БИОРЕАКТОР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2018 года по МПК C12M3/00 C12N5/00 C12N5/07 

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. Dohmen et al., 2011, Atala et al., 2006, Roya-Rivera et al., 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 8,507,263 В2 от 31.08.2013, в котором раскрыто устройство биореактора для тканевой инженерии трубчатых органов с возможностью вращения образца и тока через его просвет и по наружной поверхности питательной среды. Биореактор состоит из камеры для размещения трубчатого органа или ткани, разделяемой при фиксированном образце на две емкости, внутреннюю и наружную, мотора, обеспечивающего вращение фиксированного в камере образца вокруг его продольной оси, и насосов, соединенных с емкостями камеры. Биореактор может быть использован следующим образом: в камеру помещают орган или ткань (трахею, сосуд или иной трубчатый или полый орган). Камера приспособлена именно к перечисленным выше органам, так как для проведения манипуляций с другими органами, например плоскими, такими как диафрагма и кожа, конструкция не приспособлена. После помещения органа в камеру производят внесение на его поверхности клеточных суспензий, далее по системе коммуникационных трубок при помощи насосов подаются питательные жидкости.

Недостатком данного биореактора является невозможность фиксировать образцы иной, кроме как цилиндрической, формы, невозможность фиксации и дальнейшей работы с несколькими образцами, неизменный объем емкости камеры вне зависимости от размера фиксированного образца, что ведет к перерасходу питательной среды. Кроме того, данная конструкция не способна обеспечить имитацию естественного тока жидкости в цилиндрическом органе и необходимое биомеханическое воздействие, а именно растяжение, сжатие и скручивание для стимуляции клеточной пролиферации.

В качестве прототипа изобретения взята патентная заявка US 2004/0219659 A1 от 04.11.2004. «Multi-dimensional strain bioreactor». Appl. No.: 10/421, 445 Filled: Apr. 22, 2003., 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 камер, насосов и моторов. Камера биореактора представляет собой полый цилиндр с крышками с обеих сторон. Образец фиксируется внутри камеры на двух трубках, одна из которых жестко фиксируется к одной из крышек на резьбе, а другая трубка проходит через отверстие во второй крышке, на которой фиксирована гофра, и является подвижной благодаря двигателям, обеспечивающим продольное перемещение и вращение данной трубки.

К недостаткам данного устройства можно отнести узкий диапазон длин фиксируемых образцов, невозможность фиксации различных по диаметру образцов, невозможность изменения объема емкости камеры в соответствии с размерами образца, невозможность фиксации нескольких образцов. Вертикальное расположение камеры на станине, а вместе с ней и фиксированного образца, не позволяет производить эффективное заселение образца в таком положении, это приводит к необходимости перемещения камеры биореактора на дополнительное вращательное приспособление, что значительно усложняет работу биореактора. Также к недостаткам прототипа относится сложность фиксации образца, в ходе которой возможно его повреждение.

Задачами изобретения являются:

- расширение технологических возможностей за счет возможности фиксации образцов различного типа, длины и диаметра, в том числе трубчатые, плоские, цилиндрические и иные, за счет возможности одновременной фиксации нескольких образцов одного или различных типов, а также за счет возможности вращения камеры биореактора на станине и возможности регулировать степень растяжения, сжатия и скручивания образца в широких пределах;

- повышение экономичности биореактора за счет обеспечения оптимального соответствия объема рабочей емкости биореактора размерам фиксированного образца;

- повышение удобства обслуживания за счет обеспечения удобной фиксации и смены образцов, а также компактности за счет соответствующего расположения электродвигателей.

