Cartilage Tound Engineering ve Bioreactor Design
Travma, osteoartrit, veya konjenital koşullar dünya çapında milyonlarca insanı etkiliyor, ancak yerli kartilage, besleyici doğası ve düşük hücresel yoğunluğu nedeniyle kendini sınırlıyor. Tound mühendisliği, hücre gelişimini birleştirerek umut verici bir alternatif sunuyor, biyoaktif sinyallerin yeniden üretebilmesi için biyoaktif tasarıma sahip.Bu yaklaşımın kalbinde, bu tür hastalıkların biyolojik olarak optimize edilmesi ve tıbbi olmayan bir şekilde kullanılmasını sağlar.
Cartilageage için Bioreactor Tasarımının Temel İlkeleri
Kartilage doku için etkili bir biyoreactor tasarlamak, birden fazla bağımlı faktörü dengelemek gerektirir. Monokat hücre kültürü aksine, üç boyutlu yapı, mikrodoksit viability, ekstracellular matrisi (ECM) depozisyonunu desteklemek için mikrodunizleyici yönetimi talep eder.
Biyokimyasal Çevre Kontrolü
Kartilage hücreleri (kondrosits) özellikle kritiktir; yerli artik kartilage deneyimleri hiposit (1–5% O2), bu tür bir optik komplikeli genetik olarak 7.4'e kadar, bu parametreleri düzenlemek için sensörler ve geri bildirim döngüleri dahil etmelidir.
Mekanik Stimulation
Mekanik yükleme, araç bakımı ve bakımı için gereklidir.In vivo, kartilage deneyimleri döngüsü, ortak hareket sırasındaki fizyolojik koşullara yol açmadan optimize edilmelidir. Bioreactors, bu güçleri kullanarak 10 hareketleyici, pistonlar veya sıvı akış sistemleri ile çoğaltılır.Invorecan ve kolajen tipi II ifadeye göre yükleme döngüsü, kesin bir şekilde kontrol veya hücreli bir şekilde kontrole yol açmaz.
Mass Transport ve Nutrient Gradient
Diffüzyon, daha büyük yapılar için yetersizdir (tipik ve gt;2 mm kalınlığı). Perfüzyon veya karıştırma sistemleri, fikre sahip oksijen ve besinlerin tüm fikre teslim edilmesini sağlamak için gereklidir. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) modelleme, akış kalıplarını tahmin etmeye ve yüksek hear. Porous scaffolds with connection (200-500 μm çapında) μm çapındaki μm - 0.1-5 mL /min) ayarlı kütle taşıma yollarının belirlenmesine yardımcı olur.Inadequate mass taşıma veya yüksek hear.
Scaffold Compatability and Together
scaffold doku formasyonu için geçici bir şablon olarak hizmet eder. Bioreactor tasarımı, scaffold geometri, mekanik özellikler ve kinetics. Ortak malzemeler doğal polimerler (collagen, hipnoz, hipnoz) ve sentetik polimerler (PLGA, PCL, PEG) ile ilgili olarak, biyoaktorlar, biyoreatürde hücre adhesion ve yeni doku dekonsolasyonuna izin verir. Bioreasterler, farklı şekillerdeki scaffler, diskler, anatomik formlar sağlar.
Cartilage Engineering'de kullanılan Biyoreactors türleri
Son üç yılda, çok sayıda biyoreactor konfigürasyonları geliştirildi, her biri kartilage kültürü için ayrı avantaj ve kısıtlamalarla. Seçim temel biyolojiyi incelemek için, implantasyon için doku üretmek veya ekran tedavileri için bağlıdır.
Spinner Flask Bioreactors
Spinner flasks basit, karışık-tank sistemleri, inşaların orta ve manyetik bir karıştırma barı tarafından askıya alınmasına eğilimlidir.Onlar statik kültüre kıyasla kitlesel transferleri geliştirirler ve ölçeklendirmek için en uygun olanıdır. ancak, doğrudan mekanik yükleme ve küçük yapıların heterojen kültürünü oluşturabilirler (≤5 mm) Optimizasyonu, bazen boş bir merkezle karıştırmak için yoğun bir kabuk sağlar. Spinner flasks, küçük inşa edilen küçük yapıların en uygun değildir.
