RU2626526C1 - System of animal and human tissue bio-engineering models creation - Google Patents
System of animal and human tissue bio-engineering models creation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626526C1 RU2626526C1 RU2016115061A RU2016115061A RU2626526C1 RU 2626526 C1 RU2626526 C1 RU 2626526C1 RU 2016115061 A RU2016115061 A RU 2016115061A RU 2016115061 A RU2016115061 A RU 2016115061A RU 2626526 C1 RU2626526 C1 RU 2626526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- animal
- gas
- oxygen
- culture medium
- tissues
- Prior art date
Links
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims abstract description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 3
- 210000001557 animal structure Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 16
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 30
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 27
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 21
- 230000001146 hypoxic effect Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 5
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 3
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 2
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 2
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 210000002536 stromal cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 210000005166 vasculature Anatomy 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037273 Pathologic Processes Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012364 cultivation method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000302 ischemic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009054 pathological process Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000013334 tissue model Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к медицинской биотехнологии, тканевой инженерии и медико-биологическим исследованиям и предназначено для создания многокомпонентных аналогов тканей млекопитающих, а также для изучения биоинженерных конструкций/органотипических культур, культивируемых в условиях физиологических (20-70 мм рт. ст.) и «гипоксических» значений парциального давления кислорода (ниже 20 мм рт. ст.), при которых возможно стимулирование клеточной пролиферации, ангиогенеза, синтеза гормонов, ростовых факторов, белков внеклеточного матрикса и многих других процессов, а также происходит формирование некоторых видов тканей, например, поверхностных слоев кожи.The invention relates to medical biotechnology, tissue engineering and biomedical research and is intended to create multicomponent analogues of mammalian tissue, as well as to study bioengineered structures / organotypic cultures cultivated in physiological (20-70 mm Hg) and “hypoxic” partial oxygen pressure values (below 20 mm Hg), at which it is possible to stimulate cell proliferation, angiogenesis, hormone synthesis, growth factors, extracellular matrix proteins and many other processes, as well as the formation of certain types of tissues, for example, the surface layers of the skin.
Уровень техникиState of the art
Современный уровень техники позволяет размножать клетки млекопитающих, культивировать органотипические культуры и создавать биоинженерные модели тканей животных и человека в условиях обновления питательной среды, а в некоторых случаях в условиях гипоксии. Способ культивирования, в основу которого положен проточный метод снабжения питательной средой культивируемых клеточных конструкций, обеспечивающий постоянное поступление питательной среды и удаление продуктов клеточного метаболизма, описан в патентах (RU 2340662, US 6911201). Однако эти системы предусматривают наращивание суспензионных клеточных культур, а не культивирование прикрепляемых на биополимерных носителях клеток, а также не позволяют культивировать биоинженерные клеточные конструкции и органотипические культуры при физиологических и «гипоксических» значениях парциального давления кислорода.The current state of the art makes it possible to propagate mammalian cells, cultivate organotypic cultures and create bioengineered models of animal and human tissues under conditions of renewal of the nutrient medium, and in some cases under conditions of hypoxia. The cultivation method, which is based on the flow-through method of supplying the culture medium of cultured cell structures with a nutrient medium, which ensures a constant supply of the nutrient medium and removal of cell metabolism products, is described in the patents (RU 2340662, US 6911201). However, these systems provide for the growth of suspension cell cultures, rather than the cultivation of cells attached to biopolymer carriers, and also do not allow the cultivation of bioengineered cell structures and organotypic cultures at physiological and “hypoxic” oxygen partial pressure values.
Использование «гипоксического» газового состава представляет еще один подход для получения клеточного материала. Такой способ используется для стимуляции пролиферативной активности и поддержания в недифференцированном состоянии мультипотентных стромальных клеток. В патентах (РФ 2331670, РФ 2351649, РФ 2418066, РФ 2418066, РФ 2484133, РФ 2525143) описаны способы использования гипоксических условий культивирования для наращивания мультипотентных стромальных клеток различного происхождения в максимально короткие сроки. В описанных системах не предусматривается использование различных газовых составов, а также не используется проточный метод снабжения питательной средой культивируемых клеточных конструкций и удаления продуктов клеточного метаболизма.The use of a “hypoxic” gas composition is another approach for obtaining cellular material. This method is used to stimulate proliferative activity and maintain multipotent stromal cells in an undifferentiated state. The patents (RF 2331670, RF 2351649, RF 2418066, RF 2418066, RF 2484133, RF 2525143) describe methods of using hypoxic culturing conditions for building multipotent stromal cells of various origin in the shortest possible time. The described systems do not provide for the use of various gas compositions, and also do not use the flow-through method of supplying the cultured cell structures with nutrient medium and removing the products of cellular metabolism.