Поставленные задачи достигаются тем, что универсальный биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций содержит камеру с прозрачными стенками и герметичными крышками с обеих сторон, снабженную трубками для притока и оттока жидкостей, перекачиваемых при помощи насосов, и узлом для фиксации образцов, фиксированным к гофре, прикрепленной к крышке. Новым является то, что камера установлена на станине с электродвигателями, а в центральной части камеры размещена сменная герметичная внутренняя камера, состоящая из двух частей, каждая из которых снабжена трубками для притока и оттока жидкостей; одна герметичная крышка камеры является съемной, выполнена в виде литого цилиндра с диском с внешней стороны и сквозными отверстиями для прохождения трубок притока и оттока и крепления фиксирующей детали; в зоне центрального отверстия с внутренней стороны съемной крышки выполнен паз для фиксации внутренней камеры, а также закреплена гофра, к которой крепится сменный узел для фиксации образцов, который состоит из цилиндра и переходников узла для фиксации образцов; для обеспечения притока и оттока жидкостей из внутренней камеры часть трубок крышки соединена с трубками внутренней камеры при помощи гибких трубок, вторая герметичная крышка закреплена неподвижно и с наружной стороны имеет глухой паз для передачи вращения с вала электродвигателя; внутри камеры соосно с ней установлен поршень, в котором выполнен паз под внутреннюю камеру, отверстия для фиксации сменных переходников поршня для фиксации образцов, отверстия для жесткой фиксации трубок, а также глухие отверстия для обеспечения циркуляции жидкостей; при этом камера крепится к сменному внутреннему кольцу подшипника, установленного на станине, на которой также установлен узел для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение узла для фиксации образцов, а для фиксации образцов различной конфигурации и диаметра универсальный биореактор снабжен соответствующими переходниками.

Для фиксации одного трубчатого образца переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде трубок.

Для фиксации двух трубчатых образцов переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде раздваивающихся трубок.

Для фиксации образца без внутреннего просвета переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде захватов.

Для фиксации двух образцов без внутреннего просвета переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде двойных захватов.

Для фиксации двух соединенных между собой боковыми поверхностями трубчатых образцов переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде трубок, на которых фиксируется один трубчатый образец, а часть трубок притока и оттока жидкостей внутренней камеры с ее внутренней стороны соединена с другим трубчатым образцом гибкими трубками.

Для фиксации двух соединенных между собой образцов, один из которых трубчатый, а второй не имеет внутреннего просвета, переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде захватов, в которых фиксируются противоположные концы образца без внутреннего просвета, а часть трубок притока и оттока жидкостей внутренней камеры с ее внутренней стороны соединена с трубчатым образцом гибкими трубками.

На фиг. 1 показан общий вид универсального биореактора, вид в плане;

на фиг. 2 - камера биореактора;

на фиг. 3 - станина биореактора;

на фиг. 4 - части внутренней камеры;

на фиг. 5 - съемная крышка;

на фиг. 6 - цилиндр съемной крышки;

на фиг. 7 - несъемная крышка;

на фиг. 8 - поршень;

на фиг. 9 - узел для фиксации образцов с переходником узла для фиксации образцов, выполненным в виде трубки;

на фиг. 10 - переходник поршня, выполненный в виде трубки;

на фиг. 11 - узел для фиксации образцов с переходником узла для фиксации образцов, выполненным в виде раздваивающейся трубки;

на фиг. 12 - переходник поршня, выполненный в виде раздваивающейся трубки;

на фиг. 13 - цилиндр узла для фиксации образцов;

на фиг. 14 - переходник узла для фиксации образцов, выполненный в виде захвата;

на фиг. 15 - переходник поршня, выполненный в виде захвата;

на фиг. 16 - переходник узла для фиксации образцов, выполненный в виде двойного захвата;

на фиг. 17 - переходник поршня, выполненный в виде двойного захвата;

на фиг. 18 - узел для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение;

на фиг. 19 - крепление одного трубчатого образца;

на фиг. 20 - крепление двух трубчатых образцов;

на фиг. 21 - крепление одного образца без внутреннего просвета;

на фиг. 22 - крепление двух образцов без внутреннего просвета;

на фиг. 23 - крепление двух соединенных между собой боковыми поверхностями трубчатых образцов;

на фиг. 24 - крепление двух соединенных между собой образцов, один из которых трубчатый, а второй - без внутреннего просвета.