Kompiyon Bioreactors
Kompiyon biyoreactors, oar ve torsion'ı bir plaka veya piston aracılığıyla sayısal olarak sıkıştırıcı kuvvetler uygularlar.Seks biyoreactors, artik kartilage. Designs'ta dinamik sıkıştırma işlemine göre basit olmayan sistemlerden değişir. Anahtar parametreler aynı anda sabit bir şekilde baskıya maruz kalırken, sabit baskı veya baskılama işlemine dahil edilir.
Perfüzyon Bioreactors
Perfüzyon biyoreactors kültür ortamı bir pompa kullanarak, sürekli besbelli tedarik ve atık kaldırma sağlar.Seksle ilgili olarak özellikle de karmaşık yapılar için değerlidir (>5 mm) diffüzyon oranlarının yetersiz olduğu yerde, çok düşük nedenler, biyoyönergenmeler, çok yüksek çözünürlükte hücrelere yol açabilir.
Duvar Gemi Biyoreactors
Yüzey gemileri (RWV) başlangıçta mikrogravity çalışmaları için NASA tarafından geliştirildi.Onlar yatay bir eksen etrafında dönen, ortadaki boşlukları santimetrelik ve matris sentezi ile inşa eden bir silindirik odadan oluşuyordu. Sonuç, düşük bir işitme cihazı, kontrollü hücrelerde karıştıran dinamik bir ortamdır. RWVs özellikle de, RWV'ler için kullanılan büyük kromatları kullanarak 10 mm'ye kadar kalın.
Hidrostatik Basınç Biyoreactors
Hidrostatik basınç (HP), HP'nin sabit veya çevrimsel basıncı (1-10 MPa) çok boyutlu veya gaz uyarıları sağlamak için mühürlenen bir odada HP'ye yanıt verir ve yüksek basınçlarda sızıntıları önlerken, HP biyoreactors'u tekrar eder (MMP'ler) bazı statik veya sıkıştırıcılar için genellikle 5-elektronik uyarı veya sıkıştırma ile birlikte kullanılır.
Geliştirilmiş Kartilage Büyümesi için Optimizasyon Stratejileri
Biyoreactor tasarımı, fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametrelerin belirlenmesi ile ilgili bir iteratif bir süreçtir. Aşağıda, son araştırmalarla desteklenen önemli stratejiler vardır.
Mekanik Ödevü
Mekanik yüklemenin türü, büyüklüğü ve süresi ECM sentezine daha yüksek sular dahil edilmelidir. Erken kültür (gün 0-7) hücre prodüksiyonunu ve uyumunu teşvik etmek için düşük seviyeli dinamik bir sıkıştırmadan yararlanabilir. Intermediate aşamalar (haftalar 2–4), ECM sentezlerine daha yüksek bir şekilde uyarılabilir.
Oksijen Geri
İlk kültür aşamasındaki hipokoksik hipotrofikasyonu teşvik eder ve hipertrofikleri ve gaz karışımlarını hayvan modellerinde ([Dönetici) geliştirmek için kullanılabilir.([Dönetici:0)Khan et al. / Yüksek oksijen (ve)
Nutrient Teslimat ve Akış Dinamik
Perfüzyon akışı oranı, yön ve pulsattitude all affect cell behavior. Oscillatory flow (her 30–60 dakika) her bir füzyonu geliştirir ve ortak hareketle füzyonu simülasyonları yapar. CFD simülasyonlar, yatakları serbest bırakmak için odaları geometriyi optimize edebilir (örneğin, TGF-LR1, BMP) Doğru zamandaki bakterilere doğrudan erişim sağlar.