В ряде патентов представлены системы, позволяющие моделировать патологические процессы, происходящие в организме человека. В патенте US 8257947 описана система, позволяющая моделировать ишемическое повреждение в нейронах. В патенте US 8912006 предложен способ культивирования фибробластов в гипоксических условиях для стимуляции синтеза белков внеклеточного матрикса. В этих системах технически не предусмотрено удаление продуктов клеточного метаболизма в процессе культивирования.In a number of patents, systems are presented that make it possible to model pathological processes occurring in the human body. US 8257947 describes a system for simulating ischemic damage in neurons. US 8912006 proposes a method for culturing fibroblasts under hypoxic conditions to stimulate the synthesis of extracellular matrix proteins. These systems do not technically provide for the removal of cell metabolism products during cultivation.
В качестве прототипа выбрана система культивирования биоинженерных конструкций, представленная в патенте (РФ 2525139 от 10.08.2014), состоящая из герметично закрываемой камеры с внутренней емкостью для децеллюляризации и рецеллюляризации биологических тканей, к которой через систему штуцеров подключены оксигенатор и емкости с необходимыми растворами и питательными средами. Система снабжена предохранительными и электромагнитными клапанами, логистическим контроллером, перистальтическим насосом, редуктором регулятором, соединительными элементами в виде штуцеров, системой дренажа отработанной среды, коммуникационной системой, шейкером и нагревательным элементом, выполненным в виде водяной бани.The system of cultivation of bioengineered structures presented in the patent (RF 2525139 dated 08/10/2014), consisting of a hermetically sealed chamber with an internal capacity for decellularization and recellularization of biological tissues, to which an oxygenator and containers with the necessary solutions and nutrients are connected, is selected as a prototype environments. The system is equipped with safety and electromagnetic valves, a logistic controller, a peristaltic pump, a regulator reducer, connecting elements in the form of fittings, a drainage system for the exhaust medium, a communication system, a shaker and a heating element made in the form of a water bath.
Система предназначена для создания тканеинженерного органа, поэтому в ней используется камера большого объема, позволяющая вмещать целые органы человека, что требует большого объема газа для ее заполнения, не содержит средств для подготовки определенного газового состава в камере и питательной среде, что является необходимым условием при культивировании клеток млекопитающих in vitro, а также не предусматривает использование различных газовых составов, позволяющих стимулировать те или иные физиологические процессы в биоинженерных конструкциях, не позволяет выращивать клетки и создавать биоинженерные модели тканей животных и человека в условиях, приближенных к тем, в которых они развивались естественно.The system is designed to create a tissue-engineering organ, therefore, it uses a large-volume chamber that allows you to hold entire human organs, which requires a large volume of gas to fill it, does not contain means for preparing a certain gas composition in the chamber and the nutrient medium, which is a necessary condition for cultivation mammalian cells in vitro, and also does not provide for the use of various gas compositions to stimulate certain physiological processes in bioengineering In particular, it does not allow the cultivation of cells and the creation of bioengineered models of animal and human tissues in conditions close to those in which they developed naturally.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение технологических возможностей системы, а именно, диапазона изучаемых и культивируемых биологических материалов - органотипических и клеточных культур, биоинженерных моделей тканей животных и человека, в условиях, приближенных к тем, в которых они развивались естественно.The technical result of the claimed invention is to expand the technological capabilities of the system, namely, the range of studied and cultivated biological materials - organotypic and cell cultures, bioengineered models of animal and human tissues, in conditions close to those in which they developed naturally.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что система создания биологических тканей содержит герметичную камеру для размещения биологических тканей, соединенную с системой дренажа отработанной среды, запорно-регулирующую аппаратуру, соединительные элементы, перистальтический насос, емкость для культуральной среды, средство для нагрева камеры, коммуникационную систему, средство для хранения и подачи газа, при этом средство для хранения газа представляет собой набор газовых баллонов с газовыми смесями азота, кислорода и двуокиси углерода заранее заданного состава, соединенных отдельными соединительными магистралями с редукторами, и коммуникационной системой, с измерителем скорости потока газа, емкостью для культуральной среды, насосом и, по крайней мере, с одной герметичной камерой для размещения биологических тканей.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that the biological tissue creation system comprises a sealed chamber for accommodating biological tissues, connected to a drainage system of the spent medium, shut-off and control equipment, connecting elements, a peristaltic pump, a container for the culture medium, a means for heating the chamber, a communication system , means for storing and supplying gas, while the means for storing gas is a set of gas cylinders with gas mixtures of nitrogen, acid Orod and carbon dioxide predetermined composition connected by separate connecting arteries with reduction gears, and a communication system with a gas flow rate meter, a container for culture medium pump and at least one sealed chamber for placing biological tissue.