Универсальный биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций содержит станину 1 с установленными на ней электродвигателями, один из которых 2 соединен с узлом для преобразования вращения электродвигателя в возвратно-поступательное движение 3, в то время как второй электродвигатель 4 при помощи шкива 5 соединен с деталью для пазового зацепления 6, также на станине 1 установлен подшипник 7 со сменным внутренним кольцом 8 и камера 9.

Камера 9 состоит из сосуда 10, закрытого с двух сторон герметичными крышками, одна из которых 11 является несъемной и содержит с наружной стороны паз 12 для зацепления, а вторая крышка 13 является съемной и состоит из литого цилиндра 14, на внешней стороне которого расположен диск 15.

В съемной крышке 13 проделаны сквозные отверстия, в том числе отверстия 16 для прохождения трубок притока и оттока жидкостей 17, отверстия 18 для жесткой фиксации трубок притока и оттока жидкостей 19 и центральное отверстие 20 для установки фиксирующей детали 21 с прокладкой 22 и прохождения сменного узла для фиксации образцов 23, состоящего из цилиндра 24 с пазом 25 для фиксации гофры 26 и отверстием 27 для жесткой фиксации переходников узла для фиксации образцов различных типов 28, 29, 30, 31.

С внутренней стороны съемной крышки 13 проделан паз 32 для фиксации гофры 26 и паз 33 для фиксации одного конца герметичной сменной внутренней камеры 34, состоящей из двух частей 35 с отверстиями 36 для прохождения трубок притока и оттока жидкостей 37, часть которых соединена с трубками притока и оттока 19 с внутренней стороны съемной крышки 13 при помощи гибких трубок 38. Второй конец внутренней камеры 34 фиксируется в пазе 39 поршня 40, установленного в камере 9, а отверстия 41 для жесткой фиксации трубок притока и оттока 17, отверстие 42 для крепления переходников поршня 43, 44, 45, 46 и отверстие 47, закрытое с обеих сторон заглушками 48, формируют в поршне канал для тока жидкостей.

Для размещения одного трубчатого образца 49 в состав узла для фиксации образцов 23 входят цилиндр 24 с отверстием 27 и переходник узла для фиксации образцов в виде трубки 28 соответствующего диаметра, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник поршня 43 соответствующего диаметра в виде трубки.

Для размещения двух трубчатых образцов 49 в состав узла для фиксации образцов 23 входят цилиндр 24 с отверстием 27 и переходник узла для фиксации образцов в виде раздваивающейся трубки 29, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник поршня 44 в виде раздваивающейся трубки.

Для размещения одного образца без просвета 50 в состав узла для фиксации образцов 23 входит цилиндр 24 с отверстием 27, находящимся в емкости внутренней камеры 34, в котором фиксируется переходник узла для фиксации образцов в виде захвата 30, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник поршня в виде захвата 45.

Для двух образцов без просвета 50 в состав узла для фиксации образцов 23 входит цилиндр 24 с отверстием 27, находящимся в емкости внутренней камеры 34, в котором фиксируется переходник узла для фиксации образцов в виде двойного захвата 31, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник в виде двойного захвата 46.

Для размещения двух соединенных между собой боковыми поверхностями трубчатых образцов 49 в состав узла для фиксации образцов 23 входят цилиндр 24 с отверстием 27 и переходник узла для фиксации образцов в виде трубки 28 соответствующего диаметра, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник поршня соответствующего диаметра в виде трубки 43. На переходниках фиксируется один из трубчатых образцов с прикрепленным к нему боковой поверхностью вторым трубчатым образцом, а часть трубок притока и оттока жидкостей 37 внутренней камеры 34 с ее внутренней стороны соединена с другим трубчатым образцом 50 гибкими трубками 38.

Для размещения двух соединенных между собой образцов, один из которых трубчатый 49, а второй не имеет внутреннего просвета (плоский) 50, в состав узла для фиксации образцов 23 входят цилиндр 24 с отверстием 27, находящимся в емкости внутренней камеры 34, в котором фиксируется переходник узла для фиксации образцов в виде захвата 30, в отверстии 42 поршня 40 также устанавливается переходник поршня в виде захвата 45. На переходниках фиксируется образец без внутреннего просвета с прикрепленным к нему боковой поверхностью трубчатым образцом, часть трубок притока и оттока жидкостей 37 внутренней камеры 34 с ее внутренней стороны соединена с трубчатым образцом 49 гибкими трубками 38.

