之一。     

重组人源超氧化物歧化酶研究进展

正超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是动物、植物和微生物中普遍存在的一类酶,是生物抗氧化系统的第一道防线,也是体内唯一能够特异性清除氧自由基的抗氧化酶。SOD为金属酶,按其结合的金属离子种类不同,目前已知的SOD主要分为三类,即Cu/Zn-SOD(SOD1)、Mn-SOD(SOD2)和Fe-SOD(SOD3)~([1])。人体内外源化合物在各种酶的作用下会产生氧自由基,氧自由基在SOD的催化作用下转变为过氧化氢,体内的过氧化氢酶(CAT)     

小口径组织工程血管生物反应器的制造

生物反应器在构建小口径组织工程血管中起着重要的作用.本文设计并造了能够模拟人体小口径动脉脉动流的生物反应器.该反应器的波形发生器输出成年人左心室容积变化信号驱动直线电机作为动力源,通过调节后负荷,从而产生近生理的脉动流.特殊设计的旋转培养室可以对三维的管壁支架进行二次的细胞接种.并且使得旋转接种和脉动培养能够连续进行.与现有的组织工程血管生物反应器相比,在理论和实践上有较大的创新性.     

新型动态载荷与循环灌流生物反应器系统的设计

目的设计一套动态应变加载系统和三维灌流培养系统,并测试其性能。方法明确动态载荷与循环灌流生物反应器的设计原则;设计并构建动态应变加载系统和三维灌流培养系统,研制供三维灌流与加载专用的培养舱;测定培养系统的无菌效果以及其应变加载的精确度和稳定性,进行组织工程骨的初步培养观察。结果该生物反应器可为组织培养物提供不同大小和频率的压应变以及不同流量的灌流条件,可控精度高、操作简单可行、性能稳定;连续运转5 d后,培养液中无细菌生长。初步培养结果表明,体外构建的组织工程骨在生物反应器中培养10 d,其成骨细胞的增殖和成骨活性明显高于静态培养和单纯灌流培养。结论该生物反应器可以成为三维条件下进行骨细胞生物力学研究的一种较理想的动态培养与应变加载装置。     

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。     

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。     

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。     

血管生物反应器流场的数值分析

目的 研究一种新型小口径血管生物反应器在不同工况下的流场分布。方法 采用数值方法模拟反应器外筒单独旋转、内筒单独旋转和内外筒同向等速旋转情况下其内部的流场分布,对流速和切应力等参数进行比较分析。结果 血管生物反应器工作时,培养液随内外筒的旋转而旋转流动,速度分布均匀;可为培养液内的细胞提供非破坏性的低切应力环境;并且反应器内部的切应力大小与转速呈二次函数关系。结论 该反应器能为血管培养提供良好的培养环境,本研究可为其实验研究提供指导意见和理论基础。     

生物人工肝支持系统中溶解氧控制问题的研究进展

生物人工肝支持系统借助体外的机械、生化装置,清除患者体内积蓄的各种有害物质,补充有利于肝细胞再生的必需物质,改善内环境,暂时替代患者病肝的部分功能,为肝衰竭患者过渡到自身肝细胞再生或肝移植赢得宝贵的时间.在生物人工肝支持系统(BALSS)中,生物反应器是整套系统的核心.对生物反应器中多参数如溶解氧(DO)、pH和温度的有效控制是保障肝细胞生长和功能发挥的基础,其中溶解氧对细胞生长尤为重要.文中对反应器中增加溶解氧浓度的方法、溶解氧的检测和溶解氧的控制算法进行了综述,并介绍了适用于生物人工肝溶解氧控制的自适应预测算法.     

应用搅拌式生物反应器大量扩增人胎盘间充质干细胞的实验研究

探讨应用搅拌式生物反应器培养技术体外扩增人胎盘间充质干细胞(hPDMCs)的方法.以 hPDMCs为种子细胞,利用微载体悬浮法在搅拌式生物反应器内进行体外培养,同时设置静态培养的培养瓶为对照组,观察细胞的扩增速率、细胞代谢(乳酸、葡萄糖、培养液的pH值)的变化,检测生物反应器培养前、后干细胞的表面标记物.hPDMCs 在搅拌式生物反应器内每代可以扩增 (10.55±1.62) 倍,明显高于对照组 (6.10±0.11) 倍的扩增值(P＜0.05),且细胞生长代谢指标优于对照组;流式细胞仪检测应用搅拌式生物反应器,培养后细胞表面标记物的表达率无明显改变(P>0.05). 搅拌式生物反应器能够提供良好的细胞生长环境,建立用于 hPDMCs 的大量扩增的体外三维培养体系.     

