Bioreaktor untuk rekayasa jaringan tulangAbstrak: Jaringan tulang teknik untuk menggunakan di orthopaedics pose beberapa tantangan.Menyediakan lingkungan pertumbuhan sesuai yang akan memungkinkan jaringan yang kompleks seperti tulang tumbuh adalah salah satu tantangan ini. Ada beberapa desain faktor yang harus dipertimbangkan untuk menghasilkan jaringan fungsional in vitro untuk bedah penggantian di klinik. Kompleks bioreaktor telah dirancang yang memungkinkan rezim stres berbeda seperti kompresi, geser, dan rotasi pasukan untuk diterapkan ke tiga dimensi (3D) rekayasa konstruksi. Ulasan ini Alamat pertimbangan ini dan menguraikan jenis-jenis bioreaktor yang telah dikembangkan dan sedang digunakan.Kata kunci: bioreaktor, enigineering jaringan, tulang, MSC1 Pendahuluan ada adalah peningkatan kebutuhan baru terapi untuk mengobati kerusakan tulang yang timbul dari trauma dan penyakit.Rekayasa jaringan menawarkan solusi keterbatasan yang hadir di saat perawatan seperti integrasi miskin implan dan integritas mekanis jangka panjang.Jaringan standar konsep rekayasa menempatkan autologous sel ke perancah degradable threedimensional (3D) dan lingkungat in vitro sebelum pasien implantasi terdengar relatif sederhana di pertama. Namun, kenyataannya jauh lebih kompleks, seperti beberapa faktor yang mempengaruhi lingkungan budaya in vitro harus dipertimbangkan dalam urutan cepat untuk menghasilkan jaringan tulang fungsional untuk aplikasi klinis.Faktor atau prinsip-prinsip generik yang konsisten untuk berbagai organ berbagai in vitro implan jaringan-rekayasa1.1 Desain pertimbangan yang pertama dari faktor-faktor ini adalah ukuran membangun tissueengineered akan dibuat. Hal ini penting untuk semua sel dalam jaringan 3D untuk menerima nutrisi yang cukup dan penghapusan produk limbah yang efektif.Dalam budaya statis, sel-sel yang buang bijinya di pinggiran konstruksi 3D tumbuh mudah; Namun, mereka yang berada di pusat kota membangun cenderung mengalami nekrosis [1, 2]. Konstruksi kecil seperti 10mm kubus dapat menderita dari fenomena ini. Dalam konstruksi dengan tingkat yang lebih rendah dari porositas dan berkurangnya perfusi, efek ini diamati lebih cepat dalam budaya dengan konstruksi yang lebih kecil. In vivo, fisiologis jaringan tidak menderita dari rendah PO2 atau massa transfer karena kehadiran pembuluh darah yang mengangkut nutrisi dan produk-produk limbah.Dalam rangka untuk mengatasi masalah ini, beberapa berbeda bioreaktor telah dirancang yang meningkatkan massa transfer ke konstruksi jaringan yang lebih besar. Itu ditunjukkan oleh Ishaug et al. [3] hanya sel-sel dalam 200800 mm permukaan perancah layak selama statis budaya. Sistem yang mengatasi masalah ini (seperti labu spinner, bioreaktor pemanas, dan sistem perfusi) dibahas secara lebih rinci di bawah ini.1.2 Struktur dan bentuk bentuk tulang direkayasa jaringan diciptakan adalah faktor penting lain untuk dipertimbangkan. Banyak bioreaktor dirancang untuk menciptakan bentuk sederhana direproduksi jaringan seperti silinder atau batu. Namun, ini mungkin bermanfaat untuk aplikasi klinis (seperti bedah mulut) untuk membuat bentuk tertentu jaringan. Bioreaktor partikel magnetik, seperti yang dijelaskan di bawah ini, memiliki kemampuan ini.