При этом в качестве биологических тканей используют органотипические и клеточные культуры, биоинженерные модели тканей человека и животных,At the same time, organotypic and cell cultures, bioengineered models of human and animal tissues are used as biological tissues.
между измерителем скорости потока газа и емкостью для культуральной среды установлен фильтр.a filter is installed between the gas flow rate meter and the culture medium container.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что предлагаемая система позволяет выращивать клетки и создавать биоинженерные модели тканей животных и человека в условиях, приближенных к тем, в которых они развивались естественно.The combination of the above essential features leads to the fact that the proposed system allows you to grow cells and create bioengineered models of animal and human tissues in conditions close to those in which they developed naturally.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежом.The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by the drawing.
На фигуре представлено схематическое устройство заявленной системы, где обозначено следующее:The figure shows a schematic structure of the claimed system, where the following is indicated:
1 - баллоны с газовыми смесями;1 - cylinders with gas mixtures;
2 - редукторы;2 - gearboxes;
3 - магистрали;3 - highways;
4 - коммуникационная система;4 - communication system;
5 - магистрали;5 - highways;
6 - измеритель скорости потока газа;6 - gas flow meter;
7 - фильтр;7 - filter;
8 - сосуд для питательной среды;8 - a vessel for a nutrient medium;
9 - перистальтический насос;9 - peristaltic pump;
10 - герметично закрывающиеся камеры;10 - hermetically sealed chambers;
11 -находящиеся в камерах клеточные/тканевые образцы;11 - cell / tissue samples in cells;
12 - средство нагрева камеры;12 - means for heating the chamber;
13 - система дренажа отработанной среды;13 - drainage system of the waste medium;
14 - соединительные элементы;14 - connecting elements;
15 – клапаны.15 - valves.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Система создания биологических тканей состоит из баллонов с газовыми смесями 1 с редукторами 2, снижающими давление газовой смеси на выходе из баллонов со стандартных значений, например, 150 атм (в начале использования баллона) до ≈0.2 атм. В качестве примера на фигуре показаны три баллона с различными составами углерода, азота и кислорода. Количество баллонов и состав газовых сред зависит от конкретных образцов биологических материалов. Баллоны 1 магистралями 3 в виде медных трубок соединены с коммуникационной системой 4 с регулирующими клапанами 15. Далее газовая смесь нужного состава по магистралям 5 через измеритель скорости потока (ротаметер) 6 и фильтр 7 поступает в сосуд для питательной среды 8. Магистрали 5 должны быть выполнены из стерильного материала, непроницаемого для кислорода и азота, например, из тайгона. Далее питательная среда с помощью перистальтического насоса 9 через регулирующие клапаны 15 и соединительные элементы 14 подается в герметичные камеры 10, в которых омывает находящиеся там растущие дифференцирующиеся клетки/ткани 11. Количество камер 10 может быть различным в зависимости от решаемых задач. В камерах 10 средством нагрева 12, представленным в виде мини термостата, поддерживается температура 37,0±0,2°С. Камеры 10 магистралями 5 соединены с системой дренажа отработанной среды 13. Вход питательной среды в герметичные камеры 10 и выход отработанной среды из камер осуществляют через соединительные элементы 14 - переходники Люэра для соединения тайгоновых трубок с иглами, которые через штуцеры и уплотнители из вакуумной резины вставляются в камеры 10.The system for creating biological tissues consists of cylinders with
Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.
