CN103690273A - 一种体内生物反应器 - Google Patents

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王臻
樊博
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Abstract

一种体内生物反应器，包括有导管，导管的出口端设在人工骨材料的中空腔内，导管末端用克氏针固定在人工骨材料上，骨缺损处***设有用于固定的固定网，导管入口端与输液港的出口相连，输液港的入口与医用恒定流量气囊动力泵相连；医用恒定流量气囊动力泵内的血浆经过输血港由导管给体内供给；解决了材料细胞复合物体内的营养供给以及血管长入的难题，为大段骨缺损的治疗提供了良好的装置，具有结构简单、效果好的特点。

Description

一种体内生物反应器
技术领域
本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种体内生物反应器，适用于各种原因引起的长节段骨缺损的修复重建，使得大段骨缺损的生物性愈合成为可能。
背景技术
创伤、感染以及骨肿瘤切除常导致严重的骨组织缺损，特别是大段(20毫米以上)骨缺损，大大增加救治难度，致使出现伤残率高、伤残时间长、后期治疗困难等一系列问题。大段骨缺损的修复与功能重建一直是骨科的难题和研究热点。目前临床上多采用异体骨和带血管自体骨移植治疗大段骨缺损，但异体骨治疗大段骨缺损还存在免疫排斥反应和传播疾病的危险。带血管自体骨移植修复大段缺损，在受、供区均要进行复杂的操作，使患者承受着沉重的手术负担，况且，自体供骨量毕竟有限。近年来骨组织工程技术飞速发展，组织工程化骨为骨缺损提供较理想的修复方式。组织工程骨以其来源不受限、具有较自体骨相似或更优的生物功能等特征，在骨缺损的修复中显示了前所未有的优越性。
同时，生物反应器在组织工程领域发挥着不可替代的作用。目前众多学者从仿生学角度出发，用体外生物反应器模拟体内组织或器官的内环境，进行构建组织工程骨的研究工作。通过培养室的转动、中央管道灌注等方法将营养物质均匀散射到三维支架材料内部，持续供给细胞所需的营养物质。在一定程度上解决了材料内部的营养供给。但是目前的体外生物反应器与实际体内环境仍然存在较大差别，不能提供完全的体内微环境，未解决组织工程骨的血管化问题。因此其只能在体外维持材料内部细胞的存活，当材料移植入体内骨缺损处时，由于血管长入需要数天甚至数周时间，细胞耐受缺氧仅为数小时，早期细胞的营养供应仅靠机体组织液供应，而氧的扩散力局限于200μm内。最终材料内部的细胞依然不能存活。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种体内生物反应器，解决了材料细胞复合物体内的营养供给以及血管长入的难题，为大段骨缺损的治疗提供了良好的装置，具有结构简单、效果好的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种体内生物反应器，包括有导管，导管的出口端设在人工骨材料的中空腔内，导管末端用克氏针固定在人工骨材料上，骨缺损处***设有用于固定的固定网，导管入口端与输液港的出口相连，输液港的入口与医用恒定流量气囊动力泵相连。
所述的输液港与输液港座相连，输液港将体内培养和体外灌注两个***分隔。采用输液港进行分隔，极大减少了伤口污染的可能性。
所述的固定网采用钛网。
所述的固定网由两个半圆形的网组成，两个半圆形的网用螺钉固定。
所述的人工骨材料采用盲端中空的多孔生物陶瓷材料。
本发明的有益效果是：
医用恒定流量气囊动力泵内装入人造血浆，血浆内含有细胞生存所需的各种营养物质以及相关的细胞因子，有利于细胞材料复合物的血管化和成骨。
导管与人工骨材料的连接通过一个细小的克氏针来固定。将细胞材料复合物移植入骨缺损处，利用内固定或外固定将骨缺损处的两端固定，人工骨材料周围附上一层薄层钛网，防止材料移位掉落，利用上下各两个螺钉将钛网固定于骨缺损处的两端，
