[发明专利]有不同曲面的人工软骨或骨软骨体外培养的方法及生物反应器

说明书

【技术领域】

本发明涉及组织工程领域，特别在滚动载荷和滑动载荷作用下培养不同形状人工软骨或骨软骨的方法及相关的生物反应器。

【背景技术】

组织工程是近年来正在兴起的一门新学科，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代。组织工程将会成为本世纪极具潜力的高新技术产业，必将产生巨大的社会和经济效益。

关节软骨缺损是外科常见的疾病之一，通常由外伤、手术切除、骨性关节炎等慢性疾病引起。临床表现为顽固性疼痛，关节活动障碍，严重者可完全丧失关节功能，成为肢残和劳动力丧失的主要原因之一^[1]。大量研究结果表明，由于软骨组织再生能力极为有限，软骨损伤自我修复几乎不可能。临床上自体移植或异体移植也存在较大的限制和弊端。当前为缺损修复提供移植软骨，软骨组织工程是最理想的的方法。组织工程的基本方法是将自体或异体细胞经体外培养、扩增后，接种到一种组织相容性好的生物材料上，进行体外培养，形成一定的类组织，然后植入体缺损部位，与宿主软骨融合，达到修复软骨缺损的目的。其中软骨组织工程和骨组织工程都是分别采用不同种子细胞、支架材料和活性因子的复合体培养，软骨组织和骨组织也可能采用相同的种子细胞，如骨髓间充质干细胞。

软骨缺损发生于关节的不同部位，修复软骨缺损需要不同、合适的软骨移植物，当前按照临床形状要求制作不同形状的人工软骨也是非常必要的，这样有利于软骨缺损部位的修复。特别是力学环境作用下培养不同形状、具有承力功能的人工软骨，可以更好地满足临床需求。另外，软骨缺损有时深入到软骨下骨，临床治疗需要部分软骨、部分骨的移植物修复缺损，这种骨软骨组织培养时同样需要获得结构与功能同时生长。

当前，随着组织工程的发展，种子细胞、支架材料和活性因子研究的不断深入，在生物反应器内如何培养移植物受到更多的关注，其中对移植物培养条件的力学环境越来越重视。对于软骨来说，其活体力学环境非常复杂。合适力学条件是培养出结构、功能都与天然软骨相近移植物的重要因素。最近几年相关研究者对不同的力学刺激，以优化培养物的结构和功能做了大量研究。国内有研究者采用静张应力对大鼠髁突软骨细胞增殖效应进行研究，实验表明细胞增殖数量随静张应力增高而升高[华西口腔医学杂志，2003，21(1)，57-60]；也有研究空气压应力对体外培养软骨细胞分泌细胞因子的影响[解剖学报，2001，32(4)，385-387]，离心力在体外构建组织工程软骨中的作用[中华实验外科杂志。2005，22(3)，281-283]，周期性流体应力刺激对组织工程软骨分化影响的实验研究[骨与关节损伤杂志，2003，18(9)，620-622]。这些加载方法可以促进细胞增殖或功能发挥，但和真正软骨受载是有差别的。Mauck等[JBiomech Eng，2000；122(3)：252-260]把软骨细胞接种在琼脂糖凝胶进行动态直接施压，载荷大小是使复合体变形10％，频率为1Hz，探索功能化软骨组织工程的培养，4周后发现GAG(氨基葡聚糖)升高45％，胶原含量增加37％，明显高于未加载组。Buschmann等施加1Hz，应变3％的动态压载荷进行软骨构建，实验表明硫酸软骨素增加15％-25％，脯氨酸增加10％-25％，同时，在这种力学条件下研究不同培养时间培养物弹性模量的变化。