Биореактор работает следующим образом.

Один трубчатый образец

Под диаметр выбранного трубчатого образца 49 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине 1 устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры биореактора 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник 28 в виде трубки подходящего диаметра, выбирается переходник поршня 43 также в виде трубки подходящего диаметра. В камере биореактора на переходниках фиксируется трубчатый образец 49. На поверхности образца наносятся клеточные суспензии. В камере 9 устанавливается сменная внутренняя камера 34 необходимой длины, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд 10 камеры 2. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19, а также к переходнику узла для фиксации образцов 28 крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры биореактора, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образца. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости внутри и снаружи фиксированного образца. Если необходимо произвести только растяжение образца, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а фиксирующая деталь 21 съемной крышки 13 камеры 2 отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образца 23 происходит растяжение фиксированного в камере трубчатого образца 49. Если при растяжении необходимо скручивание образца, то вращение с электродвигателя 4 передается на камеру биореактора 9, при этом вращение узла для фиксации образца 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию образца 49.

Два трубчатых образца

Под диаметр выбранного трубчатого образца 49 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине 1 устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры биореактора 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник в виде раздваивающейся трубки 29, подбирается переходник поршня также в виде раздваивающейся трубки 45. В камере биореактора на переходниках фиксируются трубчатые образцы 49. На поверхности образцов наносятся клеточные суспензии. В камере биореактора 9 устанавливается сменная внутренняя камера 34 необходимой длины, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд 10 камеры биореактора 2. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19, а также к переходнику узла для фиксации образцов 29, крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры биореактора 2, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образцов 49. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости внутри и снаружи фиксированных образцов 49. Если необходимо произвести только растяжение образцов, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а фиксирующая деталь 21 съемной крышки 13 камеры биореактора отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образцов 23 происходит растяжение фиксированных в камере образцов 49. Если при растяжении необходимо скручивание образцов, то вращение электродвигателя 4 передается на камеру 9, при этом вращение узла для фиксации образца 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию образцов 49.

Один образец без просвета

Под ширину выбранного образца 50 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник в виде захвата 30, подбирается переходник поршня 45 также в виде захвата. В камере 9 на переходниках фиксируется образец 50. На поверхности образца наносятся клеточные суспензии. В камере биореактора устанавливается сменная внутренняя камера 34 необходимой длины, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд камеры биореактора 10. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19 крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры 9, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образца 50. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости. Если необходимо произвести только растяжение образца, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а фиксирующая деталь 21 съемной крышки 13 камеры биореактора отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образцов 23 происходит растяжение фиксированного в камере образца 50. Если при растяжении необходимо скручивание образца, то вращение с электродвигателя 4 передается на камеру биореактора, при этом вращение узла для фиксации образца 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию образца 50.

Два образца без просвета

Под ширины выбранных образцов 50 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине 1 устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник в виде двойного захвата 31, подбирается переходник поршня 46 также в виде двойного захвата. В камере биореактора на переходниках фиксируются образцы 50. На поверхности образцов наносятся клеточные суспензии. В камере биореактора устанавливается сменная внутренняя камера 34 необходимой длины, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд камеры биореактора 10. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19 крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры 9, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образцов. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости. Если необходимо произвести только растяжение образцов, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а фиксирующая деталь 21 съемной крышки 13 камеры 9 отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образца 23 происходит растяжение фиксированных в камере образцов 50. Если при растяжении необходимо скручивание образцов, то вращение с электродвигателя 4 передается на камеру биореактора 9, при этом вращение узла для фиксации образца 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию образцов 50.

