КАМЕРА МНОГОКАМЕРНОГО БИОРЕАКТОРА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
MULTI-CHAMBER BIOREACTOR CHAMBER FOR GROWING TEXTILE ENGINEERING 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 камеры биореактора с возможностью протока среды внутри и снаружи фиксированного образца, а также регулировки длины. Камера биореактора состоит из основы с пазами и зажимами для стекол, а также трубок для фиксации образца и тока жидкости внутри его и снаружи. Устройство может быть использовано следующим образом: образец фиксируется в камере биореактора на двух трубках, в соответствующие пазы вставляются стекла, которые далее фиксируются зажимами, обеспечивая герметичность камеры, после чего производится проток питательной среды.
Недостатком данной конструкции является невозможность вращения камеры с фиксированным образцом на обычных лабораторных вращающих устройствах, что приводит к невозможности вращательного заселения образца клетками, что сужает область применения данного устройства.
Также известен патент US 8,507,263 В2 от 31.08.2013, в котором раскрыто устройство камеры биореактора для тканевой инженерии трубчатых органов с возможностью вращения образца, тока питательной жидкости через его просвет и по наружной поверхности. Камера для размещения трубчатого органа, состоит из каркаса с крышкой, а также множества деталей полого вращающегося центрального вала, центральная часть которого имеет радиальные отверстия для притока жидкости, также на валу расположены эксцентричные отверстия для оттока среды из внутреннего просвета образца. Устройство может быть использовано следующим образом: в камеру помещают трубчатый орган, производят сборку центрального вала, используя дополнительные переходники для соответствия вала длине образца, производят заселение поверхностей образца клетками, далее по системе коммуникационных трубок подаются питательные жидкости при одновременном вращении образца.
Недостатками данной конструкции являются недостижимость естественного ламинарного тока жидкости в просвете фиксированного образца, необходимость использования множества переходников-удлинителей для фиксации образцов различной длины, сложность конструкции, что затрудняет работу с образцом, а также повышает вероятность контаминации.
В качестве прототипа изобретения взят патент РФ №2645455 от 27.04.2017 «Универсальный биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций», в которой раскрыто устройство камеры биореактора, способной обеспечивать возможность перфузии питательной среды внутри и снаружи фиксированного трубчатого образца, а также возможность его растяжения и скручивания. 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. Устройство может быть использовано 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 сложность фиксации образцов в камере биореактора, в ходе которой возможно их повреждение.
Задачей изобретения является повышение удобства эксплуатации и надежности конструкции.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемая камера биореактора для выращивания тканеинженерных конструкции состоит из сосуда с прозрачными стенками и герметичными крышками с обеих сторон, выполненными в виде литых цилиндров, передняя 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 передняя и задняя крышки камеры биореактора жестко соединены между собой посредством эксцентричной трубки внутреннего оттока и трубки наружного притока, имеющей торцевое отверстие, в зоне центрального отверстия передней крышки с наружной стороны закреплена фиксирующая деталь, герметизирующая подвижное соединение трубки внутреннего притока, на которой фиксируется один конец образца, и передней крышки, задняя 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 упрощает процесс смены и фиксации образцов, уменьшает риск их повреждения за счет соответствующего расположения трубок в камере биореактора и жесткой фиксации крышек между собой.
На фиг. 1 прилагаемых изображений показан общий вид камеры биореактора, вид в плане;
на фиг. 2 - передняя крышка;
на фиг. 3 - фиксирующая деталь;
на фиг. 4 - задняя крышка;
на фиг. 5 - сосуд;
на фиг. 6 - трубка внутреннего притока;
на фиг. 7 - центральная трубка оттока;
на фиг. 8 - эксцентричная трубка внутреннего оттока;
на фиг. 9 - трубка наружного притока;
на фиг. 10 - трубка наружного оттока;
на фиг. 11 - переходники;
на фиг. 12 - фиксированный в камере образец;
на фиг. 13 - фиксированный в камере образец с диаметром отличным от диаметра трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока.
Камера многокамерного биореактора для выращивания тканеинженерных конструкций состоит из сосуда 1 с прозрачными стенками и передней и задней крышек, выполненных в виде литых цилиндров, жестко соединенных между собой посредством эксцентричной трубки внутреннего оттока 2 и трубки наружного притока 3, имеющей торцевое отверстие 4. Передняя крышка 5 содержит сквозные отверстия 6 для прохождения трубок притока и оттока жидкостей, в том числе трубки наружного оттока 7. В зоне центрального отверстия передней крышки 5 с наружной стороны закреплена фиксирующая деталь 8, герметизирующая подвижное соединение трубки внутреннего притока 9, на которой фиксируется один конец образца 10 и передней крышки 5. Задняя крышка 11 имеет сообщающиеся 12 и глухие отверстия 13, в которых крепятся трубки, в том числе центральная трубка оттока 14, на которой фиксируется второй конец образца 10. Для фиксации образца 15, диаметр которого отличается от диаметра трубки внутреннего притока 9 и центральной трубки оттока 14 используются соответствующие переходники 16.
Камера многокамерного биореактора работает следующим образом.
1. Работа с образцом, диаметр которого совпадает с диаметром трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока.
Трубка внутреннего притока 9 располагается так, чтобы расстояние между ней и центральной трубкой оттока 14 соответствовало длине выбранного образца 10. Фиксирующая деталь 8 крепится к первой крышке 5, фиксируя трубку внутреннего притока 9. Образец 10 фиксируется на трубке внутреннего притока 9 и на центральной трубке оттока 14. На поверхности образца вносятся клеточные суспензии. Фиксируется сосуд 1 камеры биореактора. К трубкам 2, 3, 7, 9 камеры биореактора подсоединяются гибкие трубки (на черт. не показаны), соединяющие ее с резервуарами с питательной средой и насосами.
2. Работа с образцом с диаметром отличным от диаметров трубки внутреннего притока и центральной трубки оттока.
Переходники 16, диаметр которых соответствует диаметру выбранного образца 15, фиксируются на трубке внутреннего притока 9 и на центральной трубке оттока 14. Трубка внутреннего притока 9 располагается так, чтобы расстояние между переходниками 16 соответствовало длине выбранного образца 15. Фиксирующая деталь 8 крепится к передней крышке 5, фиксируя трубку внутреннего притока 9 в выбранном положении. Образец 15 фиксируется на переходниках 16. На поверхности образца вносятся клеточные суспензии. Фиксируется сосуд 1 камеры биореактора. К трубкам 2, 3, 7, 9 камеры биореактора подсоединяются гибкие трубки (на черт, не показаны), соединяющие ее с резервуарами с питательной средой и насосами.