МНОГОКАМЕРНЫЙ БИОРЕАКТОР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
MULTI-CHAMBER BIOREACTOR FOR GROWING TISSUE-ENGINEERED STRUCTURES

Изобретение относится к устройству для культивирования клеток и может быть использовано в клеточной биологии, молекулярной биологии, биоинженерии, экспериментальной биологии и хирургии для создания тканеинженерного органа.
Трансплантация органов является эффективным методом лечения пациентов, страдающих заболеваниями в терминальной стадии. К сожалению, она связана с постоянным недостатком донорских органов и необходимостью пожизненной иммуносупрессивной терапии, имеет высокий процент смертности, а пересадка органов по этическим соображениям не производится во многих странах. Это вызывает потребность в новых методах лечения для восстановления или замещения поврежденных органов и тканей. В этом плане перспективным является развитие тканевой инженерии. В настоящее время существует ряд примеров применения биоинженерных тканей и органов в клинической практике (см. Dohmenetal., 2011, Atala et al., 2006, Roya-Riveraetal., 2011, Macchiarini et al., 2008, Biancosino et al., 2006, Zehr et al., 2005, Cebotari et al., 2006, Brever et al., 2011). Тканевая инженерия может стать альтернативным способом лечения органов с нарушенными функциями, где одним из определяющих компонентов является биореактор - это устройство, которое можно использовать для рецеллюляризации, т.е. заселения клетками реципиента, как естественных, так и синтетических каркасов. Важным свойством такого устройства является точное воспроизведение физиологических параметров определенной ткани или органа, которое служит важнейшим стимулом для размножения клеток в биореакторе.
Известен патент US 2015/0329816 A1 от 19.11.2015, в котором раскрыто устройство биореактора с возможностью протока среды внутри и снаружи фиксированного образца, а также регулировки длины. Биореактор состоит из основы с пазами и зажимами для стекол, которые в собранном виде формируют рабочую камеру и резервуар для питательной среды, а также трубок для фиксации образца, тока жидкости внутри его и снаружи. Биореактор может быть использован следующим образом: образец фиксируется в камере биореактора на двух трубках, в соответствующие пазы основы биореактора вставляются стекла, которые далее фиксируются зажимами, обеспечивая герметичность камеры, после чего производится проток питательной среды.
Недостатком данного устройства является невозможность вращения камеры с фиксированным образцом, что приводит к необходимости использования дополнительных устройств для вращательного заселения образца клетками перед его размещением в самом биореакторе. Это усложняет процесс выращивания тканеинженерной конструкции, а также повышает риск контаминации.
Также известен патент US 8,507,263 В2 от 31.08.2013, в котором раскрыто устройство биореактора для тканевой инженерии трубчатых органов с возможностью вращения образца, тока питательной жидкости через его просвет и по наружной поверхности. Биореактор состоит из камеры для размещения трубчатого органа, множества деталей центрального вала, электродвигателя, обеспечивающего его вращение, и насосов, соединенных с емкостями камеры. Биореактор может быть использован следующим образом: в камеру помещают трубчатый орган, производят внесение на его поверхности клеточных суспензий, далее по системе коммуникационных трубок при помощи насосов подаются питательные жидкости при одновременном вращении образца.
Недостатками данного биореактора являются недостижимость естественного ламинарного тока жидкости в просвете фиксированного образца, необходимость использования множества переходников-удлинителей для фиксации образцов различной длины, невозможность работы с несколькими образцами.
В качестве прототипа изобретения взята патентная заявка с регистрационным номером 201714921 и входящим номером 025891 от 27.04.2017 «Универсальный биореактор для выращивания тканей нженерных конструкций», в которой раскрыто устройство биореактора, способного обеспечивать перфузию питательной среды внутри и снаружи фиксированного трубчатого образца, а также производить его растяжение и скручивание. Биореактор состоит из станины и камеры, соединенной с электродвигателем, насосов и трубок. Камера биореактора состоит из прозрачного сосуда с крышками с обеих сторон, содержащего внутри подвижный поршень и внутреннюю камеру. Образец фиксируется в камере на переходниках, один из которых фиксирован к подвижному узлу, а второй к поршню. Биореактор может быть использован следующим образом: в камеру помещают орган или ткань, вносят на его поверхности клеточные суспензии, производят проток питательных жидкостей, при одновременном скручивании и растяжении образца.
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность расположения нескольких камер на станине и следовательно работы с несколькими изолированными образцами, а также сложность фиксации образцов в камере биореактора, в ходе которой возможно их повреждение.
Задачами изобретения являются: расширение технологических возможностей и повышение удобства обслуживания биореактора.
Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемый многокамерный биореактор содержит станину с электродвигателем и камерой, состоящей из сосуда с прозрачными стенками и герметичными крышками с обеих сторон, выполненными в виде литых цилиндров, первая из которых содержит сквозные отверстия для прохождения трубок притока и оттока жидкостей, перекачиваемых при помощи насосов, для фиксации образцов различной конфигурации и диаметра биореактор снабжен соответствующими переходниками. Новым является то что на валу электродвигателя закреплен барабан, в котором расположено несколько камер биореактора, герметичные крышки камер жестко соединены между собой посредством эксцентричной трубки внутреннего оттока и трубки наружного притока, имеющей торцевое отверстие, в зоне центрального отверстия первой крышки с наружной стороны закреплена фиксирующая деталь, герметизирующая подвижное соединение трубки внутреннего притока, на которой фиксируется один конец образца, и первой крышки, вторая крышка имеет сообщающиеся и глухие отверстия, в которых крепятся трубки, в том числе центральная трубка оттока, на которой фиксируется второй конец образца.
Фиксация образцов, диаметр которых отличается от диаметра трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока осуществляется при помощи переходников.
Предлагаемая конструкция расширяет технологические возможности за счет увеличения числа камер, расположенных на станине, а за счет соответствующего расположения трубок в камере биореактора и жесткой фиксации крышек между собой упрощается процесс смены и фиксации образцов, уменьшается риск их повреждения.
На фиг. 1 прилагаемых изображений показан общий вид многокамерного биореактора, вид в плане;
на фиг. 2 - станина биореактора без камер;
на фиг. 3 - барабан;
на фиг. 4 - камера биореактора;
на фиг. 5 - первая крышка;
на фиг. 6 - фиксирующая деталь;
на фиг. 7 - вторая крышка;
на фиг. 8 - сосуд;
на фиг. 9 - трубка внутреннего притока
на фиг. 10 - центральная трубка оттока
на фиг. 11 - эксцентричная трубка внутреннего оттока
на фиг. 12 - трубка наружного притока
на фиг. 13 - трубка наружного оттока
на фиг. 14 - переходники;
на фиг. 15 - фиксированный в камере образец
на фиг. 16 - фиксированный в камере образец с диаметром отличным от диаметра трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока;
Многокамерный биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций содержит станину 1 с установленным на ней электродвигателем 2, на валу которого закреплен барабан 3, в котором располагаются камеры 4 биореактора. Камера 4 биореактора состоит из сосуда 5 с прозрачными стенками и двух крышек, выполненных в виде литых цилиндров, жестко соединенных между собой посредством эксцентричной трубки внутреннего оттока 6 и трубки наружного притока 7, имеющей торцевое отверстие 8. Первая крышка 9 содержит сквозные отверстия 10 для прохождения трубок притока и оттока жидкостей, в том числе трубки наружного оттока 11, в зоне центрального отверстия первой крышки 9 с наружной стороны закреплена фиксирующая деталь 12, герметизирующая подвижное соединение трубки внутреннего притока 13, на которой фиксируется один конец образца 14, и первой крышки 9, вторая крышка 15 имеет сообщающиеся 16 и глухие отверстия 17, в которых крепятся трубки, в том числе центральная трубка оттока 18, на которой фиксируется второй конец образца 14. Для фиксации образцов 19, диаметр которых отличается от диаметра трубки внутреннего притока 13 и центральной трубки оттока 18 используются соответствующие переходники 20.
Биореактор работает следующим образом.
1. Работа с образцом, диаметр которого совпадает с диаметром трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока.
Трубка внутреннего притока 13 располагается так, чтобы расстояние между ней и центральной трубкой оттока 18 соответствовало длине выбранного образца 14. Фиксирующая деталь 12 крепится к первой крышке 9, фиксируя трубку внутреннего притока 13 в определенном положении. Образец 14 фиксируется на трубке внутреннего притока 13 и на центральной трубке оттока 18. На поверхности образца вносятся клеточные суспензии. Сосуд 5 фиксируется к камере 4. К трубкам камеры биореактора подсоединяются трубки, соединяющие ее с резервуарами с питательной средой и насосами. Камера 4 биореактора размещается в барабане 3 станины 1. Производится вращение барабана 3 с фиксированной в нем камерой 4.
2. Работа с образцом с диаметром отличным от диаметров трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока.
Переходники 20, диаметр которых соответствует диаметру выбранного образца 19, фиксируются на трубке внутреннего притока 13 и на центральной трубке оттока 18. Трубка внутреннего притока 13 располагается так, чтобы расстояние между переходниками 20 соответствовало длине выбранного образца 19. Фиксирующая деталь 12 крепится к первой крышке 9, фиксируя трубку внутреннего притока 13 в выбранном положении. Образец 19 фиксируется на переходниках. На поверхности образца вносятся клеточные суспензии. Сосуд 5 фиксируется к камере 4. К трубкам камеры 4 биореактора подсоединяются трубки, соединяющие ее с резервуарами с питательной средой и насосами. Камера 4 биореактора размещается в барабане 3 станины 1. Производится вращение барабана 3 с фиксированной в нем камерой 4.