A mechano-perfusion bioreactor for tissue engineering

Abstract

Tissue Engineering plays a vital role in tissue construct to repair, maintain

or replace tissues. Those tissues can be cultivated in vivo or in vitro using

devices such as bioreactors. There are several approaches to create the

necessary tissues, but one of the most popular and successful is by using

scaffold constructs to provide the required stability and support. After the

cells being implanted on the scaffolds, they are then inserted in the

bioreactors.

Those bioreactors seek to mimic the conditions provided to cells by the human

body. This issue by itself presents several challenges where it is required,

to bioreactors, besides the optimum environment in terms of temperature,

nutrients, the creation of the necessary stimulus to cells to differentiate

and proliferate.

In this work, is presented a novel concept of bioreactor for Tissue

Engineering that can provide multiples stimulus when cultivating the tissue.

To achieve an optimised design was performed several numerical simulations to

access the best design parameters. For this, it was taken into account

several variables such as fluid velocity, the proximity of the inlet/outlet

to the scaffold, directions of the fluid and the impact of the liquid on the

scaffold and subsequently the cells by analysing the wall shear stress

provoked by the fluid flow

L’enginyeria de teixits té un paper fonamental en la construcció de teixits

per reparar, mantenir o substituir teixits. Aquests teixits es poden cultivar

in vivo o in vitro mitjançant dispositius biomèdics com ara bioreactors. Hi

ha diversos enfocaments per crear els teixits necessaris, però un dels més

populars i amb èxit, és utilitzar construccions d’estructures semblants a les

bastides, anomenats scaffolds, per proporcionar l'estabilitat i el suport

necessaris a les cèl·lules. Després de la implantació de les cèl·lules a les

bastides, es col·loquen a l’interior dels bioreactors.

Aquests bioreactors pretenen imitar les condicions que proporciona el cos

humà a les cèl·lules. Aquesta qüestió per si mateixa presenta diversos reptes

en què es requereix, als bioreactors, a més de l’ambient òptim en termes de

temperatura i nutrients, la creació de l’estímul necessari perquè les

cèl·lules es diferenciïn i proliferin.

En aquest treball, es presenta un concepte nou de bioreactor per a

l’enginyeria de teixits que pot proporcionar estímuls múltiples al cultiu del

teixit. Per aconseguir un disseny optimitzat s’han realitzat diverses

simulacions numèriques per accedir als millors paràmetres de disseny. Per a

això, es va tenir en compte diverses variables com la velocitat del fluid, la

proximitat de l’entrada / sortida a la scaffold, les direccions del fluid i

l’impacte del fluid sobre la scaffold i, posteriorment, sobre les cèl·lules

mitjançant l’anàlisi de la tensió de cisalla provocada pel flux de fluids