1.3 Integrasi sel faktor lain yang harus dianggap mengenai tulang jaringan-rekayasa konstruksi (terutama ketika mengingat skala-up ukuran jaringan) adalah metode untuk menempatkan (penyemaian) sel secara efektif ke membangun.Biasanya, konstruksi yang optimal membutuhkan sebuah sel tunggal homogen penyemaian seluruh membangun seluruh. Sistem perfusi telah digunakan untuk menyampaikan sel di seluruh seluruh membangun [4]. Dalam beberapa keadaan, namun, variabel penempatan sel mungkin diperlukan (misalnya, sejumlah besar sel-sel dalam satu porsi membangun dan sel-sel tidak buang bijinya di bagian lain dari membangun).Bioreaktor memiliki potensi untuk mengontrol sel penyemaian strategi ketika lingkungat konstruksi ini.1.4 Populasi sel ada berbagai jenis sel yang berbeda dalam tulang, dan biasanya tulang-matriks-memproduksi sel (osteoblast) atau prekursor osteoblast seperti sel induk mesenchymal (MSC) berasal dari sumsum tulang stroma yang digunakan untuk membuat membangun tulang-tissueengineered. Pendekatan-pendekatan lain untuk teknik ini termasuk cocultures jenis sel atau berbagai sumber sel-sel tulang-berasal dari jaringan adiposa atau tulang rawan. Osteoblas, dan osteoklas telah berbudaya bersama-sama pada bahan-bahan di bioreaktor untuk mengaktifkan jaringan direkayasa untuk semula ekstrinsik dan intrinsik faktor, dengan pemandangan untuk membuat membangun lebih fungsional [5]. Konsep ini hypothesizes bahwa waktu budaya in vitro diperpendek, sebagai faktor pertumbuhan komunikasi antara jenis dua sel akan meningkatkan produksi matriks ekstraseluler serta meningkatkan integrasi situs host membangun. Sistem coculture lain seperti untuk osteochondral cangkokan, menggabungkan tulang dan chondrogenic nenek moyang sel dalam konstruksi yang sama.Desain ini coculture bioreaktor terfokus pada ortopedi aplikasi lebih kompleks fungsional struktur menimbulkan tantangan khusus.

1.5 Kekuatan mekanik ketika sel-sel yang membentuk tulang tumbuh in vitro, diberikan kimia suplementasi benar, mereka akan menghasilkan matriks ekstraseluler lembut dan keras.Namun, jika kekuatan mekanik diterapkan ke sel, matriks ekstraseluler produksi dapat meningkat dan meletakkan di daerah mekanis didefinisikan [6]. Peningkatan pengurangan matriks produksi dan potensi dalam budaya waktu sering mengakibatkan membangun jaringan-engineered lebih fungsional. Dengan demikian, banyak desain dari bioreaktor termasuk stimulus kekuatan mekanik potensial baik dengan menerapkan kekuatan langsung ke sel atau ditransfer ke sel melalui pasukan yang diterapkan untuk perancah di mana sel-sel berada [7, 8].Teks berikut menjelaskan bioreaktor masa lalu dan sekarang yang telah digunakan untuk tumbuh segmen tulang sebagai percobaan menguji sistem untuk pharma atau untuk aplikasi klinis dengan maksud untuk memproduksi lebih fungsional jaringan yang meningkatkan integrasi dan perbaikan jangka panjang.

2 SPINNER FLASK termos spinner adalah desain sederhana bioreaktor dibahas dalam makalah ini, terdiri dari sel-sel yang buang bijinya ke perancah 3D yang ditangguhkan melalui kawat di volume besar budaya media. Media budaya diaduk menggunakan bar magnetik di rotasi khas r/min 50. Banyak jenis jaringan telah meneliti menggunakan jenis bioreaktor. Bonetissue-rekayasa konstruksi berbudaya menggunakan sistem ini telah dibuktikan untuk menunjukkan viabilitas sel ditingkatkan, proliferasi dan distribusi sepanjang membangun dibandingkan dengan statis budaya [8]. Namun, meskipun diulang dan mudah digunakan, konfigurasi labu pemintal memiliki keterbatasan.Ukuran jaringan ditanam menggunakan metode ini dibatasi karena trade-off antara gizi Difusi dan terapan tegangan. Memberikan penyampaian nutrisi yang efektif dan penghapusan limbah, magnetik bar rotasi perlu ditingkatkan agar nutrisi untuk mencapai sel-sel di pusat konstruksi yang lebih besar. Aliran turbulent ini meningkatkan sesar yang kemudian diantar ke pinggiran konstruksi ditempatkan dan mengarah ke sel nekrosis di daerah ini.

