3D灌流式生物反应器

在进行大规模细胞/组织培养时，能否为细胞生长提供足够的氧气是细胞/组织培养成功的关键因素，但也是常常被忽略或难以满足的因素之一。

哺乳类动物的细胞生长需要氧气。大多数的实验室在进行细胞培养时都依靠氧气在细胞培养液表面的溶解和扩散向细胞提供氧气。 因此氧气必须扩散并穿过细胞培养液的厚度才能够达到细胞培养板底部的细胞培养层。培养液的深度可从几个毫米到超过1厘米。这段距离已经超出了氧气在体内的扩散距离。 事实上，在一般的哺乳类动物体内，组织细胞距毛细血管的最大距离很少有超过200um，大多数情况下都小于100um，氧气从毛细血管到组织的扩散距离一般都在10—30 微米。

William McLimans 博士在1968年的一个研究表明，在细胞培养皿底部培养的细胞对氧气的消耗率很容易就会超过氧气在细胞培养液中的扩散速率，因此McLimans 博士建议在进行细胞培养时，细胞培养的密度和细胞培养液的液面不能太高。但这就带来了一些问题，例如，细胞培养时，为了扩增更多的细胞，就必须频繁进行换液、胰酶消化和传代。这些措施大大增加了人工、培养液和耗材的成本。

近年来，干细胞和组织工程的研究突飞猛进，已经使得体外组织和器官培养成为可能。在进行体外组织和器官培养时，氧气的扩散问题就显得更为突出了。

生物反应器就是为了克服氧气扩散距离限制而出现的。采用生物反应器可向组织和器官中的细胞更好地提供氧气和进行养分/代谢产物交换，从而使得细胞，特别是培养的组织和器官内部的细胞，更好的生长。大多数的生物反应器都采用了对细胞培养液进行扰动的方式，如搅拌和晃动，来促进氧气和养分向细胞的扩散。这在一定程度上解决了氧气扩散距离的限制，但是这又产生了一个氧气在培养液中溶解速度跟不上的问题，结果仍然会导致细胞供氧不足而影响细胞生长。这个问题在大规模细胞培养、组织和器官培养时更为突出。

南京瑞康健的工程师们自2008年起就在国内外进行3D细胞培养技术和3D灌流生物反应器的研发。他们研发的3D细胞培养支架和第一代3D灌流生物反应器已通过Sigma Aldrich在全球销售。其中3D灌流生物反应器已在全球销售超过200台。在此基础上，瑞康健公司经过潜心研发，又推出了创新的新一代一体化3D灌流式生物反应器。

这一创新的一体化3D灌流式生物反应器具有如下特点：

采用了瑞康健的“气体加速溶解（Enhanced Gas Dissolving，EGD)”专利技术, 使得培养箱中的O₂与CO₂能够更快地溶解在细胞培养液中。下图显示，采用pH为10.39的溶液进行模拟培养循环，在带有EGD装置的培养系统中，溶液的pH值下降更快，证明EGD能够大大加快CO₂的溶解。

采用了3D细胞培养支架进行3D细胞培养，培养的细胞数量多，还能大大减少换液和胰酶消化的次数。3D细胞培养技术能够更好地模拟生物体内细胞生长的环境，能够保持细胞间的3D相互作用和保持更逼真的生化和生理反应。在3D环境中，细胞对内源性和外源性刺激（如温度、pH、营养吸收、转运和分化等方面的改变）的应答更接近于它们在体内的反应。因此培养出的细胞质量更好。

              采用了一体化的设计，使得蠕动泵和细胞培养箱整合在一起。 采用触摸式液晶屏幕来                控制培养箱温度、CO₂浓度和培养液流动速度。整个系统易于操作和维护。

使用灵活，所带的动态细胞培养箱Dycubator可与研究者自建的生物反应器配合使用，以满足不同研究者的需求。 研究者无需再额外配置蠕动泵。

瑞康健的3D灌流式生物反应器是目前国内外创新形式的一款采用3D打印细胞培养支架进行动态细胞培养的一体化生物反应器。其操作简单，节省人工，培养的细胞质量好。其独有的EGD专利技术解决了大规模快速扩增细胞和组织/器官培养时遇到的O₂扩散关键问题。是广大干细胞与组织工程研究者进行科学研究与成果转化的必不可少的先进设备。