Два соединенных между собой боковыми поверхностями трубчатых образца

Под диаметр выбранного трубчатого образца 49 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине 1 устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник в виде трубки 28, подбирается переходник поршня 43 также в виде трубки. На переходнике узла для фиксации образцов и переходнике поршня фиксируется один из трубчатых образцов с прикрепленным к нему боковой поверхностью вторым трубчатым образцом. Подбирается подходящая внутренняя камера 34, две трубки притока и оттока 37 которой с ее внутренней стороны соединяются с концами второго трубчатого образца 49 гибкими трубками 38. На поверхности образцов наносятся клеточные суспензии. В камере биореактора 9 устанавливается сменная внутренняя камера 34, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд камеры биореактора 10. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19, а также к переходнику 28 узла для фиксации образцов крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры биореактора 9, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образца. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости внутри и снаружи фиксированных образцов. Если необходимо произвести только растяжение образцов, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а центральная деталь 21 съемной крышки 13 камеры биореактора 9 отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образца 23 происходит растяжение фиксированных в камере образцов. Если при растяжении необходимо скручивание образцов, то вращение с электродвигателя 4 передается на камеру биореактора 9, при этом вращение узла для фиксации образцов 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию трубчатых образцов 49.

Два соединенных между собой образца, один из которых трубчатый, а второй не имеет внутреннего просвета

Под ширину выбранного образца 50 подбирается подходящая камера биореактора 9. В подшипник 7 на станине 1 устанавливается внутреннее кольцо 8 с центральным отверстием, соответствующим наружному диаметру выбранной камеры 9. Подбирается подходящий узел для фиксации образов 23, в состав которого будет входить переходник в виде захвата 30, подбирается переходник поршня 45 также в виде захвата. На переходнике узла для фиксации образцов и переходнике поршня фиксируется образец без внутреннего просвета 50 с прикрепленным к нему боковой поверхностью трубчатым образцом 49. Подбирается подходящая внутренняя камера 34, две трубки притока и оттока 37 которой с ее внутренней стороны соединяются с концами трубчатого образца 49 гибкими трубками 38. На поверхности образцов наносятся клеточные суспензии. В камере биореактора устанавливается сменная внутренняя камера 34, от трубок 19 съемной крышки 13 к трубкам 37 внутренней камеры 34 подсоединяются гибкие трубки 38, фиксируется сосуд камеры биореактора 10. Фиксирующая деталь 21 завинчивается, фиксируя узел для фиксации образцов 23 к съемной крышке 13. К трубкам притока и оттока 17, 19 крепятся трубки, соединяющие их с насосами и резервуарами с питательными жидкостями. Производится заполнение жидкостями рабочих объемов биореактора. При помощи электродвигателя 4 производится вращение камеры 9, приводящее к равномерному распределению клеточной суспензии по поверхностям образца. Далее при помощи насосов производится перекачивание жидкости внутри трубчатого образца и по наружным поверхностям образцов. Если необходимо произвести только растяжение образцов, то вращение камеры прекращается, а узел для фиксации образцов 23 фиксируется к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, а фиксирующая деталь 21 съемной крышки 13 камеры биореактора отвинчивается. Таким образом, при осевом перемещении узла для фиксации образцов 23 происходит растяжение фиксированных в камере образцов. Если при растяжении необходимо скручивание образцов, то вращение электродвигателя 4 передается на камеру биореактора, при этом вращение узла для фиксации образцов 23 исключено, так как он фиксирован к узлу для преобразования вращения вала одного из электродвигателей в возвратно-поступательное движение 3, что приводит к одновременному растяжению и скручиванию образцов 49 и 50.