3 Berputar kapal A kekuatan cairan bioreaktor adalah bioreaktor berputar-dinding kapal (RWV) yang awalnya dirancang oleh Schwarz dan rekan-rekannya di NASA Johnson space centre.Mereka berdasarkan bioreaktor dua prinsip-prinsip desain dasar: (1) padat tubuh rotasi dan (2) silikon karet membran untuk oksigenasi. Rotasi tubuh padat adalah sebuah kapal yang berputar horizontal dan diisi dengan budaya media. Metode ini mensimulasikan beberapa aspek mikrogravitas dengan mengurangi geser dan turbulensi terkait dengan diaduk bioreaktor. Oksigen dapat menyebar melalui membran silikon, yang berada pusat di kapal ini [9]. Sistem ini sekarang tersedia secara komersial dari Synthecon (Houston, Texas) dan dari Cellon (Luxembourg) di Eropa, yang menggambarkan produk sebagai horizontal berputar, gelembung bebas kapal dengan pertukaran gas difusi. Sistem meminimalkan geser kekuatan-kekuatan dan kerusakan yang dapat terjadi dalam sel, seperti sel-sel dalam sistem membangun lingkungan seragam, rendah-geser, cairan suspensi orbit dalam kapal.Ada dua jenis utama dari RWV: kapal lateral slowturning (STLV) dan kapal tinggi-aspectratio (HARV). STLV telah digunakan pada stasiun ruang angkasa MIR, serta untuk percobaan bumi berbasis. Fungsinya adalah untuk mengendalikan kondisi budaya seperti pasokan oksigen, pH, dan suhu, dan diputar dengan kecepatan yang konstruksi dalam keadaan terus-menerus jatuh bebas, atau 'stasioner'. Kapal HARV ini sangat mirip dengan STLV; Namun, kecepatan yang diperlukan untuk menjaga konstruksi 'stasioner' berkurang, dan meningkatkan pertukaran gas [4].Kapal berputar-dinding pada awalnya dirancang untuk mengurangi tekanan geser yang dihasilkan selama peluncuran dan pendaratan pesawat ulang-alik. Namun, ketika sistem diuji di bumi itu diamati bahwa sel dikumpulkan dan membentuk struktur yang menyerupai jaringan. Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa penggunaan bioreactor berputar meningkatkan jumlah sel-sel yang hadir dalam konstruksi setelah 28 hari budaya dibandingkan dengan statis dan perfusi budaya [10].Hal ini diduga menjadi hasil dari peningkatan massa transportasi antara sel-sel yang diunggulkan dalam konstruksi dan culture media [11].Menggunakan bioreaktor berputar, Granet et al. [12] melaporkan bahwa osteoblast-seperti sel-sel mampu berkembang biak dan membedakan, memperkuat potensi untuk digunakan dalam rekayasa jaringan tulang. Sikavitsas et al. [13] dibandingkan tiga kondisi budaya berbeda-statis, labu pemintal dan bioreaktor berputar-dinding dalam hal kemampuan mereka untuk mempromosikan proliferasi sel stroma dan diferensiasi ketika buang bijinya ke perancah berpori PLGA. Mereka melaporkan bahwa termos spinner osteoblastik aktivitas meningkat setelah 21 hari dalam budaya, dan didirikan bahwa peningkatan aktivitas karena superior pencampuran dalam labu spinner dibandingkan dengan statis dan berputar-dinding bioreaktor. Botchwey et al. [14] telah menunjukkan bahwa, ketika osteoblas berbudaya pada microcarriers polimer di bioreaktor RWV selama 7 hari, osteoblas mempertahankan fenotipe osteoblastik dan kegiatan peningkatan alkali fosfatase dibandingkan dengan budaya statis. MSC di bioreaktor ini pada sutra perancah telah menunjukkan peningkatan pengumpulan kalsium dibandingkan dengan statis kebudayaan dan telah mengakibatkan konstruksi yang menyerupai tulang trabecular struktur dan mineralized jaringan [15].Dalam karya sebelumnya oleh penulis hadir, biomimetic-kalsium fosfat-berlapis poly(caprolactone) nanofibre jerat (BCP-NM) dipertunjukkan agar lebih efektif dalam mendukung lampiran sel dan proliferasi di bawah kondisi statis dari jala-jala nanofibre Poli (caprolactone) (PCL-NM). Kondisi dinamis, produksi protein yang terkait dengan ECM tulang adalah lebih tinggi pada konstruksi BCP-NM daripada dalam konstruksi PCL-NM, yang menunjukkan bahwa sampel dilapisi dapat menyediakan sel-sel dengan lingkungan yang lebih baik untuk pertumbuhan jaringan. Disarankan bahwa peningkatan massa transfer bioreaktor dalam kombinasi dengan substrat sesuai adalah faktor yang menentukan hasil ini sangat positif untuk menghasilkan tulang [16].Ketika membuat jaringan tulang 3D menggunakan sistem kapal berputar, metode penyemaian sel ke perancah penting. Jones dan Cartmell [17] telah menyelidiki Apakah penyemaian perancah dengan osteoblas sebelum menempatkan ke dalam satu bioreactor berputar atau menempatkan perancah ke bioreaktor dengan suspensi sel untuk memungkinkan penyemaian optimal. Hasilnya menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan kondisi penyemaian statis, penyemaian optimal sel terjadi ketika perancah ditempatkan ke dalam kapal secara terpisah untuk sel-sel dalam suspensi.

