Tangerine John

2013/12/02 組織工程與再生醫學 專題演講

Bioreactors in Tissue Engineering

Ching-Li, Tseng (曾靖孋), Ph.D

Taipei Medical University

Tissue Engineering Triad: scaffolds, cells, signals

→使用物理性刺激，或許較化學產生的signal便宜。

Bioreactor希望scaffold提供cell 3D立體的環境，例如：控制CO₂比例、培養液顏色變化。

使用外在device去監控，避免浪費……

紅外線、拉伸、壓縮……等物理性刺激。

Metabolic的移除，廢棄物受監控。5 mm diameter x 2 mm的scaffold已經達到移液器(pipette)的極限，無法均勻分佈。

例如：密度不均造成細胞提早分化。

Spinner flask bioreactors, 動態培養，在攪拌中細胞慢慢貼附在scaffold上面。

Multi-pass filtration，利用抽氣過濾，使細胞卡在scaffold上頭。可大範圍均勻分佈，但因scaffold厚度的關係，只能3~5層，不然下方的scaffold都不會有cell存在。

避免cell流失，要先測試scaffold的飽和度。

380μm→ 1415μm時，中間細胞都死亡，在靜態培養下，中心點氧氣不足，氧氣擴散和濃度梯度為靜態培養的極限。

軟骨細胞周圍都變成白色，纖維化於動態培養中，藉由外在動力，養出較大的組織。

Hydrodynamic flow in spinner flask, scaffold形狀、受力面等都有差異。

Rotating-wall vessels, 用滾動的方式，可以使細胞浮起，scaffold飄在無重力之下，氧氣交換有效率，這個chamber都先經過計算。

A rotating-wall perfused vessel (RWPV), Medium進出都可以設定，省下時間等花費、繁瑣的過程、降低污染的機會。

例如：微重力之下，軟骨其形態不會出來→重力對於tissue生長有很大的影響。

無重力、微重力、natural

Aerobic or anaerobic cell metabolism

有氧、無氧環境下，Glucose轉換成乳酸(Lactic acid)的比例，知道細胞處於怎樣的環境，最終都將轉為ATP。

例如：Cardiac tissue心肌組織，在靜態培養中，為厭氧狀態。

動態培養，不僅細胞多且健康、活力佳、activity↑。

Roller bottle, Area約等於750 cm²，cell沾到medium，細胞量產。

Hollow-fiber bioreactors, highly metabolic and sensitive cell types such as hepatocytes

例如：肝臟細胞。

Acute liver failure (ALF)類似葉克膜，以延長接受等待需求的時間。

Direct perfusion bioreactors 直接回流

Medium體積、交換方式，氣體交換方式，如：oxygen, glucose，在各種bioreactor比較。

Mechanical conditioning

Enhance proliferation and matrix organization

讓細胞在培養時，就先提早適應動態環境。

隨時改善細胞培養環境。

Bone tissue engineering culture on bioreactors

Cell expansion: Tide-flow Bioreactor

Oxygen content: Spinner