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脉动流模拟系统血压波形相似度算法研究
目的 研究表征血压波形间相似程度的量化指标,并应用到脉动流模拟系统中血压波形的分析.方法 在对已有相似度算法进行研究的基础上,结合血压波形自身的特点,提出加权平均算法.该算法将相关系数法和特征参数法相结合,分别从整体和局部特征对波形进行相似性度量,兼具全局匹配和局部比较的优点.结果 与夹角余弦法、平均绝对差法和数值型相似系数法相比,加权平均算法更适用于血压波形相似度的分析.结论 加权平均算法可以表征不同血压波形之间的差异,比较不同脉动流装置之间的模拟性能,进一步完善后还可以用于其他生理波形的分析.
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灌注式生物反应器中流体剪切力对大段组织工程化骨构建的作用
目的 结合流体力学模型研究灌注式生物反应器中大段组织工程化骨的构建与多孔支架内流体剪切力的关系.方法 利用灌注式生物反应器对复合骨髓基质干细胞的多孔磷酸三钙支架进行灌注培养.培养基的黏度分别为1.12 mPa·s,2.23 mPa·s及3.35 mPa·s.通过细胞增殖、成骨分化及组织形态学评价组织T程化骨的构建,建立流体力学模型,求解支架内的流体剪切力.结果 培养基黏度2.23 mPa·S组,细胞增殖高于其他组.培养基黏度2.23 mPa·s及3.35 mPa·s组第28 d的碱性磷酸酶活性及第7 d后的骨钙素分泌高于1.12 mPa·s组.培养基黏度越高,骨桥蛋白的分泌高峰出现越早.28 d后,黏度3.35 mPa·s组的钙化基质多.流体力学模型分析,培养基黏度1.12 mPa·s,2.23 mPa·s及3.35 mPa·s组中,支架内的平均流体剪切力分别为5 mPa,11 mPa和15 mPa.结论 在利用复合人骨髓基质干细胞的多孔磷酸三钙构建大段组织工程化骨的过程中,15 mPa的流体剪切力有利于组织工程化骨的构建.
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采用灌注生物反应器构建的心肌组织中氧分布的数值模拟
目的 建立灌注生物反应器和心肌组织构建物中流体流动及氧传递和反应的稳态数学模型.方法 以工程化心肌组织体外多通道灌注培养系统为研究对象,利用计算流体力学方法 ,通过商业软件来求解数学模型,并考察两种细胞密度下灌注速率对氧分布的影响.结果 通过多通道灌注生物反应器模仿毛细血管,能部分提高及改善支架材料内的氧浓度分布.在细胞密度较低时多通道灌注方式口J以满足细胞生长的需要;但由于通道的数目较少以及形状简单,在细胞密度较高时,仍无法满足细胞对氧的需求.结论 该模型能够用于优化支架材料的几何尺寸以及灌注速率等流动参数.
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灌注式生物反应器中大段多孔磷酸三钙载体内流场分布的模拟研究
目的 对灌注式生物反应器中大段多孔磷酸三钙载体内流场分布进行模拟研究.方法 使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法 对我们自行设计的灌注式牛物反应器中大段多孔β-TCP载体内流场分布情况进行了模拟研究,并对不同灌注速度条件下载体材料内的流体剪切应力进行了计算.结果 利用CFD方法 可以很好的模拟三维载体材料内的流场分布,并可以对载体材料内部的流体剪切应力进行计算.在我们的灌注反应体系中,3 ml/min,6 ml/min及9 ml/min灌注速度条件下载体内主要区域的流速值分别为(0.227±0.062)mm/S、(0.459±0.125)mm/s以及(0.701±0.193)mm/s,而相应的流体剪切应力值分别为5.2±1.5 mPa、10.6±3mPa以及16.2±4.6 Pa.结论 利用计算流体动力学(CFD)这一计算模型可以进行不同灌注系统之间结果 的比较及不同显微结构载体之阿结果 的比较.并且可以根据细胞实验结果 选择适于细胞分布增殖或者分化的流体剪切应力值,进而为组织工程中生物反应器的流速选择以及载体材料结构的加工提供依据.