4 Sistem PERFUSI perfusi bioreaktor telah digunakan untuk memberikan sel untuk membangun rekayasa 3D melalui aliran dikendalikan, yang membalikkan bolak dalam membangun [18]. Selain itu, perfusi langsung dari konstruksi 3D tissueengineered dikenal untuk meningkatkan osteogenesis, yang dapat diperkirakan dikaitkan dengan peningkatan gizi dan limbah transportasi. Selain itu, flowmediated tegangan dikenal upregulate osteogenic diferensiasi dan mineralisasi [9]. Kuantifikasi hidrodinamik lingkungan karena itu penting untuk menafsirkan dan membandingkan hasil percobaan bioreaktor in vitro. Pemodelan matematika telah dilakukan untuk menganalisis efek dari kekuatan mekanik perfusi pada 3D jaringan-rekayasa konstruksi [19]. Studi ini telah membantu dalam desain optimal perancah konfigurasi dan lingkungan mekanik untuk pertumbuhan.Kekuatan bukti efek geser cairan pada perilaku sel tulang berasal dari studi planar in vitro, yang meniru mengalir canicularhadir dalam jaringan osteocytic di tulang [6].Dengan kultur sel planar telah membuktikan bahwa aliran dinamis rejimen menimbulkan respon yang disempurnakan selular atas aliran rejimen. Hasil dari studi terbaru pengujian berbagai berbeda rezim aliran perfusi tulang-rekayasa sistem telah menunjukkan bahwa semua kondisi aliran dapat meningkatkan ekspresi osteopontin dan alkali fosfatase aktivitas. Selain itu, penanda ini preferentially ditingkatkan oleh aliran pulsatile atas aliran kontinu, menunjukkan bahwa sel-sel peka terhadap frekuensi aliran pulsatile [20].

Faktor-faktor lain yang mempengaruhi desain lingkungan budaya perfusi adalah frekuensi aliran dan laju aliran. Cartmell et al. [21] telah menggambarkan budaya osteoblast-unggulan 3D membangun (menggunakan tulang trabecular manusia sebagai sebuah perancah) dalam sistem perfusi. Setelah 7 hari budaya, itu menunjukkan bahwa berbagai laju aliran dari 0,01-2 mL/min memiliki efek dramatis pada viabilitas sel dan sel aktivitas.Menjaga laju aliran rendah tergolong kenaikan dalam kelangsungan hidup sel dan proliferasi. Namun, peningkatan laju aliran, meskipun beberapa sel nekrosis diamati, mengakibatkan peningkatan kadar ekspresi gen osteogenic (dinormalisasi ke nomor sel).5 KOMPRESI sistem lingkungan in vivo tulang dan tulang rawan adalah sedemikian rupa sehingga mereka menerima kombinasi dari berbagai jenis mekanis loading, termasuk ketegangan, kompresi, lentur, geser dan torsi. Untuk meniru ini lebih dekat, pendekatan baru untuk bioreaktor memungkinkan penerapan beberapa jenis rangsangan fisik untuk konstruksi.Baru-baru ini, bioreaktor telah dikembangkan yang menerapkan kekuatan mekanik melalui sistem piston kompresi, lentur substrat, hidrodinamik kompresi, dan cairan geser (untuk review, lihat referensi [8]). Perfusi bioreaktor kompresi, pertama kali dirancang pada tahun 1991 oleh El Haj et al., telah ditunjukkan untuk mempertahankan layak tulang explants ex vivo.Bioreaktor kemudian telah disesuaikan untuk memungkinkan pertumbuhan sel-unggulan konstruksi [22]. Pada tahun 2005, El Haj et al. [23] berbudaya poli-L-laktat asam (PLLA) perancah buang bijinya dengan sel-sel (osteosarkoma sel baris) MG63 dalam sistem ini diadaptasi. Setelah 3 minggu kebudayaan di bawah perfusi, buang bijinya sel konstruksi diajukan loading rezim 0,1 persen strain untuk 1 jam per hari pada frekuensi 1Hz untuk 7 hari, dengan media yang perfused melalui sistem pada tingkat 0, 1 mL/menit. Kombinasi kompresi dan perfusi mengakibatkan signifikan meningkatkan ekspresi osteogenic penanda yang dibandingkan dengan sampel statis dan perfusi-hanya.Karya terbaru oleh Bolgen et al. telah menunjukkan kegunaan ini bioreaktor untuk pengujian konstruksi tissueengineered dalam studi ini, kondisi dynamic (perfusi dan/atau kompresi) meningkatkan sel ingrowth dan sintesis matriks ekstraseluler (ECM). Hasil kegiatan alkali fosfatase mengkonfirmasi efek positif dari kondisi dynamic pada sel-sel tulang [24].Selain itu, bioreaktor ini juga telah digunakan untuk budaya rekayasa jaringan tulang rawan. Ini telah menunjukkan bahwa beban fisiologis in vivo kadang-kadang terlalu berlebihan untuk rekayasa konstruksi, dan rendahnya tingkat strain dapat memiliki efek growthpromoting yang lebih besar [2]. Sistem perfusi/tarik/kompresi telah diperdagangkan oleh perusahaan seperti BOSE Ltd dan menjadi semakin