Устройство для культивирования клеток и заселения ими трубчатой тканеинженерной конструкции
Предложенное устройство относится к медицинской биотехнологии и тканевой инженерии и предназначено для культивирования и заселения клетками животного происхождения поверхности тканеинженерного сосуда.
Техническим результатом полезной модели является последовательное послойное контролируемое заселение клетками донора тканеинженерного сосудистого графта различного диаметра и размера, а также защита питательной среды от контаминации и самоотравления заселяемого тканеинженерного конструкта продуктами жизнедеятельности клеток.
Технический результат достигается за счет использования в устройстве герметичной трехмодульной камеры, изготовленной по типу «сосуд в сосуде», состоящей из и двух независимых контуров для подачи питательной среды и клеточной массы. При этом поддержание и контроль необходимых условий жизнедеятельности клеточной массы осуществляется за счет использования системного блока управления и термостатируемой камеры.
Настоящее устройство относится к медицинской биотехнологии и тканевой инженерии и предназначено для культивирования и заселения клетками животного происхождения поверхности тканеинженерного сосуда.
В настоящее время для коррекции различных повреждений и патологических процессов в коронарных и периферических сосудах широко используется их замена на искусственные и ксеногенные трансплантаты. Однако данная технология несет с собой некоторые нежелательные эффекты, такие как: отторжение графта вследствие развивающегося иммунного ответа, ранняя кальцификация сосуда и соответственно выход его из строя. Одним из способов решения данных проблем может стать использование тканеинженерных конструкций на основе собственных клеток донора. Однако получение подобных графтов в настоящее время затруднено, вследствие отсутствия адекватных устройств для заселения матриц.
Из предшествующего уровня техники известно устройство, представляющее собой плоскую чашку Петри, вмещающую жидкую или отверженную (агаризованную) питательную среду и закрытую крышкой, чаще всего негерметично прилегающую к стенкам чаши (Патент РФ на полезную модель 
69066, МПК C12M 1/00, опубл. 10.12.2007, Бюлл. 34). Основным недостатком такого устройства является низкая защищенность выращиваемых объектов от внешнего заражения и необходимость частой пересадки графтов (через 1-3 недели) на свежую питательную среду для устранения отравления продуктами собственной жизнедеятельности клеток, что в свою очередь повышает риск внесения внешнего заражения. Кроме того, данное устройство не позволяет моделировать поток крови в физиологических условиях и тем самым адекватно заселять тканеинженерные конструкты.
Известно устройство для культивирования клеток с циркуляционным движением питательного раствора в нем (циркуляционный биореактор), состоящий из сосудов для питательной среды и выращивания клеток, двух трубок, каждая из которых соединяет дно одного сосуда с верхом другого, а движение питательной среды осуществляется под действием перистальтического насоса (Биотехнология сельскохозяйственных растений/ пер. с англ. М: Агропромиздат, 1987, с.50-55). Недостатком данного устройства также является низкая защищенность выращиваемых объектов от внешнего заражения и возможность самоотравления продуктами жизнедеятельности, накапливающимися в циркулирующей питательной среде.
В качестве прототипа выбрано устройство для заселения клетками тканеинженерного сосуда (заявка США на изобретение 20090181448, опубл. 16.07.2009, МПК A01N 1/02), представляющее собой роторную установку, с помещенным внутрь тканеинженерным конструктом, который омывается питательной средой со всех сторон. Недостатком известного устройства является то, что камера для культивирования представляет собой закрытую систему, а размер выращиваемого сосуда строго ограничен размерами камеры.
Техническим результатом полезной модели является последовательное послойное контролируемое заселение клетками донора тканеинженерного сосудистого графта различного диаметра и размера, а также защита питательной среды от контаминации и самоотравления заселяемого тканеинженерного конструкта продуктами жизнедеятельности клеток.
Технический результат достигается за счет использования в устройстве герметичной трехмодульной камеры, изготовленной по типу «сосуд в сосуде», состоящей из и двух независимых контуров для подачи питательной среды и клеточной массы. При этом поддержание и контроль необходимых условий жизнедеятельности клеточной массы осуществляется за счет использования системного блока управления и термостатируемой камеры.
Предложенное устройство представляет собой замкнутую систему, состоящую из прозрачной камеры для заселения клетками донора сосудистого графта, соединенную с системным блоком управления при помощи двух независимых сосудов-трубок, образующих внешний и внутренний контуры по которым циркулирует питательная среда, обогащенная кислородом и углекислым газом и содержащая клеточную массу. Трубки для контуров изготавливают из гибких синтетических материалов и соединяют с блоком управления.
