[发明专利]一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗和实验研究器械，尤其是涉及一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器。

背景技术

心脑血管疾病发病率呈逐年上升趋势，其共同的病理生理学特征为血管功能失衡及损伤修复异常，继而引起血管重构。因此，组织工程血管置换术是心脑血管疾病的重要治疗方法。目前临床上应用的血管移植物主要有异体生物血管、自体血管、人工合成血管。异体生物血管因易致免疫排斥而最终导致血管阻塞；自体血管必需牺牲人体正常组织来修复病损组织，且长度和管径合适的自体非必需血管的来源有限。人工合成血管如涤纶、聚四氟乙烯等材料作为小血管的通畅率不能满足临床治疗的需要，且作为异物可引起慢性免疫排斥反应、感染和栓塞、随着时间的延长，管腔通常率下降，若长期应用抗凝药又有一定的副作用，因此寻找新的血管替代物成为新的研究热点。

自1986年，Weinberg CB等应用自体来源的平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞构建了复合的组织工程化血管，但血管强度无法满足回植要求，让人们看到了组织工程血管的希望。此后Kanayama、Jo等用天然胶原、脱细胞血管支架等天然生物材料作为支架材料构建组织工程血管，证明了构建TEBV的可行性。

此外，Matsumura和Roh等用人工合成可降解材料PGA(聚羟基乙酸)、PLA(聚乳酸)、聚L-乳酸(PLLA)及上述材料共聚物(PLGA)，P4HB(聚-4-羟基丁酸)等作为支架材料也构建除了组织工程血管。

但是，上述组织工程血管均为体外静态构建，此时血管细胞会丧失部分分化功能，黏附力量低下，导致形成的TEBV弹性中膜的强度不够、内皮细胞层黏附不牢易脱落，而导致血栓形成。因此，在体外构建TEBV时，人为施加适宜的力学刺激成为人们的共识。合理运用脉动生物反应器在体外模拟体内血管的流体力学环境，在体外构建成能自我分泌细胞外基质、具有一定力学强度、能够自我重构的功能完整的TEBV。

由于心脏是搏动血流，频率低，压差大，故实现仿生的体外模拟比较困难。Niklason和Hoerstrup SP等有类似报道，将利用蠕动泵为动力源，设置一定搏动频率，在组织工程血管反应器中成功构建组织工程化小血管，并用于动物实验，得到的组织工程血管在形态学、组织学与正常血管相似，管腔较为通畅，且血管最大抗张强度相比静态培养大幅提升。

但总体上看，目前以蠕动泵为动力源使得力学参数(如血压和心率等)的调节范围受限，体外模拟的力学微环境仿生度不高，大部分的血管重构研究主要集中在细胞层次，研究结果较难在整体动物研究中得到重复，获得的TEBV的性能尚不满足临床使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生脉动生物反应器，此反应器具有参数(频率、正/负向压力及压差等)调节范围大，仿生能力强，机械稳定性好，运行可靠等优点，有利于组织工程血管研究平台的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种仿生脉动生物反应器，包括脉动生物反应器动力装置，脉动生物反应器动力装置与人工心脏辅助装置罗叶泵连接，人工心脏辅助装置罗叶泵与生物反应器培养系统连接，生物反应器培养系统与储液瓶连接，储液瓶与人工心脏辅助装置罗叶泵连接。

上述仿生脉动生物反应器包括反应器器皿，器皿由玻璃反应器和硅胶盖两部分构成，玻璃反应器内缘处接有对称的细玻璃端口，分别为进液口和出液口，两端玻璃端口由薄壁硅胶管连接。

所述薄壁硅胶管采用外径4-6mm外径的硅胶管制作，薄壁硅胶管为中空的管状结构，外包裹一层可降解人工材料PGA，薄壁硅胶管由玻璃器皿内缘插入细玻璃端口，外部管路为不同型号的接头与硅胶管构成，通过管道与压力传感器和动力装置连接，构成一套整体系统。

所述培养器器皿主体，反应器高120cm，直径为110mm。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1)本发明的仿生脉动生物反应器用于TEBV的构建。本发明由脉动反应器动力装置、人工心脏辅助装置(罗叶泵)、组织工程血管反应器、储液瓶和连接管道组成。罗叶泵是一种模仿心脏左室舒缩做功的特殊的容量(容积)泵，驱动一定容积液体在密闭管道上脉动形式流动。此外，罗叶泵的参数(频率、正/负向压力及压差等)调节范围大，仿生能力强，有利于组织工程血管研究平台的应用。