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.2016年4月1日；5(1):72-83.
doi:10.1089/biores.2016.0006。 2016年eCollection。

用于全肺工程的仿生培养反应器

Micha Sam Brickman Raredon公司 1, 凯文·洛科 2, Ciprian P Gheorghe公司 三, 阿莫·西瓦拉帕塔纳 2, 马布贝·加迪 4, 詹娜·巴列斯特里尼 5, 托马斯·拉雷登 6, 伊丽莎白·A·卡莱 2, 劳拉·E·尼克拉森 2
附属公司

用于全肺工程的仿生培养反应器

Micha Sam Brickman Raredon公司等。 Biores开放访问. .

摘要

脱细胞器官现在已被确定为有希望的全器官再生支架。为了使这项工作达到治疗实践，进行人体规模的临床适用器官培养需要技术和设备。我们设计并构建了一个能够容纳整个人类或猪肺的生物反应器系统，并在本研究中描述了相关技术细节、组装和操作方法以及验证。反应器有一个模拟体内胸腔条件的人工隔膜，驱动液压调节负压通风，以及能够驱动压力调节或容积调节血管流量的定制脉冲灌注装置。这两种形式的机械驱动都可以调节，以匹配特定的生理曲线。器官密封在弹性人工胸膜中，胸膜安装在支撑结构上。胸膜减少了器官培养所需的液体量，在机械调节期间保持了器官的位置，并创建了一个无菌屏障，允许在生物安全柜外进行拆卸和维护。液体悬浮、负压通气和生理灌注的结合使所述系统能够提供现有技术中未发现的仿生机械环境，特别适合于全身再生。在本研究中，我们解释了该仪器的设计和操作，并提供了验证预期功能的数据。

关键词：生物加工；细胞外基质；再生；组织工程。

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数字

<b>图1</b>
图1。
生物反应器的技术图纸。该仪器由三个机械模块组成：器官室（A）、通风设备（B）和灌注装置（C）这三个模块通过½〃内径管道（未显示）连接，其流动路径取决于实验条件。肺部被密封在硅胶胸膜（a.7）和与插管口相连的任何插管内（a.8，示意图）。然后，通过硅胶胸膜中的环将结构悬挂在可拆卸的不锈钢内部结构（A.9）上，流线从插管口延伸至密封圈（A.5）。快速连接接头（A.6）可方便地管理进出反应器的流动管线。液压缸（B.5）的摆动驱动流体流入/流出顶板通风圆顶（A.1），导致人工隔膜（A.3）弯曲。灌注装置（C.4）中聚乙烯波纹管泵的膨胀和收缩驱动循环脉动血管流。通风可在0到15之间变化 10–750时的bpm 毫升/周期。灌注可以从0到94不等 5–55分时的bpm 毫升/周期。bpm，每分钟心跳数。
<b>图2</b>
图2。
设置、灌注和通风。肺被隔离，为动脉、静脉和气管流插管，连接到插管口，并密封在适当大小的硅胶胸膜内（A）.连接相应的流线，将组装好的构件放置在器官室内，并悬挂在内部结构上（B）构筑物的动脉灌注显示出与发现的压力曲线相似的压力曲线体内，配有重行星切口阀关闭（C）.静脉流出显示规则平滑的压力曲线（D）.由于负压通气，气管流线内的压力发生振荡（E）.同时灌注和通气期间动脉管路中的压力可以在（F），高频振荡对应于20 bpm灌注和对应于2的低正弦调制 bpm通风。
<b>图3</b>
图3。
24岁后自然肺组织学 h培养基。H&E切片显示组织损伤程度低，整体组织形态保持不变（A、B）.CD31型一些肺泡区域的表达减少（C，D）可能是因为使用了不适合内皮细胞培养的培养基。两个肺泡上皮细胞的分泌都得到了很好的维持(pro-SPC染色，E、 F类)和支气管(CCSP公司染色，G、 H）区域。AQP-5型与自然肺相比，培养肺中出现增加（I，J）细胞增殖在培养过程中下降，PCNA染色显示（K，L）H&E、苏木精和曙红。
<b>图4</b>
图4。
自然肺和24小时后RT-PCR的基因表达 h培养基。与组织学检查结果相对应，培养期间上皮分泌保持良好，正如在测量CCSP、SPC、和特殊目的银行中的表达式（A–C）内皮基因表达也保持不变，VE-cadherin表达和CD31型表达保持接近生物反应器前值（D、E）.增加了六倍第63页看到了表情（F），提示积极调节气道前体细胞的增殖和分化，这在肺“损伤”的情况下是可以预期的福克斯J1也观察到纤毛标记（G）.统计过程控制气管液中的浓度略高于血管液，表明毛细血管和肺泡腔之间存在部分机械屏障（H）误差条是技术复制品平均值的标准误差(n个 = 5); 然而，没有根据Rieu的建议计算条件之间的统计显著性等。因为这些数据来自单个肺的多个样本（生物复制n个 = 1).
<b>图5</b>
图5：。
生物反应器驱动的脱细胞。切除后立即将一整套猪肺装入反应器（A）.器官在6个周期内脱细胞 h，然后漂洗过夜，得到一个坚固的脱细胞支架（B）.脱细胞器官的组织学（D）与天然组织相比（C）显示成功去除血管和上皮间隙中的细胞，并广泛存在完整的基质结构。
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参考文献

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