Камера выполнена из трех модулей, соединяемых между собой зажимами или винтами. При этом размер срединного модуля может иметь различную длину и зависит от типоразмера устанавливаемой тканеинженерной конструкции. Боковые модули содержат выводные концы внутреннего контура с фиксированными на них зажимами, изготовленными из медицинской стали или синтетического материала снабженные мягкими силиконовыми прокладками для фиксации концов графта. По внутреннему контуру при помощи перистальтических насосов подается питательная среда и омывает внутреннюю поверхность заселяемого конструкта. Внешний же контур с двух сторон герметично соединен с полостью камеры и при циркуляции питательной среды омывает внешнюю поверхность графта. Камеру изготавливают из стекла, медицинской стали или синтетических материалов, разрешенных к применению в медицине. Камеру размещают в термостат с переменной температурой для поддержания условий жизнедеятельности клеток.
Системный блок управления предлагаемого устройства оснащен двумя перистальтическими насосами для внутреннего и внешнего контуров, блоком замены питательной среды и блоком подачи углекислого газа и кислорода. При этом блок замены питательной среды представляет собой два герметичных сосуда для внутреннего и внешнего контура соответственно, каждый из которых снабжен двумя трубками с вентилями для забора и подачи питательной среды. Для предупреждения контаминации, трубка содержит два сменных бактериологических фильтра.
Таким образом, трубчатый тканеинженерный сосудистый графт, помещенный внутрь камеры омывается питательным раствором, содержащим клеточный материал из двух независимых контуров (внешнего и внутреннего). За счет пульсового движения питательной среды, создаваемого перистальтическими насосами, моделируется поток крови в сосудах организма и происходит физиологическое послойное заселение клеток на поверхности графта. При помощи системного блока управления осуществляется контроль, и при необходимости замена состава питательного раствора в процессе культивирования тканеинженерного графта без перемещения его в другой сосуд, что исключает связанные с этим опасности заражения и механического повреждения объекта. Модульная конструкция камеры позволяет заселять тканеинженерные матрицы любого типоразмера, а использование мягких силиконовых прокладок для крепления графта к внутреннему контуру позволяет защитить его от повреждения. В качестве заселяемого объекта может быть использована, как синтетическая трубка, так и трубка из биологического материала (перикарда, нативного сосуда).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. изображено устройство для культивирования клеток в разрезе, содержащее трубчатую тканеинженерную конструкцию.
Устройство для культивирования клеток и заселения ими тканеинженерного сосудистого графта включает камеру 2, состоящую из трех независимых модулей 3, 4, 5, и размещенную в термостат 14 для поддержания заданной температуры. Тканеинженерную матрицу 1 закрепляют зажимами 6 на выводных концах внутреннего контура 7, расположеных в боковых модулях камеры 3 и 5. В зависимости от типоразмера заселяемого графта устанавливают срединный модуль 4, и герметично соединяют модули между собой при помощи винтов или зажимов.
Подача и циркуляция питательной среды осуществляется с помощью двух перистальтических насосов 10 и 11, которые соответственно осуществляют циркуляцию питательной среды по внутреннему 7 и внешнему 8 контурам. Внутренний контур 7 соединен с просветом тканеинженерной конструкции 1, а внешний контур 8 соединен с полостью камеры 2. Кроме того системный блок управления 9 оснащен блоком поддержания и контроля уровня кислорода и углекислого газа в среде 12 и системой замены питательной среды 13, который при необходимости позволяет брать контрольные пробы и проводить замену питательной среды.
Устройство для культивирования клеток и заселения ими трубчатой тканеинженерной конструкции, состоящее из прозрачной камеры, выполненной с возможностью размещения ее в термостатируемой камере и соединенной при помощи двух независимых замкнутых внешнего и внутреннего контуров с перистальтическими насосами системного блока управления, отличающееся тем, что камера для культивирования состоит из трех модулей, выполненных по типу «сосуд в сосуде» и герметично соединенных между собой, при этом срединный модуль может иметь различную длину в зависимости от типоразмера тканеинженерной матрицы, а системный блок управления содержит блок замены питательной среды, состоящий из двух герметичных сосудов для внутреннего и внешнего контуров, каждый из которых снабжен двумя трубками с вентилями для забора и подачи питательной среды, причем трубка снабжена двумя сменными бактериологическими фильтрами.