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利用旋转式生物反应器快速扩增骨髓间充质干细胞
目的 探讨旋转式生物反应器是否能促进骨髓来源的间充质干细胞(MSCs)的快速扩增.方法 将MSCs细胞放入盛有MyelocultTM培养液生物反应器中动态培养,并在MyelocultTM培养液中补充一些因子,如干细胞因子(SCF),白介素3和6(IL-3,IL-6).检测和比较经反应器处理前后的MSCs的表型,增生和分化能力的变化.结果 在生物反应器中培养8 d,总细胞数、Stro-1+CD4+CD34-间充质干细胞和CD34+CD44+Stro-1-造血干细胞分别增加了9、29和8倍.实验研究结果 显示,生物反应器扩增的间充质干细胞表达了原始间充质干细胞的标记物内皮因子(SH2)和波形蛋白,却没有发现与细胞系的分化有关的标记物,包括骨钙素(成骨指标),Ⅱ型胶原(成软骨指标)和C/EBPа(成脂指标).生物反应器组的细胞集落生成效率(成纤维细胞集落/天)是对照组(无生物反应器组)的1.44倍.经诱导后,生物反应器扩增的间充质干细胞可以分化成成骨细胞,软骨细胞和脂肪细胞,其分化能力与未经生物反应器处理的MSCs无区别.结论 旋转式生物反应器结合改良的MyelocultTM培养液可用于快速扩增问充质干细胞.
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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.
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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.
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两种人工肝生物反应器内乳猪肝细胞培养的比较研究
目的 采用普通型中空纤维及编织型中空纤维两种人工肝生物反应器,比较其内培养的肝细胞生存时间及功能,为生物反应器的设计提供新的方法和思路.方法 将新生中国实验小型猪的肝细胞与微载体共同培养,待肝细胞与微载体充分粘附形成微载体-球形聚集体后,将其注入生物反应器的外腔,在培养液内加入氯化氨、醋胺酚检测生物反应器的生物转化和代谢功能,行无血清培养检测肝细胞白蛋白的合成功能,并检测肝细胞酶的漏出量.锥虫蓝染色测定肝细胞的活力,透射电镜观察其超微结构.结果 肝细胞与微载体相互聚集,形成了具有一定结构层次的肝细胞聚集体,重构了肝细胞之间的相互连接;接种入生物反应器后,在编织型生物反应器中肝细胞1周内保持较高的活力,至第7天肝细胞活力仍高达(75±6.3)%,对醋氨酚和氯化铵有良好的代谢、生物转化功能,白蛋白合成在第7天为(0.57±0.13)mg/106个肝细胞,酶的漏出量也少,各项指标均明显优于普通型生物反应器组(P＜0.05).结论 编织型生物反应器为肝细胞的生长、增殖提供一个类似体内的三维立体环境,是一种性能良好的生物反应器.