Sördülü Mimarlık ve Malzeme Özellikleri
Sörtücüklerin, spermlerin ve sıvıların etkisi hücresi yanıtı.In chondrosits, scaffolds with gözenekler 300-500 μm ve 80–% porosity support ECM deposition and feed flow. Gradient scaffolds - daha küçük gözeneklerle - yüzeyde ve daha büyük gözenekler için - ECM retorik yapısı ile fikreasyonal organizasyona yol açan maddeler.
Gerçek Zaman İzleme ve Geri Bildirim Kontrolü
pH, O2, glukoz ve mekanik özellikler optimizasyon için çok önemlidir. Impedance spectroskop hücre yoğunluğu ve viability. Ultrasound or optik koherence tomografi (OCT), perfüzyon oranı ve homojenitenin görselleştirilmesine izin verir, daha iyi bir büyüme yörüngesine dayanan bir sistem öğrenme algoritmaları kullanır. Örneğin, LİLMİŞT:0)Liaw et al. (20.21))
Future Yol ve Challenges
Önemli ilerlemeye rağmen, kartilage doku mühendisliği için biyoreactor tasarımı hala engellerle karşı karşıyadır.Scaling, elektrik uyarılarını veya manyetik alanları entegre eden biyoreactors) ECM sentezlerini artırmak için zor kalır.Bir başka sınır hastalanabilir, ancak daha büyük yapılar 3D-basıntılı yatak odası ve özel geometriler için bu hasarı ve özel onarım makinelerin kullanımı için kullanılabilir.
Ayrıca, bakım greftlerinin klinik üretimi için kullanılan biyoreactors, iyi imalat uygulamaları (GMP), doğrulamayı gerektiren, otomasyon ve belgeyi gerektirir. Kapalı sistem biyoreactors, modüler, tek kullanımlık biyoreactor bileşenlerinin geçişini tercih eder ve temizlemeyi basitleştirir.
Son olarak, hesaplama modelleme - sıvı dinamikleri, sağlam mekanikler ve hücre büyümesi kinetiği - fiziksel deneylerden önce yüzlerce parametre testine izin vererek biyoreactor optimizasyonu hızlandıracaktır. Açık kaynaklı biyoreactor tasarımları ve işbirliği platformları, daha fazla laboratuvarların araçlatma doku mühendisliği ilerlemelerine katkıda bulunmalarına yardımcı olabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Biyoreactor tasarımı optimizasyonu, rejeneratif tıp için işlevsel kartilage doku üretmek için merkezidir.Sürücüksel çevre, mekanik yükleme, kütle taşıma ve şüpheli özellikleri, araştırmacılar sağlam, hyaline benzeri dokular oluşturmak için korelasyona rehberlik edebilir. Biyoreactor türleri - spinner flasksten Hidrostatik basınç sistemlerine -soğuk esneklik sağlar, ancak her biri, parametrelerin iyileştirici bir şekilde iyileştirilmesini gerektirir.Gerçek zamanlı izleme, adaptif bir kontrol, ve kişiselleştirilmiş tasarım sözlüğü, mevcut kısıtlamaların üstesinden gelmek için.
[FONT:0]Dönemli referanslar:[Dönemli:[Dönemli:)
- [FONT=0)Vunjak-Novakovic, G., et al. (2020) Intermittent sıkıştırma, mühendisi araçla kollektif olarak kollektif olarak kolajen organizasyonda kolajen organizasyon geliştirir.).
- [FONT:0]Khan, I.M., et al. (2019). Hipoxic ön şartlaşma, doku motorlu araçla bütünlemenin iyileştirilmesini geliştirir.[Dönem: 1).
- [FONT:0)Liaw, N.Y., et al. (2021). Adaptive bioreactor kontrol makine öğreniminin araçlatilasyon doku mühendisliği için kullanımı için kullanımı kontrol edin.).
- [FONT=0)O'Connell, G.D., et al. (2020) Perfüzyon biyoreaktör tasarımı için araç yapımı için: bir inceleme.[D: 1).
- [0]Mauck, R.L., et al. (2018). Mekanik ve biyoreaktör teknikleri fonksiyonel kartilage doku mühendisliği için ).