Titelaufnahme

Titel
Charakterisierung und Anwendung eines Perfusion-Bioreaktors in der Primärzellkultur
Weitere Titel
Characterization and Application of a Perfusion Bioreactor in the Primary Cell Culture
VerfasserWillam, Anita
Erschienen2012
Datum der AbgabeJuli 2012
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Knochen Tissue Engineering / Perfusion-Bioreaktor / Scherstress / humane adMSC / Reaktorcharakterisierung
Schlagwörter (EN)Bone Tissue Engineering / perfusion bioreactor / shear stress / human adMSC / reactor characterisation
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Charakterisierung und Anwendung eines Perfusion-Bioreaktors in der Primärzellkultur

Das Knochen Tissue Engineering versucht durch die in vitro Generierung von kochenähnlichen Zell-Matrix-Konstrukten eine gut verträgliche und einfach anwendbare Alternative zu den bisherigen Behandlungsmethoden von geschädigtem Knochengewebe zu bieten. Um die Eigenschaften und die Struktur des in vitro erzeugten Knochengewebes zu verbessern und eine gleichmäßige Nährstoffverteilung innerhalb des Konstrukts zu gewährleisten, können poröse 3D Zellträger in Perfusion-Bioreaktoren eingesetzt werden. Der kontinuierliche Mediumstrom löst Scherstress bei den Zellen aus, der die Bildung von extrazellulärer Matrix und die Mineralisierung anregt.

In dieser Arbeit wurde der neu entwickelte Inkubatortisch IT-3a von Frauenhofer IGB mit einer speziell angefertigten zylindrischen Reaktorkammer aus Edelstahl kombiniert. Der Reaktor wurde für die bessere Vergleichbarkeit mit anderen Reaktorsystemen und ein mögliches Nachbauen mit anderen Maßen charakterisiert, indem das Verweilzeitverhalten bestimmt und die Kennzahlen Bodensteinzahl und Kesselzahl berechnet wurden. Aus diesen ist ersichtlich, dass der getestete Reaktor einem Rührkessel mit guter Durchmischung gleicht, wobei die Anzahl an Matrizes in der Reaktorkammer keinen, aber die Flussgeschwindigkeit einen geringen Einfluss auf das Strömungsverhalten hat.

Während einer dynamischen Kultivierung bei verschiedenen Flussgeschwindigkeiten wurden die Zellviabilität und die Verteilung der Zellen auf dem Material zu unterschiedlichen Zeitpunkten überprüft. Wider Erwarten hatten die Zellen bei der höheren Flussrate eine höhere Viabilität als bei der niedrigeren, was wahrscheinlich an der stärkeren Stimulation durch den Scherstress liegt. Die Zellverteilung war bei allen Parametern gleichmäßig und nur bei der statischen Referenz waren Anzeichen für einen anfänglichen Verschluss der Poren der Matrix zu erkennen. Dies beweist, dass die Perfusion der Materialien einen Verschluss der Poren verhindert und eine gleichmäßige Nährstoffverteilung im Konstrukt gewährleistet.

Zusammenfassung (Englisch)

Characterisation and application of a perfusion bioreactor in primary cell culture

The aim of Bone Tissue Engineering is to create in vitro a functional bone construct, which can be used to replace large bone defects. To increase the quality of the engineered tissue the cells can be stimulated in a perfusion bioreactor.

In this work a new and unique incubator system by Frauenhofer IGB is described and the customer-made 3D flow chamber has been characterised. The chamber has been found to be similar to a continuous stirred-tank reactor (CSTR) and it makes no difference how many matrices are inside the chamber, but the characteristics slightly change with the flow rate.

A dynamic cultivation within the characterised system showed that a higher flow rate comes along with high cell viability, which may be an affect of the more intensive shear stress. The distribution of the cells is even all over the surface of the porous matrix at all measured flow rates. An indication for cells beginning to occlude the pores can only be found in the static cultivation, which is an evidence for perfusion prevents plugging of the pores and ensures a consistent supply of nutrients to all cells.