Сбор системы осуществляется по представленной схеме. Образцы биологических материалов 11 - срезы ткани (до 500 мкм в толщину) или клетки, выделенные предварительно из органов человека или животных, иммобилизуют на биодеградируемом носителе и помещают в камеры 10, которые герметично закрывают. На фигуре, в качестве примера, показано использование 3-х камер. Система позволяет использовать от одной до нескольких камер. Их количество определяется необходимостью культивирования биологических образцов в разных газовых составах.The collection of the system is carried out according to the presented scheme. Samples of
Производят барботирование культуральной среды газом в сосуде 8 (при барботировании питательной среды в ней устанавливается требуемый уровень оксигенации, соответствующий физиологическим или гипоксическим условиям нахождения клеток) и заполнение камер 10 газовой смесью из одного из баллонов 1. С помощью ротаметра 6 устанавливают скорость подачи газовой смеси (мл/час) и рассчитывают время, необходимое для полной замены газового состава в питательной среде 8 и камерах 10 на газовый состав из баллона1. Установленный фильтр 7 с порами 0,22 мкм предотвращает попадание микроорганизмов в питательную среду и обеспечивает стерилизацию газового состава, поступающего в систему. Для предотвращения поступления атмосферного газового состава трубки/магистрали 5, обеспечивающие поступление питательной среды в камеры и удаление из них, сделаны из тайгона - материала, непроницаемого для газов. Тайгоновые магистрали соединяются с иглами через переходники Люэра, и через отверстия штуцеров через уплотнители из вакуумной резины вставляются в камеры 10 (стерилизация всех компонентов осуществляется либо автоклавированием, либо обработкой 70% этанолом). Вакуумные уплотнители обеспечивают полную герметизацию системы. Для заполнения камер 10 барботированной культуральной средой включают перистальтический насос 9 со встроенным регулятором потока жидкости, при помощи которого устанавливают скорость поступления среды в камеры 10 (устанавливается в соответствии с метаболизмом помещенного объекта -1,25±0,5 мл/ч). Камеры 10 с выращиваемым объектом 11 помещают в мини-термостат 12 и культивируют при температуре 37°С.The culture medium is bubbled with gas in a vessel 8 (when bubbling the nutrient medium, the required level of oxygenation is established in it, corresponding to the physiological or hypoxic conditions of the cells) and the
Стандартным способом получения in vitro большого объема клеточного материала из биопсийных образцов тканей человека или животных является размножение энзиматически выделенных клеток в обычных условиях использования стандартного культурального инкубатора (21% O2, 5% СO2, 74% N2 и влажности 90%). Культивирование в заявляемой системе стандартно проводится в тех же условиях. При этом в начале культивирования клеток они находятся в равновесном с воздухом напряжении кислорода (на высоте Москвы - 150 мм рт. ст.), которое по мере увеличения количества клеток снижается из-за более высокой скорости потребления клетками кислорода по сравнению со скоростью его диффузии к клеткам из находящегося над питательной средой воздуха. В тканях человека, за исключением хрящевой ткани, благодаря адекватному развитию системы кровоснабжения и способности сердца и сосудистой сети «поставлять» необходимое количество кислорода при различных режимах его потребления, парциальное давление кислорода строго поддерживается в диапазоне 20-60 мм рт. ст.The standard way to obtain in vitro a large volume of cellular material from biopsy samples of human or animal tissues is to multiply enzymatically isolated cells under normal conditions using a standard culture incubator (21% O 2 , 5% CO 2 , 74% N 2 and humidity 90%). Cultivation in the inventive system is standardly carried out in the same conditions. At the same time, at the beginning of cell cultivation, they are in oxygen tension in balance with air (at a height of Moscow - 150 mm Hg), which decreases as the number of cells increases due to a higher rate of oxygen consumption by cells compared to its diffusion rate to cells from the air above the nutrient medium. In human tissues, with the exception of cartilage, due to the adequate development of the blood supply system and the ability of the heart and vasculature to “deliver” the necessary amount of oxygen under various modes of its consumption, the partial pressure of oxygen is strictly maintained in the range of 20-60 mm Hg. Art.