乳鼠成骨细胞与珊瑚-羟基磷灰石支架材料在旋转式生物反应器中培养的实验研究

目的探讨联合运用成骨细胞、珊瑚-羟基磷灰石(CHA)支架材料和自行研制的旋转式生物反应器在体外构建组织工程化骨的可行性.方法运用骨片组织培养法,分离培养Wistar乳鼠的成骨细胞,传至第3代后,形成成骨细胞-CHA复合物,然后在自行研制的生物反应器中培养.通过茜素红(ARS)染色,MTT法及其他组织化学的方法来研究在生物反应器中培养14 d时的成骨潜能.结果成骨细胞和CHA支架材料有良好的生物相容性.在生物反应器中,成骨细胞-CHA复合物培养至第14天时,CHA明显促进了细胞的增殖,ARS染色呈弱阳性反应,同时,碱性磷酸酶(ALP)的分泌减少.结论CHA材料和生物反应器可以为成骨细胞提供良好的生物学及力学环境,三者联合运用有希望成为构建组织工程骨的理想方法.     

空间细胞生物反应器技术研究进展

为了研究空间微重力环境对生命系统的影响,在空间进行细胞生物学实验是不可或缺的环节。空间细胞生物反应器作为支持空间生命科学研究的重要技术手段,直接影响到空间实验数据的质量和研究水平。迄今为止,空间细胞生物反应器技术仍在发展之中,尚无统一标准。综述空间细胞生物反应器发展的现状,介绍几类典型空间细胞生物反应器的工作原理,着重分析培养液供应方式和空间流体力学环境的特点,并简要分析对温度、溶氧、溶液pH值等过程参数控制及在线显微观测技术,以期探讨空间生物反应器的未来发展方向。     

生物电化学传感器研究进展

生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支，它具有专一、高效、简便、快速的优点，已应用于生物、医学及工业分析等方面。按其工作原理，生物电化学传感器可分为三类：（一）代谢型：包括酶传感器、组织传感器与微生物传感器等；（二）亲和型：包括免疫传感器、受体传感器和生物素传感器；（三）仿生型：包括人工酶仿生传感器和脂质膜开关传感器等。微型酶传感器已能进入细胞进行在体检测与监控。     

血液流体动力学研究与生物反应器在组织工程化心脏瓣膜构建的应用

由于目前临床应用的心脏瓣膜替代物各有其固有的不足，探索以合适的方法构建具有生长活性的组织工程化心脏瓣膜一直是该领域各国学者研究报道的焦点。心脏瓣膜生物反应器模拟了心脏瓣膜在体内所处的血流动力学环境，并具有传质功能，所以在TEHV构建中除了要有足够健康的种子细胞和理想的生物支架材料，生物反应器是不可缺少的。对血液流动力研究进展，心脏瓣膜生物反应器的原理、构造与设计，生物反应器在心脏瓣膜组织工程中的应用范围进行了逐一概述。     

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。     

豚鼠胃肠壁内神经丛的磷酸醋、醋类和神经递质代谢有关的酶组织化学观察

本文报道用光镜半定量和显微光度计定量分析研究了豚鼠胃肠壁内神经丛神经元的几种酶的组织化学反应。结果表明,神经元的碱性磷酸酶(AlP)、酸性磷酸酶(AcP)、5′-核苷酸酶(5′-Nase)、硫胺素焦磷酸酶(TPPase)、非特异性酯酶(NsE)和胆碱乙酰转移酶(ChAT)反应强弱明显不等。消化道不同节段或不同部位神经元的单胺氧化酶(MAO)、氨基肽酸(AP)和乙酰胆碱酯酶(AChE)反应虽有差别,但却显阳性反应,同一神经节内各神经元的反应比较近似。胃肠各段壁内神经丛中50～66%神经元呈ChAT强阳性反应,这些细胞可能为胆碱能神经元。整个消化道粘膜下丛与肠肌丛神经元相比,除NsE外,另几种酶均有高度显著差异。粘膜下丛神经元AcP和AP反应较强,肠肌丛神经元AlP、5′-Nase、TPPase、MAO、ChAT和AChE反应较强,胃壁内神经丛不如肠道的发达。尤其是胃粘膜下丛只见少数单个散在的神经元,它们的各种酶组织化学反应均较弱。各段肠中,以十二指肠和近端结肠壁内神经丛神经元的各种酶组织化学反应较强。上述结果表明,消化道不同部位以及同一部位不同类型的神经元在代谢和功能上有明显的差别。