digunakan untuk penelitian rekayasa jaringan tulang.Sistem komersial ini menggabungkan bioreaktor dengan lingkungan mekanik Ruangan (AC) dan sistem pengukuran yang memungkinkan jaringan pematangan dan integritas mekanis akan dimonitor dengan waktu.Perbaikan desain teknis dan evaluasi dengan sistem ini bergerak ini bioreaktor lebih cepat terhadap peraturan penerimaan untuk digunakan dalam lingkungan klinis.Studi ini menunjukkan bagaimana kemampuan untuk memahami perilaku sel relatif terhadap ketegangan profil akan memungkinkan optimalisasi rezim mekanik Ruangan (AC) di rekayasa jaringan tulang. Para penulis telah merancang sistem model untuk menyelidiki efek dari profil ketegangan pada perilaku sel tulang dalam pori-pori. Model sederhana ini telah dirancang dengan tujuan untuk memberikan wawasan ke dalam jenis distribusi ketegangan terjadi di pori-pori tunggal dari sebuah perancah yang dikenakan perfusi kompresi ruangan "(Hotel AC di [25]). Studi ini menunjukkan korelasi langsung antara stres yang diterapkan dan mineralisasi matriks sekitar sel dalam pori-pori. 3D studi telah lebih lanjut untuk menyelidiki di membangun seluruh multiporous. Menggunakan sistem kompresi perfusi serupa seperti yang dijelaskan di atas, Baas et al. [26] telah menunjukkan, menggunakan FE pemodelan dan analisis uCT, korelasi antara bidang ketegangan tinggi dan matriks mineralisasi dalam membangun tulang-jaringan-rekayasa (Fig. 1).Rotasi kompresi bioreaktor juga telah digunakan dalam rekayasa jaringan tulang rawan. Pada tahun 2006, Grad et al. [27] diterapkan dinamis kompresi dan aliran fluida kondrosit-unggulan 3D scaffolds menggunakan bola hip keramik berosilasi untuk mewakili in vivo kondisi

Gambar 1 peragaan busana secara lengkap profil beban untuk pengendapan matriks. () FE pemodelan buang bijinya tulang-sel perancah yang telah dikenakan untuk siklus kompresi dalam satu bioreactor kompresi perfusi atas satu beban tekan siklus. Grafik menunjukkan tingkat stres seluruh perancah berpori. (b) uCT gambar dari sebuah perancah berpori PLLA tanpa sel. (c) uCT analisis tulang-sel-unggulan perancah berpori tumbuh di perfusi kompresi bioreaktor.

hadir dalam sendi pinggul. Meskipun semua sampel menjalani dinamis kompresi, sampel yang terkena aliran fluida dan kompresi menunjukkan peningkatan yang ditandai dalam tingkat ekspresi gen terkait dengan tulang rawan, menunjukkan keuntungan dari menggabungkan rangsangan untuk menciptakan lingkungan yang lebih mewakili yang ditemukan di vivo. Oleh karena itu, kombinasi kompresi dan rotasi dapat meningkatkan diferensiasi sel-sel batang mesenchymal.Namun, ada masalah yang terkait dengan jenis bioreaktor. Setiap mekanisme memproduksi Angkatan yang menyerang bioreaktor (seperti sistem piston kompresi) dapat menyebabkan infeksi.Bahan-bahan perancah harus mengirimkan kekuatan untuk sel-sel, dan, untuk menahan beban dalam satu bioreactor perfusi kompresi, perancah harus kuat. Hal ini sering menyebabkan degradasi panjang kali. Untuk menghasilkan matriks biologis yang baru, dukungan perancah yang sering cepat merendahkan, yang mengabaikan sifat mekanik mereka dan membuat mereka lemah. Perancah mekanis lemah ini oleh karena itu mungkin tidak mampu memancarkan kekuatan yang diperlukan dan mungkin tidak cocok untuk berbagai macam tersedia bioreaktor. Meskipun kekuatan-kekuatan yang diperlukan untuk mengaktifkan saluran ion MS melalui membran sel deformasi kecil (5100 pN) [28], persyaratan ini dapat menyajikan masalah teknis untuk desain bioreaktor dan perancah.Aspek yang paling penting dari desain bioreaktor adalah validasi dan pemantauan. Sistem yang berlaku strain mekanik untuk konstruksi melalui penerapan langsung kekuatan bergantung pada tiga aspek penting dari sistem loading: () kontak langsung antara piring loading dan sampel;(b) direproduksi gerakan piring loading;(c) bahkan distribusi beban sedang diterapkan untuk sampel.Jumlah kesalahan yang tergabung dalam setiap aspek ini perlu dipertimbangkan ketika menentukan jumlah regangan diterapkan untuk jaringan-rekayasa konstruksi. Gambar 2 menunjukkan pengukuran strain konstruksi tiga dalam satu bioreactor kompresi beberapa. Ini menjamin akurasi dan konsistensi di piring loading, tetapi bergantung pada dimensi seragam dan presisi moulding untuk perancah implan untuk tumbuh di bioreaktor.

