在進(jìn)行大規(guī)模細(xì)胞/組織培養(yǎng)時，能否為細(xì)胞生長提供足夠的氧氣是細(xì)胞/組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵因素，但也是常常被忽略或難以滿足的因素之一。

哺乳類動物的細(xì)胞生長需要氧氣。大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時都依靠氧氣在細(xì)胞培養(yǎng)液表面的溶解和擴(kuò)散向細(xì)胞提供氧氣。 因此氧氣必須擴(kuò)散并穿過細(xì)胞培養(yǎng)液的厚度才能夠達(dá)到細(xì)胞培養(yǎng)板底部的細(xì)胞培養(yǎng)層。培養(yǎng)液的深度可從幾個毫米到超過1厘米。這段距離已經(jīng)超出了氧氣在體內(nèi)的擴(kuò)散距離。 事實(shí)上，在一般的哺乳類動物體內(nèi)，組織細(xì)胞距毛細(xì)血管的最大距離很少有超過200um，大多數(shù)情況下都小于100um，氧氣從毛細(xì)血管到組織的擴(kuò)散距離一般都在10—30 微米。

William McLimans 博士在1968年的一個研究表明，在細(xì)胞培養(yǎng)皿底部培養(yǎng)的細(xì)胞對氧氣的消耗率很容易就會超過氧氣在細(xì)胞培養(yǎng)液中的擴(kuò)散速率，因此McLimans 博士建議在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，細(xì)胞培養(yǎng)的密度和細(xì)胞培養(yǎng)液的液面不能太高。但這就帶來了一些問題，例如，細(xì)胞培養(yǎng)時，為了擴(kuò)增更多的細(xì)胞，就必須頻繁進(jìn)行換液、胰酶消化和傳代。這些措施大大增加了人工、培養(yǎng)液和耗材的成本。

近年來，干細(xì)胞和組織工程的研究突飛猛進(jìn)，已經(jīng)使得體外組織和器官培養(yǎng)成為可能。在進(jìn)行體外組織和器官培養(yǎng)時，氧氣的擴(kuò)散問題就顯得更為突出了。

生物反應(yīng)器就是為了克服氧氣擴(kuò)散距離限制而出現(xiàn)的。采用生物反應(yīng)器可向組織和器官中的細(xì)胞更好地提供氧氣和進(jìn)行養(yǎng)分/代謝產(chǎn)物交換，從而使得細(xì)胞，特別是培養(yǎng)的組織和器官內(nèi)部的細(xì)胞，更好的生長。大多數(shù)的生物反應(yīng)器都采用了對細(xì)胞培養(yǎng)液進(jìn)行擾動的方式，如攪拌和晃動，來促進(jìn)氧氣和養(yǎng)分向細(xì)胞的擴(kuò)散。這在一定程度上解決了氧氣擴(kuò)散距離的限制，但是這又產(chǎn)生了一個氧氣在培養(yǎng)液中溶解速度跟不上的問題，結(jié)果仍然會導(dǎo)致細(xì)胞供氧不足而影響細(xì)胞生長。這個問題在大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)、組織和器官培養(yǎng)時更為突出。

南京瑞康健的工程師們自2008年起就在國內(nèi)外進(jìn)行3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和3D灌流生物反應(yīng)器的研發(fā)。他們研發(fā)的3D細(xì)胞培養(yǎng)支架和第一代3D灌流生物反應(yīng)器已通過Sigma Aldrich在全球銷售。其中3D灌流生物反應(yīng)器已在全球銷售超過200臺。在此基礎(chǔ)上，瑞康健公司經(jīng)過潛心研發(fā)，近期又推出了創(chuàng)新的新一代一體化3D灌流式生物反應(yīng)器。
 
這一創(chuàng)新的一體化3D灌流式生物反應(yīng)器具有如下特點(diǎn)：

• 采用了瑞康健的“氣體加速溶解（Enhanced Gas Dissolving，EGD)”專利技術(shù), 使得培養(yǎng)箱中的O₂與CO₂能夠更快地溶解在細(xì)胞培養(yǎng)液中。下圖顯示，采用pH為10.39的溶液進(jìn)行模擬培養(yǎng)循環(huán)，在帶有EGD裝置的培養(yǎng)系統(tǒng)中，溶液的pH值下降更快，證明EGD能夠大大加快CO₂的溶解。

 

• 采用了3D細(xì)胞培養(yǎng)支架進(jìn)行3D細(xì)胞培養(yǎng)，培養(yǎng)的細(xì)胞數(shù)量多，還能大大減少換液和胰酶消化的次數(shù)。3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)能夠更好地模擬生物體內(nèi)細(xì)胞生長的環(huán)境，能夠保持細(xì)胞間的3D相互作用和保持更逼真的生化和生理反應(yīng)。在3D環(huán)境中，細(xì)胞對內(nèi)源性和外源性刺激（如溫度、pH、營養(yǎng)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分化等方面的改變）的應(yīng)答更接近于它們在體內(nèi)的反應(yīng)。因此培養(yǎng)出的細(xì)胞質(zhì)量更好。

 

• 采用了一體化的設(shè)計，使得蠕動泵和細(xì)胞培養(yǎng)箱整合在一起。 采用觸摸式液晶屏幕來控制培養(yǎng)箱溫度、CO₂濃度和培養(yǎng)液流動速度。整個系統(tǒng)易于操作和維護(hù)。
• 使用靈活，所帶的動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)箱Dycubator^TM可與研究者自建的生物反應(yīng)器配合使用，以滿足不同研究者的需求。研究者無需再額外配置蠕動泵。

瑞康健的3D灌流式生物反應(yīng)器是目前國內(nèi)外創(chuàng)新的采用3D打印細(xì)胞培養(yǎng)支架進(jìn)行動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)的一體化生物反應(yīng)器。其操作簡單，節(jié)省人工，培養(yǎng)的細(xì)胞質(zhì)量好。其獨(dú)有的EGD專利技術(shù)解決了大規(guī)�？焖贁U(kuò)增細(xì)胞和組織/器官培養(yǎng)時遇到的O₂擴(kuò)散關(guān)鍵問題。是廣大干細(xì)胞與組織工程研究者進(jìn)行科學(xué)研究與成果轉(zhuǎn)化的必不可少的先進(jìn)設(shè)備。