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新型编织型生物反应器内大量乳猪肝细胞的组织化培养
目的使反应器内培养的肝细胞能在较长时间保持肝细胞的特殊功能和活力,提高生物反应器的功效并为反应器内储存和运输肝细胞提供可能.方法将新生实验型小猪肝细胞与微载体共同培养,待肝细胞与微载体充分粘附形成微载体-球形聚集体后,将其置入新型编织型生物反应器的外腔,用培养液循环式人工毛细管培养系统进行培养,在培养液内加入氯化氨、醋胺酚检测生物反应器的转化功能,行无血清培养检测肝细胞的白蛋白的合成功能,观察肝细胞的酶漏出量.锥虫蓝染色观察肝细胞的活力,电镜观察其超微结构.结果生物反应器内培养的肝细胞在1周内能保持较高的活力,并保持着较高的氯化氨、醋胺酚的生物转化及白蛋白合成功能,酶的漏出量也少.肝细胞超微结构示内质网、线粒体等细胞器丰富,核内染色体分布均匀,肝细胞间的微绒毛形成胆小管样结构.结论肝细胞与微载体及肝细胞之间的聚集,形成直径大小不等的肝细胞-微载体球形聚集体,这种由肝细胞重新结合而成的聚集体类似于体内的肝组织结构,在新型编织型生物反应器内的中空纤维网架的支持下,肝细胞聚集体均匀地分散其中,为肝细胞的生长提供了一个类似体内内环境的三维空间,因而在无氧合器供氧的情况下,肝细胞也能在1周内保持较好的形态和功能.
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生物人工肝的临床应用现状
生物人工肝(bioartificial liver system,BAL)是专指人工培养的肝细胞为基础构体的体外生物反应系统.BAL系统在体外与患者循环通路相连,由人工部分(生物反应器)和生物部分(肝细胞)组成.目前有近10种BAL系统得到临床应用.现就其中9种BAL系统的临床应用效果作一简述.
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生物人工肝的研究进展
肝移植是治疗急慢性肝功能衰竭有效的方法,但是,由于供肝缺乏,必需寻求终未性肝病替代疗法.其中主要方法之一是体外生物人工肝支持系统,简称生物人工肝(bioartificial liver, BAL),发展至今已有40多年.临床试验证明BAL能促进肝功能衰竭病人的恢复,或过渡到肝移植.生物反应器是BAL的核心部件,生物反应器设计的主要目的在于保持肝细胞活力和功能,且不妨碍肝细胞营养及代谢产物的交换,同时还能起到治疗作用.细胞材料是BAL治疗基础,维持细胞活率和功能对BAL功效有决定性作用.本文就生物人工肝装置在实验和临床试验中的研究进展作一综述.
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生物人工肝支持系统研究新进展
体外人工肝支持系统(人工肝)是国外近年来发展起来的用以为肝衰竭患者提供体外肝功能支持的装置,这一技术的出现和发展为肝衰竭的治疗开辟了新途径.国外人工肝的研究开始于20世纪50年代,已有近50年的历史.近10余年来有关生物型人工肝(bioartificial liver,BAL)的研究成效大,其基本原理是将体外培养增殖的肝细胞(人肝细胞、哺乳动物肝细胞或肝细胞系)置于体外循环装置(生物反应器)中,患者血液(血浆)流过生物反应器时,通过容器内的纤维素半透膜或直接与肝细胞进行物质交换,从而达到人工肝支持的目的.
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以无纺布编织型生物反应器为基础的生物型人工肝治疗暴发性肝功能衰竭
目的设计一种新型生物型人工肝,评价其治疗暴发性肝功能衰竭的疗效.方法采用无纺布编织型生物反应器接种原代猪肝细胞构建生物型人工肝,对D-氨基半乳糖胺诱导的猪暴发性肝功能衰竭模型进行治疗.结果生物型人工肝治疗可显著降低受试动物血氨和血清L-乳酸浓度,稳定血糖水平,改善Fischer指数,并延长动物存活时间.结论以无纺布编制型生物反应器为基础构建的生物型人工肝对暴发性肝功能衰竭具有明显的肝支持作用,具有临床应用可行性.