Gambar 2 (sebuah) foto yang menampilkan bioreaktor dengan pengukur regangan melekat Teflon silinder dan ditempatkan di antara dasar bioreaktor dan piring loading. (b) diperbesar gambar (dari kotak putih) perancah hantu Teflon dengan terlampir pengukur regangan. (c) grafik yang menunjukkan persentase ketegangan yang diterapkan untuk silinder tiga dikenakan mechanical kompresi di bioreaktor multiple-sampel

6 Gaya magnet BIOREAKTOR meskipun sistem pendingin mekanik ini dapat mendukung pengembangan dasar tulang rawan dan tulang, mereka masih menghadapi beberapa masalah. Sebagai contoh, perfusi nutrisi sel menjadi terganggu, sterilitas jangka panjang adalah sering masalah, dan, dalam kasus sistem kompresi, gel harus menyusup matriks untuk mengirimkan pasukan diterapkan melalui matriks perancah ke sel dalam pori-pori. Dalam kebanyakan bioreaktor Desain, pasukan diterapkan ke perancah daripada langsung ke membran sel atau Sitoskeleton mana mereka diperlukan.Selain itu, tidaklah mungkin untuk menerapkan spasial berbagai tekanan dalam tiga dimensi dalam rangka untuk bentuk kompleks jaringan struktur seperti bersama lengkap dengan sebuah antarmuka tulang rawan tulang. Ada juga masalah serius dengan skala-up ketika beberapa sistem kompresi diterapkan untuk sampel, misalnya dalam kasus tinggi-throughput skrining aplikasi dalam jumlah besar.Perkembangan baru dalam bioreaktor Desain didasarkan pada prinsip-prinsip teoritis dan desain prototipe sistem Penyejuk mekanik novel-magnetik memaksa bioreaktor (MFB), yang dirancang untuk menerapkan stres langsung ke membran sel menggunakan kekuatan bertindak pada partikel nano magnetik (Fig. 3) [29]. Dalam sistem ini, partikel-partikel magnetik biokompatibel melekat ke membran sel (misalnya melalui RGD, kolagen atau integrin reseptor) atau langsung ke protein membran saluran ion. Sel mungkin dalam dua dimensi (2D) budaya atau buang bijinya ke berpori, bioresorbable scaffolds dan diperkenalkan ke dalam bioreaktor.Angkatan Terapan mensimulasikan mekanik pemuatan membran sel tanpa memerlukan akses langsung ke sel dalam bioreaktor dan tanpa memerlukan stres untuk ditransmisikan dari perancah ke sel. Beban dapat bervariasi dengan mudah dengan mengubah Medan magnet dan gradien atau sifat-sifat magnetik partikel nano. Sel-sel yang membawa partikel dengan sifat magnetik yang berbeda dapat buang bijinya ke berbagai daerah dalam perancah 3D, menghasilkan variasi spasial dalam angkatan menggunakan Medan magnet geometri yang sama.Penerapan siklus magnet eksternal (di frekuensi fisiologis seperti 13Hz) berlaku baik gaya translasi (karena daya tarik magnetik partikel nano sepanjang Medan magnet

Fig. 3 foto dari bioreaktor gaya magnet (MFB), yang berlaku magnet siklus monolayer budaya sel-sel yang tumbuh di standar kultur jaringan labu. Partikel-partikel magnetik yang melekat pada sel, dan siklus stres kemudian dapat diterapkan pada membran sel atau spesifik reseptor ditargetkangradien) atau kombinasi dari translational kekuatan dan torsi (untuk lebih besar, magnetis diblokir partikel nano dan mikropartikles) yang dikirim langsung ke membran sel atau Sitoskeleton dan dapat bervariasi dalam tiga dimensi dalam sebuah perancah. Hughes et al. [30] telah menunjukkan mikropartikles bagaimana magnetik yang melekat pada saluran ion melalui Histagged klon dapat diaktifkan dari jarak jauh dengan timevarying magnet.Hasil awal dari statis budaya 3D dan 2D yang menggunakan sistem ini menunjukkan signifikan upregulation tulang matriks protein [29, 31]. Setelah 1 minggu di budaya, osteocalcin, osteopontin dan alkali fosfatase menunjukkan upregulation bila dibandingkan dengan kontrol.Pekerjaan sekarang maju menuju bangunan kompleksitas dalam model biologis dengan cocultures andmultiple jaringan. Systemis juga alignable untuk bioreaktor perfusi memungkinkan transfer massa untuk diatasi. Sistem MFB harus memberikan beberapa keunggulan dibandingkan dengan currentmechanical sistem rangsangan, seperti:1. Tinggi-presisi kontrol parameter stres fisik yang dimungkinkan melalui variasi gaya magnet.2. 