本发明提供人工骨材料完全的体内环境、保证材料植入体内骨缺损后仍能为材料内部细胞持续提供营养且能够促使材料血管化和成骨。在克服现有技术缺陷的基础上，为临床上大段骨缺损的治疗提供了新的技术手段。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明人工骨材料结构图。
图3为本发明固定网的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1、2、3，一种体内生物反应器，包括有导管1，导管1的出口端设在人工骨材料4的中空腔5内，导管末端用克什针3固定在人工骨材料4上，骨缺损处***设有用于固定的固定网6，导管1入口端与输液港2的出口相连，输液港2的入口与医用恒定流量气囊动力泵8相连。
所述的输液港与输液港座相连，输液港将体内培养和体外灌注两个***分隔。采用输液港进行分隔，极大减少了伤口污染的可能性。
所述的固定网6由两个半圆形的网组成，两个半圆形的网用螺钉7固定。
所述的固定网6采用钛网。
所述的人工骨材料采用盲端中空的多孔生物陶瓷材料。
在骨缺损处的近心端距离缺损2cm处钻一圆形小孔直达骨髓腔。将连接输液港的导管末端穿入此小孔，并通过骨髓腔延伸至骨缺损处，随后将导管末端***人工骨材料的中空结构内，导管的管道壁与人工骨材料的连接通过一个细小的克氏针来固定。将细胞材料复合物移植入骨缺损处，利用内固定或外固定将骨缺损的两端固定，材料周围附上一层薄层钛网(3D打印技术，网孔大小为0.5cmX0.5cm的正方形)，防止材料移位掉落，利用上下各两个螺钉将钛网固定于骨缺损处的两端，此时细胞材料复合物被周围肌肉等软组织所包裹。输液港导管的另一端连接有输液港座，将其固定于皮肤下。清洗伤口后逐层关创，缝合皮肤，只在体表可触摸到一圆形凸起，将一无损伤针经皮垂直穿刺到输液港注射座的储液槽内。该无损伤针与一个医用恒定流量气囊动力泵相连接。这一整套结构的组合构成了体内生物反应器。该型生物反应器不仅提供大段组织工程化骨在体内的营养供给，而且使得周围肌肉软组织内的血管不断向内长入。使得材料从内部和外部两个层面同时成骨和成血管，加快了细胞材料复合物与两端骨缺损的愈合。
本发明工作原理：
医用恒定流量气囊动力泵内的血浆经过输血港由导管给体内供给。
1)医用恒定流量气囊动力泵内装入人造血浆，血浆内含有细胞生存所需的各种营养物质以及相关的细胞因子，有利于细胞材料复合物的血管化和成骨。
2)严格控制灌注时的流量和流速为2.0ml／h，由于灌注的人造血浆流经多孔的人工骨材料后并不能完全被细胞吸收，因此多余的血浆将会被周围的肌肉软组织所吸收。研究发现周围软组织平均晶体液渗透速率为0.125ml／(h·cm2)。
3)持续灌注两周即可，研究发现包裹在软组织中的单纯人工骨材料在两周内血管已经长入材料深部。因此，灌注两周后大量血管已经长入材料内部，足以为剩余的细胞提供营养物质。
4)两周后停止灌注，并将输液港、克氏针和薄层钛网完全移除。
本发明的体内生物反应器能够完全克服现有技术的缺陷，保证人工骨材料内部与外部两个层面同时血管化和成骨，不仅为大段骨缺损的治疗提供了新的技术手段，也为临床治疗创造了新的思维方式。

Claims (5)

1.一种体内生物反应器，包括有导管(1)，其特征在于，导管(1)的出口端设在人工骨材料(4)的中空腔(5)内，导管末端用克氏针(3)固定在人工骨材料(4)上，骨缺损处***设有用于固定的固定网(6)，导管(1)入口端与输液港(2)的出口相连，输液港(2)的入口与医用恒定流量气囊动力泵(8)相连。
2.根据权利要求1所述的一种体内生物反应器，其特征在于，所述的输液港与输液港座相连，输液港将体内培养和体外灌注两个***分隔。
3.根据权利要求1所述的一种体内生物反应器，其特征在于，所述的固定网(6)由两个半圆形的网组成，两个半圆形的网用螺钉(7)固定。
4.根据权利要求1所述的一种体内生物反应器，其特征在于，所述的固定网(6)采用钛网。
5.根据权利要求1所述的一种体内生物反应器，其特征在于，所述的人工骨材料采用盲端中空的多孔生物陶瓷材料。
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