Предлагаемая система позволяет выращивать клетки и создавать биоинженерные модели тканей животных и человека в условиях, приближенных к тем, в которых они развивались естественно. Ее сущностью является подача к клеткам/тканям постоянного потока питательной среды с парциальными давлениями кислорода и углекислого газа, соответствующими имеющимся в тканях организма. Учитывая, что развитие или регенерация тканей в организме в определенных условиях происходит в ответ на создание гипоксических условий, разработанная система позволяет проводить полное моделирование, и таких воздействий путем снижения содержания кислорода в подаваемой в систему газовой смеси. Смеси с различным, заранее заданным газовым составом, которые создают в питательной среде физиологическое или гипоксическое парциальное давление кислорода, легко готовятся на заводах, изготовляющих разные газы, и один баллон с давлением в 150 атм обеспечит нужный и точный газовый состав в окружающей выращиваемые ткани среде в течение многих лет.The proposed system allows you to grow cells and create bioengineered models of animal and human tissues in conditions close to those in which they developed naturally. Its essence is the supply to the cells / tissues of a constant flow of nutrient medium with partial pressures of oxygen and carbon dioxide, corresponding to those present in the tissues of the body. Given that the development or regeneration of tissues in the body under certain conditions occurs in response to the creation of hypoxic conditions, the developed system allows full modeling of such effects by reducing the oxygen content in the gas mixture supplied to the system. Mixtures with different, predetermined gas composition, which create physiological or hypoxic partial pressure of oxygen in the nutrient medium, are easily prepared at plants producing different gases, and one cylinder with a pressure of 150 atm will provide the desired and accurate gas composition in the environment surrounding the tissue grown in for many years.
Физиологические/гипоксические условия выращивания клеток, культивирования органотипических культур и создания биоинженерных моделей тканей животных и человека в условиях постоянного обновления питательной среды с поддержанием в ней физиологического и «гипоксического» газового состава позволяют увеличить скорость клеточной пролиферации и тем самым ускорить получение необходимого клеточного материала, также стимулировать процессы, необходимые для формирования различных тканевых структур (например, поверхностных слоев кожи), ангиогенез, синтеза гормонов, ростовых факторов, белков внеклеточного матрикса и многие другие.The physiological / hypoxic conditions of cell growth, cultivation of organotypic cultures and the creation of bioengineered animal and human tissue models under conditions of constant updating of the nutrient medium while maintaining a physiological and “hypoxic” gas composition in it allow increasing the rate of cell proliferation and thereby accelerate the production of the necessary cellular material, as well stimulate the processes necessary for the formation of various tissue structures (for example, the surface layers of the skin), angi coagulation, synthesis of hormones, growth factors, extracellular matrix proteins and many others.
Для обеспечения работы системы используются предварительно подготовленные и проверенные газовые составы, обеспечивающие необходимое газовое микроокружение; поддерживается постоянный химический состав среды при культивировании и создании биоинженерных конструкций; значительное уменьшение объема культуральной камеры, в которой размещается биоинженерная/органотипичная культура, обеспечивает экономное расходование как питательной среды, так и газового состава, позволяющего использовать один баллон в течение нескольких лет.To ensure the operation of the system, pre-prepared and tested gas compositions are used that provide the necessary gas microenvironment; the constant chemical composition of the medium is maintained during the cultivation and creation of bioengineered structures; a significant reduction in the volume of the culture chamber, which houses a bioengineering / organotypic culture, provides an economical expenditure of both the nutrient medium and the gas composition, which allows the use of one cylinder for several years.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет проводить выращивание тканей человека в контролируемых условиях, создаваемых непрерывным поступлением питательной среды и оттоком продуктов тканевого метаболизма, причем в поступающей питательной среде на каждом этапе роста создается газовый состав (аналогично составу крови), соответствующий требуемому, т.е. физиологическому для наращивания массы образца или гипоксическому для индукции в нем определенной тканевой структуры, аналогично тому, как это обеспечивается в тканях человека, в том числе при индукции развития одних тканей из других, например, образования сосудистой сети, а на коже - эпидермиса.Thus, the claimed invention allows for the cultivation of human tissues under controlled conditions created by the continuous supply of nutrient medium and the outflow of tissue metabolism products, and in the incoming nutrient medium at each stage of growth a gas composition is created (similar to the blood composition), corresponding to the required, i.e. physiological to increase the mass of the sample or hypoxic to induce a certain tissue structure in it, similar to how it is provided in human tissues, including by inducing the development of some tissues from others, for example, the formation of the vasculature, and on the skin - the epidermis.