2. Seperti stres diterapkan langsung ke membran sel, bahan-bahan kuat perancah tidak lagi diperlukan.3. 3. Partikel jarak jauh digabungkan ke magnet array, dengan tidak ada komponen yang terhubung ke bioreaktor, yang mengarah ke penurunan infeksi.4. 4. Sistem scalable dan menyajikan potensi untuk menerapkan profil beban spasial berbagai melalui penyemaian dengan partikel sifat magnetik yang berbeda.5. Selain untuk kultur sel dan perancah 3D berbasis budaya kerja, MFB telah digunakan untuk menyelidiki aktivasi magnetik kalsium jalur sel-sel induk sumsum tulang manusia. Pengamatan Ca2 + fluoresensi aktivitas dalam sel-sel ini menunjukkan tingkat signifikan baseline kalsium aktivitas dalam 30 50 persen sel, dengan banyak dari ini menunjukkan tray tingkat kalsium intraseluler. Penerapan magnet statis 600G tidak sangat mempengaruhi perilaku sel-sel yang sudah menjalani Ca2 + osilasi; Namun, sel-sel dengan tingkat Ca2 + mantap awal menunjukkan transien jelas karakteristik dalam menanggapi rangsangan magnetik, menunjukkan aktivasi mechanosensitive kalsium jalur [30].7 BIOREAKTOR COCULTURE sebagaimana disebutkan di atas, sel-sel osteoblast dan osteoclast telah tumbuh bersama-sama di bioreaktor pemanas Synthecon [5]. Rasio 1: 100 osteoblast: osteoklas cocultured selama 10 hari di pembuluh Synthecon 50 mL sekali pakai. Sel-sel yang berbudaya dengan film dentin, chitosan, PLLA, atau fibroin sutra. Perbandingan dengan budaya statis dibuat, dan ternyata bahwa bioreaktor budaya tidak membaik sel kepatuhan atau proliferasi. Para penulis yang sama juga dilakukan pemanas bioreaktor budaya menggunakan jenis dua sel pada perancah 3D daripada film, dan melihat hasil yang sama [12]. Konsentrasi yang lebih rendah dari DNA yang diamati dalam kelompok bioreaktor, dibandingkan dengan budaya statis, yang menunjukkan bahwa sel-sel telah ditaati perancah dalam kondisi budaya kedua, tetapi sel dalam budaya bioreaktor Apakah tidak berkembang biak pada tingkat yang sama sebagai sel dalam budaya statis. Ini juga telah dilaporkan oleh Botchwey et al. [14], yang melaporkan penurunan yang signifikan dalam jumlah sel pada hari ke-7 di perancah yang dalam budaya berputar, dibandingkan dengan bebas berputar statis budaya. Telah dilaporkan, sebagaimana diuraikan di atas, sel-sel yang perbenihan di bioreaktor pemanas mungkin lebih berhasil jika sel-sel tersuspensi dalam media dan kemudian bermigrasi ke perancah, bukan oleh penyemaian sel ke perancah dan kemudian mentransfer ke kapal [17].osteoblas telah preseeded (di bagian ruang tulang dimensi silinder 10mm height6 15mm diameter). Penyelidikan lebih lanjut mengendalikan pencampuran tulang rawan dan tulang budaya media sedang berjalan oleh kelompok penelitian ini dengan tujuan menciptakan suatu wilayah hipertrofik di segmen tulang rawan yang lebih rendah dan sehingga menghasilkan peningkatan penahan tulang rawan jaringan-engineered bagian direkayasa jaringan tulang. Kelompok-kelompok penelitian lain juga dianalisis perfusi bioreaktor dengan cara yang sama untuk menghasilkan osteochondral colokan [33, 34].8 Pemantauan aspek penting lain dari validasi desain bioreaktor adalah kemampuan untuk melakukan pemantauan lingkungan budaya online. Khusus penginderaan dan alat pengukuran yang sedang dikembangkan untuk membantu dalam budaya terkendali dari sel-sel di bioreaktor. Proses sel dan kultur jaringan dinamis, dan karenanya kontrol optimal membutuhkan