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应用脂肪干细胞构建组织工程化小口径血管平滑肌层的实验研究
目的 探索利用脂肪干细胞在生物反应器内构建组织工程血管平滑肌层的可行性.方法 用抽吸的脂肪获取脂肪干细胞,在生长因子TGF-β1和BMP4作用下诱导成平滑肌细胞,然后将诱导的平滑肌细胞接种于PGA上,将细胞-材料复合物置于生物反应器内进行培养,在模拟胚胎发育血流动力学的刺激下(搏动频率:75次/分;扩展量＜5％),构建小口径的血管平滑肌组织.培养8周后,取材行组织学和生物力学检测并与正常血管对比.结果 脂肪干细胞在TGF-β1和BMP4的诱导下,细胞呈现平滑肌细胞特有的“波峰-波谷”样生长特点,并表达平滑肌细胞的特异性标记物α-SMA 、SM22α、calponin和SM-MHC;反应器内培养8周后,构建的管状组织胶原分泌旺盛,具有一定的力学强度和弹性.结论 利用脂肪干细胞可在体外生物反应器内构建组织工程化小口径血管平滑肌层,为临床上小血管病变的修复提供了一种新的可能的途径.
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应用生物反应器构建组织工程化血管的实验研究
目的 探讨利用生物反应器体外构建具有完整结构的组织工程化血管的可行性.方法 从6月龄毕格犬颈总动脉获取平滑肌细胞,颈外静脉获取内皮细胞,经体外培养扩增.然后,先将平滑肌细胞接种于聚羟基乙酸(PGA)上,形成细胞一材料复合物,将该复合物置于生物反应器内培养.模拟成年哺乳动物循环系统的参数,予以动态力学刺激(搏动频率:75次/分;扩张量<5%).8周后,在其上接种内皮细胞,对照组不接种内皮细胞,培养5 d后取材检测.结果 组织学染色显示,平滑肌纤维成分排列较规则,有层次感,内皮细胞完整;对照组未见内皮细胞层结构.结论 利用生物反应器可在体外构建具有完整结构的组织工程化血管.
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组织工程软骨生物反应器的设计
目的 根据流体力学原理优化反应器内腔结构,并设计一套组织工程软骨生物反应器.方法 采用计算机仿真的方法对反应器内腔流场进行仿真计算,通过流场分析确定内腔结构,终构建一套完整的生物反应器系统.结果 确定了生物反应器的内腔结构,生物反应器由控制系统和细胞培养室两部分构成,能置于培养箱中对软骨细胞材料复合物进行动态培养.结论 反应器内腔的结构是合理的.整个生物反应器系统运行可靠.
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组织工程化脉管组织构建的研究进展
1 引言脉管系统包括心血管和淋巴系统两部分,脉管移植是临床用来治疗脉管系统疾病的手段之一.自体血管和淋巴管是较理想的脉管移植物.但是人体自身可供移植的非必需脉管的来源有限,而异体脉管移植存在免疫排斥等问题,因此寻找新的治疗方法和移植材料成为重要的研究课题,脉管组织工程学研究成为热点.脉管组织工程是利用种子细胞和可降解生物支架材料来构建脉管的科学,主要包括:种子细胞、支架材料和生物反应器的应用.现就脉管组织工程的研究进展综述如下.
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组织工程软骨生物反应器的设计
目的 根据流体力学原理优化反应器内腔结构,并设计一套组织工程软骨生物反应器.方法 采用计算机仿真的方法对反应器内腔流场进行仿真计算,通过流场分析确定内腔结构,终构建一套完整的生物反应器系统.结果 确定了生物反应器的内腔结构,生物反应器由控制系统和细胞培养室两部分构成,能置于培养箱中对软骨细胞材料复合物进行动态培养.结论 反应器内腔的结构是合理的.整个生物反应器系统运行可靠.
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生物人工肝应用及开发
人工肝可改善机体内环境,临床有望用于辅助治疗肝功能不全、肝衰竭以及相关肝脏疾病.生物人工肝是临床应用的发展方向.本文简要介绍生物人工肝的应用和注册进展,分析目前生物人工肝存在的问题并探讨其应用前景.
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发酵类生物反应器参数在线监控技术
概述了发酵类生物反应器及其过程参数的控制方法、在线监控技术,拟为目前发酵类生物反应过程参数的在线监控技术的深入研究提供思路.
