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