Такое выполнение биореактора обеспечивает расширение его технологических возможностей за счет фиксации образцов различной конфигурации, длины и диаметра, а также за счет возможности одновременной фиксации нескольких образцов одного или различных типов; повышение экономичности за счет обеспечения оптимального соответствия объема рабочей емкости биореактора размерам фиксированного образца и возможности регулировать величину растяжения и сжатия образца в широких пределах и повышение удобства обслуживания за счет обеспечения удобной фиксации и смены образца.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций. Биореактор содержит станину, два электродвигателя и камеру с прозрачными стенками и герметичными крышками. Камера включает трубки для притока и оттока жидкостей, узел для фиксации образцов, сменную герметичную внутреннюю камеру и поршень. В поршне выполнен паз под внутреннюю камеру и отверстия для фиксации сменных переходников поршня. Первая герметичная крышка камеры является съемной, имеет сквозное центральное отверстие для крепления фиксирующей детали и сквозные отверстия для прохождения трубок. Вторая герметичная крышка камеры закреплена неподвижно и с наружной стороны имеет паз для передачи вращения с вала электродвигателя. В зоне центрального отверстия с внутренней стороны съемной крышки выполнен паз для фиксации внутренней камеры, закреплена гофра, а к гофре прикреплен сменный узел для фиксации образцов. На станине установлен узел для преобразования вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение узла для фиксации образцов, причем камера прикреплена к установленному на станине сменному внутреннему кольцу подшипника. Изобретение обеспечивает фиксацию образцов различного типа, длины и диаметра, а также оптимальное соответствие объема камеры биореактора размерам зафиксированного образца. 6 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций, содержащий камеру с прозрачными стенками и герметичными крышками с обеих сторон, снабженную трубками для притока и оттока жидкостей, перекачиваемых при помощи насосов, и узлом для фиксации образцов, фиксированным к гофре, прикрепленной к крышке электродвигателями, в центральной части камеры, отличающийся тем, что камера установлена на станине с двумя электродвигателями, в центральной части камеры размещена сменная герметичная внутренняя камера, состоящая из двух частей, каждая из которых снабжена трубками для притока и оттока жидкостей, причем одна герметичная крышка является съемной, выполнена в виде литого цилиндра с диском с внешней стороны, имеет сквозное центральное отверстие для крепления фиксирующей детали, сквозные отверстия для прохождения трубок притока и оттока жидкостей, а также сквозные отверстия для жесткой фиксации трубок притока и оттока жидкостей; в зоне центрального отверстия с внутренней стороны съемной крышки выполнен паз для фиксации внутренней камеры, а также закреплена гофра, к которой прикреплен сменный узел для фиксации образцов, который состоит из цилиндра и переходников узла для фиксации образцов, обеспечивающих фиксацию образцов с различной конфигурацией и диаметром; для обеспечения притока и оттока жидкостей из внутренней камеры трубки крышки соединены с трубками внутренней камеры при помощи гибких трубок; вторая герметичная крышка закреплена неподвижно и с наружной стороны имеет глухой паз для передачи вращения с вала второго электродвигателя; внутри камеры соосно с ней установлен поршень, в котором выполнен паз под внутреннюю камеру, отверстия для фиксации сменных переходников поршня для фиксации образцов, обеспечивающих фиксацию образцов с различной конфигурацией и диаметром, а также глухие отверстия для обеспечения циркуляции жидкостей; при этом камера прикреплена к сменному внутреннему кольцу подшипника, установленного на станине, на которой также установлен узел для преобразования вращения вала первого электродвигателя в возвратно-поступательное движение узла для фиксации образцов.

2. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации одного трубчатого образца переходник узла для фиксации образов и переходник поршня выполнены в виде трубок.

3. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации двух трубчатых образцов переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде раздваивающихся трубок.

4. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации образца без внутреннего просвета переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде захватов.

5. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации двух образцов без внутреннего просвета переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде двойных захватов.

6. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации двух соединенных между собой боковыми поверхностями трубчатых образцов переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде трубок, на которых зафиксирован один трубчатый образец, а трубки притока и оттока жидкостей внутренней камеры с ее внутренней стороны соединены с другим трубчатым образцом гибкими трубками.

7. Биореактор по п. 1, характеризующийся тем, что для фиксации двух соединенных между собой образцов, один из которых трубчатый, а другой не имеет внутреннего просвета, переходник узла для фиксации образцов и переходник поршня выполнены в виде захватов, в которых зафиксированы противоположные концы образца без внутреннего просвета, а трубки притока и оттока жидкостей внутренней камеры с ее внутренней стороны соединены с трубчатым образцом гибкими трубками.