pemantauan variabel kunci proses. Ketika sel-sel yang diberikan kondisi yang sesuai untuk kelangsungan hidup dan pertumbuhan, jumlah sel akan meningkat dengan cara yang dapat diprediksi, dengan konsumsi simultan O2 dan glukosa dan produksi CO2, bersama dengan pergeseran budaya media pH. Penelitian telah menunjukkan bahwa faktor-faktor ini dapat mempengaruhi perkembangan dan diferensiasi sel-sel dalam budaya [35], dan oleh karena itu pemantauan variabel ini akan bermanfaat dalam mengoptimalkan sistem bioreaktor.Dalam hal bioreaktor proses pemantauan, ada dua kemungkinan strategi yang tersedia menggunakan biosensors.Salah satu strategi melibatkan penggunaan sensor yang ditempatkan di dalam bioreaktor. Metode ini invasif, yang mana biosensor dapat ditemukan baik dalam budaya cairan atau dalam kontak langsung dengan sel atau jaringan perancah membangun, dapat menguntungkan dalam situasi di mana sampel ekstraksi dan transportasi bisa menyebabkan kesulitan.Namun, biosensor harus mampu bertahan sterilisasi, dan kalibrasi perangkat selama menggunakan sulit. Microelectrodes dapat digunakan dalam satu bioreactor; microelectrodes pada dasarnya digunakan untuk mengukur konsentrasi O2 ketika terjadi perubahan potensi oksidasi. Namun, ada beberapa kelemahan dengan strategi ini. Elektroda harus diperkenalkan ke sampel dan di lokasi yang berbeda, kalibrasi panjang dan sulit, dan masalah dapat timbul dengan sterilisasi [36]. Invasif sensor serat optik juga telah digunakan untuk pengukuran PO2 dan pH.Non invasif penginderaan dapat dilakukan menggunakan metode optik seperti Spektrofotometri atau fluorimetry. Pendekatan ini jelas menghindari kesulitan yang perlu untuk mensterilkan sensor, tapi ada lebih banyak tantangan dalam mencapai kekhususan tinggi dan sensitivitas tinggi untuk target molekul seperti glukosa. Reporter patch tetap ke bagian dalam jendela optik di dinding bioreaktor sedang diselidiki. Patch tersebut mengandung ion-sensitif pewarna atau O2-quenchable fluorophores [37]. Penggunaan biosensors di luar bioreaktor menawarkan banyak keuntungan. Masalah sensor sterilisasi sepenuhnya dihindari, dan setiap preparasi sample diperlukan, seperti pengenceran untuk dalam jangkauan linear sensor, penyesuaian pH dengan penambahan buffer yang sesuai, dan pengukuran suhu, dapat dicapai dengan mudah.

9 MONOLAYER budaya bisa dicatat bahwa ada perangkat lain, seperti bioreaktor paralel-piring, model membungkuk empat poin, dan flexcell jaringan kereta sistem, yang telah digunakan untuk menguji kultur sel tulang di monolayers dalam format standar kultur jaringan plastik. Namun, instrumen ini tidak dibahas di sini karena mereka untuk ilmu dasar tujuan pengujian, bukan untuk memproduksi jaringan fungsional yang mungkin dapat digunakan untuk penggunaan klinis.10 Kesimpulan bioreaktor mengaktifkan budaya sel dalam lingkungan 3D dan dapat digunakan untuk menerapkan diulang dan akurat rezim kekuatan mekanik untuk konstruksi cellseeded. Bioreaktor sehingga dapat digunakan untuk menyelidiki efek stimulasi mekanik pada sel-sel dalam lingkungan 3D, yang sebelumnya telah ditunjukkan untuk meningkatkan diferensiasi sel-sel batang mesenchymal sepanjang banyak keturunan dan kemampuan untuk sel-sel tulang untuk menghasilkan matriks peningkatan produksi secara mekanis diarahkan.Tujuan akan menghasilkan lebih fungsional konstruksi yang telah dikondisikan untuk beban mereka akan menghadapi di vivo.Tantangan berikutnya adalah untuk skala ini bioreaktor ke produksi tinggi jumlah konstruksi di lingkungan secara klinis relevan. Komersialisasi rekayasa jaringan tulang akan bergantung pada GMP proses untuk skala besar produksi jaringan tulang, yang dapat bersaing dengan sumber yang ada allograft tulang bank manufaktur.