适合组织工程皮肤准静态平面流场培养的条件优化及效果评价

工程化组织构建完成后通常采用静态培养进行熟化，但存在显著的弥散受限等缺点，灌注式培养成为最有吸引力的培养方式。而组织工程皮肤需要严格的气液界面培养条件，因此我们提出了"准静态平面流场是组织工程皮肤的最佳培养模式"的新观点。为此，前期已设计出了一个能够实现准静态平面流场的培养室，液体通过溢流坝后产生较为均匀的流场。本研究拟结合计算流体力学分析方法，建立工程化皮肤组织构建物的液体流动以及氧传递和反应的稳态数学模型；通过实验研究，观察不同灌注速度对组织工程皮肤功能特性的影响，包括细胞活力、生长曲线、细胞增殖、组织学结构（如表皮分化、基底膜形成）、细胞外基质合成（如胶原、糖氨聚糖），以及对组织工程皮肤力学性能进行检测，并进行动物移植试验，观察修复创面的情况，同时与静态培养比较，摸索出适宜的灌注速度，证明准静态平面流场是组织工程皮肤的最佳培养模式，为下一步研制生物反应器的操作参数提供重要实验依据。

本研究首先采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）分析了截流装置为溢流坝时的流场情况，得出溢流坝的坡面为平面较适宜，适宜灌注速度为100～160ml/min，但实验验证不能形成均匀流场，进而优化设计方案，改截流装置为闸门，设计了静压槽的静压循环稳定的水力结构，培养板设计了导流槽，CDF模拟和分析了不同流速条件下的流场均匀性情况，并从40～800ml/min流速范围中筛选出符合准静态平面流场的适宜灌注速度，为保证准静态特征，灌注速度须小于400ml/min，适合组织工程皮肤培养的灌注速度为80～200ml/min，优化流场结构参数后成功制作了符合流场特征的大、中、小层盘；完成无菌化处理及毒性测试，成功建立了准静态平面流场培养室的灌注培养方法。.灌注培养前，对比研究了成纤维细胞在二维和三维培养条件下六种培养培养时的葡萄糖消耗和乳酸形成、羟脯氨酸合成和胶原凝胶收缩，进而研究了成纤维细胞胶原凝胶（单层真皮）悬空培养时的生长代谢变化。灌注培养研究过程中我们对比了不同灌注速度、灌注时间对单层真皮、双层组织工程皮肤、游离皮片和真皮源性干细胞的生长代谢影响、细胞增殖分化情况，尤其是考察了流场均匀性，摸索出了适宜的实验灌注速度和合适的灌注模式，表明理论灌注速度和实验灌注速度是一致的，准静态平面均匀流场是组织工程皮肤动态培养的适宜培养方法。.