工程骨低温保存中CPA的导入过程研究

摘要

低温保存技术是一种长时间保存细胞和组织的有效方法，在许多领域都得到了广泛的应用。而临床医学的发展和需求，使得工程组织和生物活体器官的低温保存成为当今生物医学工程研究的最前沿课题。目前在全球进行的移植手术中，骨移植的数量仅次于输血居第二位。若能将低温保存技术成功应用于保存治疗大体积骨缺损所需的组织工程骨，则可使骨缺损的临床治疗更加便利，大大减轻病人的痛苦和损失。因此，组织工程骨的超低温保存有着辉煌的发展前景和广泛的应用价值。 本文首先对来自Sprague-Dawley(SD)大鼠颅盖骨的细胞进行了原代和传代培养，并对其形态学及特异性等生物学性能进行了检测，确定所培养的细胞是成骨细胞，并通过纯化确保没有其他细胞的污染，为后续的实验提供数量充足的骨组织工程种子细胞，也为实验的准确性和可重复性提供了保证。 接着，应用显微摄像技术测定细胞的体积变化，实验确定了成骨细胞的渗透不变体积比为0.261，实验回归确定了成骨细胞对于DMSO的K-K模型渗透参数为：L<,p>=1.8×10<'-13>m<'3>·N<'-1>·s<'-1>；ω=8.5×10<'-11>mol·N<'-1>·s<'-1>；σ=1.5。 利用实验得到的K-K模型的参数，对成骨细胞的DMSO导入过程细胞体积的变化进行模拟优化，研究了导入过程对细胞损伤的机制和控制方法。结果表明，低浓度保护剂导入过程体积损伤和渗透损伤很小，可以采用一步导入法。高浓度保护剂导入，分步导入和连续梯度导入皆优于一步导入，都能显著减轻保护剂导入过程对细胞造成的体积损伤和渗透损伤：而分步导入又以四步较好；连续梯度导入可采用线性梯度和S型曲线梯度导入方式。 最后，利用FLUENT软件对灌注系统灌注时支架内部的受力和流场分布情况进行了模拟分析，提出了灌注时不对细胞造成机械损伤的中部空隙灌注模式。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1文献综述

2成骨细胞的获取

2.1概述

2.2实验装置与材料

2.2.1仪器设备

2.2.2实验试剂及药品

2.2.3实验所需溶液和试剂的配制

2.3成骨细胞的获取

2.3.1主要实验材料

2.3.2成骨细胞原代培养

2.3.3成骨细胞传代培养

2.3.4细胞计数

2.3.5成骨细胞的纯化

2.3.6成骨细胞死活鉴定

2.4实验结果

2.4.1原代培养

2.4.2传代培养

2.4.3细胞计数

2.4.4成骨细胞死活鉴定

2.4 小结

3成骨细胞渗透不变体积实验确定

3.1概述

3.2 Boyle-Van't Hoff关系式[96]

3.3 Vb实验测定

3.3.1实验仪器设备

3.3.2主要实验材料

3.3.3实验过程

3.3.4图像数据处理

3.3.5实验结果

3.4小结

4 K-K模型渗透参数确定

4.1概述

4.2 K-K模型

4.3渗透参数的确定实验

4.3.1实验仪器设备

4.3.2主要实验材料

4.3.3实验过程

4.3.4实验结果

4.4参数回归

4.3.1细胞体积变化率

4.3.2细胞原始体积确定

4.3.3参数估算

4.3.4模型参数实验验证

4.4小结

5 K-K模型模拟优化冷冻保护剂导入过程

5.1概述

5.2方法及模型参数

5.3计算结果与讨论

5.3.1低浓度导入

5.3.2玻璃化浓度导入

5.4小结

6工程骨支架CPA导入研究

6.1概述

6.2 工程骨支架

6.3扩散传质

6.3.1 DMSO扩散系数确定

6.3.2 MATHEMATICA模拟—维扩散

6.4灌注传质

6.4.1软件和方法

6.4.2计算结果与讨论

6.5小结

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