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115061A RU2626526C1 (en) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | System of animal and human tissue bio-engineering models creation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115061A RU2626526C1 (en) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | System of animal and human tissue bio-engineering models creation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2626526C1 true RU2626526C1 (en) | 2017-07-28 |
Family
ID=59632421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016115061A RU2626526C1 (en) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | System of animal and human tissue bio-engineering models creation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626526C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110699256A (en) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | Gas replacement device for constructing cell or tissue pathological model and construction method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055885C1 (en) * | 1994-04-07 | 1996-03-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тульский левша" | Method for obtaining microaerophile conditions for cultivating campilobacters |
| US20020098586A1 (en) * | 2000-03-02 | 2002-07-25 | Takagi Industrial Co., Ltd. | Method of and apparatus for cultivating a cell or tissue |
| RU2525139C1 (en) * | 2013-08-15 | 2014-08-10 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Кубанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России) | Bioreactor |
-
2016
- 2016-04-19 RU RU2016115061A patent/RU2626526C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2055885C1 (en) * | 1994-04-07 | 1996-03-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тульский левша" | Method for obtaining microaerophile conditions for cultivating campilobacters |
| US20020098586A1 (en) * | 2000-03-02 | 2002-07-25 | Takagi Industrial Co., Ltd. | Method of and apparatus for cultivating a cell or tissue |
| RU2525139C1 (en) * | 2013-08-15 | 2014-08-10 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Кубанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России) | Bioreactor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WOODRING E.W. and et al., Inexpensive low-oxygen incubators // Nature Protocols, vol.1, No.4, 2006, стр.2088-2090. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110699256A (en) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | Gas replacement device for constructing cell or tissue pathological model and construction method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1258588C (en) | Cell culture room and bioreactor for in vitro culture of animal cells | |
| JP6696206B2 (en) | Cell culture device using gas impermeable tube and cell culture method | |
| CN105586249B (en) | Circulating perfusion bioreactor device capable of realizing circulating perfusion of three-dimensional support | |
| KR20210022162A (en) | Continuously controlled hollow fiber bioreactor | |
| JPS60210982A (en) | Method and apparatus for culturing cell of human, animal andplant, and hybrid cell and microorganism | |
| CN104611225A (en) | Bioreactor for constructing tissue engineering liver by using in-vitro circulatory perfusion | |
| US10544387B2 (en) | Bioreactors and uses thereof | |
| US7816138B2 (en) | Bioreactor system and method for the production and collection of blood cells from engineered bone marrow tissue | |
| Baba et al. | Development of biomimetic system for scale up of cell spheroids-building blocks for cell transplantation | |
| CN106520552A (en) | Cell culture biological reactor | |
| CN101402917B (en) | Bioreactor for producing tissue engineering products | |
| CN109906267B (en) | Micro Bioreactor Components | |
| CN102174397B (en) | Bionic three-dimensional fluid shear stress cell culture device and shear stress loading method thereof | |
| CN110129199A (en) | A three-dimensional simulation culture system for stem cells | |
| RU2626526C1 (en) | System of animal and human tissue bio-engineering models creation | |
| WO2016140213A1 (en) | Cell culture method using hollow fiber module | |
| WO2017152343A1 (en) | Recirculating perfusion bioreactor device that can realize three-dimensional scaffold recirculating perfusion | |
| Prenosil et al. | Automated production of cultured epidermal autografts and sub‐confluent epidermal autografts in a computer controlled bioreactor | |
| EP3138904A1 (en) | Device and method for tissue culture comprising a hermetically sealed blood circulation | |
| CN211394493U (en) | Tissue engineering product culture apparatus | |
| WO1997026023A1 (en) | Wound dressing and apparatus | |
| CN206591136U (en) | Intermittent immersion type plant bioreactor capable of automatically supplementing carbon dioxide gas | |
| JPH01120278A (en) | Method for cultivating cell and apparatus therefor | |
| JP2008505650A (en) | Apparatus and method for growing human cells | |
| CN105524824A (en) | Photo-bioreactor |