在多糖基水凝支架内,MC3T3E1前骨质细胞球体的 perfusion:在生物反应器尺度上的实验和数值研究

科学领域:

• 生物材料工程 生物材料工程
• 组织工程是组织工程.
• 生物反应器技术技术

背景情况:

• 传统的3D细胞培养方法缺乏本地组织的生物和机械线索.
• 开发先进的体外系统对于模拟体内环境至关重要.
• 增强营养运输和机械刺激是细胞生存和组织的关键.

研究的目的:

• 为改进3D细胞培养工程设计一个 perfusion生物反应器系统,配有多糖水凝支架,用于改进3D细胞培养.
• 研究动态机械应力和增强营养转移对细胞行为的影响.
• 为了确定细胞组织,生存和球体内氧化的最佳条件.

主要方法:

• 组合多孔多糖水凝支架与 perfusion 生物反应器.
• 在动态 perfusion (10毫升/分钟) 下培养了MC3T3E1骨质芽细胞,持续了3周.
• 用于细胞分布的MRI,用于细胞活力/增殖的共聚焦显微镜,以及实验/模拟的氧气扩散.
• 在流量和氧气运输模拟中采用了格子博尔兹曼法.

主要成果:

• 细胞自发地形成了球形 (30-100微米直径).
• 与静态培养不同的是,在动态输液下维持了细胞活力;在球状体中没有观察到增殖.
• 流动模拟显示,流体峰值速度为27mm/s,局部剪切应力高达100mPa.
• 氧气运输模拟在10毫升/分钟 perfusion 时证实没有缺氧,这表明球状体尺寸/间距为氧化最佳.

结论:

• 开发的生物反应器系统有效地支持细胞生存和组织成球形.
• 动态 perfusion 增强营养的输送,并提供有益的机械刺激.
• 结果确定了体外细胞组织和存活的最佳生物反应器条件,这对于有机体应用至关重要.