模擬微重力生物反應(yīng)器制備組織工程骨的實(shí)驗(yàn)研究的開題報(bào)告

模擬微重力生物反應(yīng)器制備組織工程骨的實(shí)驗(yàn)研究的開題報(bào)告一、研究背景和意義：隨著生物工程技術(shù)的不斷發(fā)展，組織工程技術(shù)已成為修復(fù)和替代人體缺陷組織的有效方法。通過將生物材料與細(xì)胞的植入和培養(yǎng)，可以制備出類似天然組織的三維結(jié)構(gòu)。組織工程技術(shù)研究的目標(biāo)是開發(fā)出可以與宿主組織相集成的材料，實(shí)現(xiàn)生理和功能上的替代。骨組織工程是其中的一個(gè)重要研究方向。傳統(tǒng)的骨組織工程利用生物陶瓷和支架材料來制備骨組織，但存在一些問題，如影響成骨效果、慢速生長(zhǎng)、難以血管化等。為解決這些問題，近年來微重力技術(shù)被廣泛應(yīng)用于骨組織工程中，通過利用微重力環(huán)境下細(xì)胞的形態(tài)學(xué)、遺傳、代謝等方面的改變，提高細(xì)胞活性和生物合成功能，促進(jìn)組織工程骨的生長(zhǎng)和成熟。一個(gè)理想的微重力生物反應(yīng)器應(yīng)該具備的特點(diǎn)包括：提供適宜的物理環(huán)境，控制環(huán)境中的微量營(yíng)養(yǎng)物和氣體濃度，能夠進(jìn)行生物反應(yīng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一些研究使用STS（SpaceTransportationSystem）設(shè)備等，但此類方法存在操作難度和成本高的缺點(diǎn)。這時(shí)，使用搖床式微重力反應(yīng)器具有操作簡(jiǎn)便、易于控制變量、低成本等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微重力反應(yīng)器構(gòu)建中。二、研究?jī)?nèi)容和方法：本研究旨在探究利用模擬微重力生物反應(yīng)器制備組織工程骨的可行性和優(yōu)越性，具體包括以下內(nèi)容：1.制備模擬微重力生物反應(yīng)器，包括：（1）搖床式微重力反應(yīng)器設(shè)計(jì)和制作；（2）微重力環(huán)境下的氣體供應(yīng)與消耗控制。2.制備生物材料，包括：（1）骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的提取、分離、純化；（2）三維支架的制備和修飾。3.制備組織工程骨，包括：（1）在模擬微重力生物反應(yīng)器中進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)；（2）利用拉曼光譜、熒光顯微鏡等手段進(jìn)行組織工程骨的性能測(cè)試；（3）體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證組織工程骨的種植效果和生物學(xué)特性。三、預(yù)期成果：通過本研究，預(yù)期達(dá)到以下成果：1.成功制備搖床式微重力反應(yīng)器，為以后研究提供備選方案；2.確定骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和三維支架的制備和修飾方法；3.研究出在搖床式微重力反應(yīng)器下制備組織工程骨的方法，明確組織工程骨的形態(tài)學(xué)和組織學(xué)特性；4.比較微重力反應(yīng)器制備的組織工程骨與傳統(tǒng)方法制備的組織工程骨的差異，證明微重力反應(yīng)器具有更高的生物學(xué)特性和作用；5.在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，觀察微重力反應(yīng)器制備的組織工程骨的種植效果和生物學(xué)特性，證明微重力反應(yīng)器制備的組織工程骨可作為定量分析和比較不同骨生長(zhǎng)方式的有力手段。四、研究進(jìn)度和時(shí)間安排：本研究計(jì)劃時(shí)間為2年。第一年計(jì)劃完成搖床式微重力反應(yīng)器的制備和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和三維支架的制備和修飾。第二年計(jì)劃完成搖床式微重力反應(yīng)器下制備組織工程骨的方法的確定，并進(jìn)行性能測(cè)試和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)等工作。五、參考文獻(xiàn)：1.Way,D.L.,Editor.(2005).Microgravityresearchinsupportoftechnologiesforthehumanexplorationanddevelopmentofspaceandotherplanetarybodies.NovaSciencePublishers,Inc.2.Gholipourmalekabadi,M.,Seifalian,A.M.,&Gholipourmalekabadi,M.(2019).Physiologicalchallengesandfutureperspectivesofbonetissueengineeringonthedevelopmentofmicrogravitybioreactors.MicrogravityScienceandTechnology,31(1),11-24.3.Chen,Y.,Rui,Y.,Fisher,J.T.,&Kirwan,D.J.(2016).Microgravitybioreacto