Mathematical models for tendon tissue engineering in a humanoid robotic bioreactor
人形机器人生物反应器中肌腱组织工程的数学模型
基本信息
- 批准号:2107901
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- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2018
- 资助国家:英国
- 起止时间:2018 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Bioreactor chambers provide a suitable environment to grow cells outside the body, producing tissue which can then be used in surgery. Common failures in surgical tendon repair and limited understanding of the human tendon healing process motivates the production of grafts which better resemble healthy tendon tissue. The novel humanoid bioreactor system, under development at NDORMS by Pierre Mouthuy and others, grows tendon tissue in a flexible chamber. This chamber is attached to a robot which mimics the movement of the human shoulder. In the chamber, cells grow on a biodegradable, porous and deformable scaffold, mirroring the structure of the matrix which normally supports the cells in the body. Using physiologically relevant geometries and mechanical forces in tissue engineering has the potential to produce grafts which are more suited to use in the clinic. In this project, continuum mathematical models of cell seeding in the scaffold, subsequent tissue growth in the bioreactor and the nature of the resulting fluid load delivered to cells will be developed. The models will explore aspects of fluid flow in the scaffold, with the aim of understanding how its geometrical properties affects fluid permeation. Elasticity will be incorporated into models which capture the deformation of the scaffold in response to fluid flow and external forcing. Multi-phase models accounting for cell motion through the fluid and scaffold will be developed to understand the distribution of cells, a key factor in producing good-quality tissue. The development of mathematical models can help to save time and resources by identifying promising experiments through understanding the role of different physical mechanisms. In addition, the mathematical models generated may be of use in other tissue engineering applications or provide insight into healing mechanisms which would further understanding of fundamental tendon biology.BBSRC priority areas addressed by this project include: healthy ageing across the lifecourse; the replacement, renement and reduction (3Rs) in research using animals and systems approaches to the biosciences.Cross Council Priority Areas: lifelong health and wellbeing.
生物反应器室提供了合适的环境来在体外培养细胞,产生可用于手术的组织。外科肌腱修复的常见失败和对人类肌腱愈合过程的有限了解促使生产更类似于健康肌腱组织的移植物。 Pierre Mouthuy 等人正在 NDORMS 开发新型人形生物反应器系统,可在柔性室中生长肌腱组织。该室连接到一个模仿人类肩膀运动的机器人。在室内,细胞在可生物降解、多孔且可变形的支架上生长,反映了通常支撑体内细胞的基质的结构。在组织工程中使用生理相关的几何形状和机械力有可能生产出更适合临床使用的移植物。在该项目中,将开发支架中细胞接种、生物反应器中随后的组织生长以及所产生的传递至细胞的流体负载的性质的连续数学模型。该模型将探索支架中流体流动的各个方面,目的是了解其几何特性如何影响流体渗透。弹性将被纳入模型中,捕捉支架响应流体流动和外力的变形。将开发考虑细胞通过流体和支架运动的多相模型,以了解细胞的分布,这是产生优质组织的关键因素。数学模型的开发可以通过了解不同物理机制的作用来识别有前景的实验,从而有助于节省时间和资源。此外,生成的数学模型可用于其他组织工程应用,或提供对愈合机制的深入了解,从而进一步了解基本肌腱生物学。该项目解决的 BBSRC 优先领域包括:整个生命过程中的健康老龄化;使用动物和系统方法进行生物科学研究的替代、更新和减少(3R)。跨理事会优先领域:终身健康和福祉。
项目成果
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