В качестве важной экспериментальной технологии системы орошения внетканевых тканей играют незаменимую роль в биомедицинских исследованиях. Система способна имитировать внутреннюю среду in vitro, поддерживать физиологическую функцию тканевых органов и обеспечивает идеальную платформу для изучения тканевого метаболизма, механизмов действия лекарств и токсических эффектов. По мере того, как биомедицинские исследования углубляются, требования к системам орошения экзотических тканей также становятся все выше и выше, оптимизация проектирования и оценка производительности системы особенно важны.
Технология полива внематочных тканей возникла в начале 20 - го века и после более чем столетия развития превратилась из простого полива одного органа в сложную многоорганную совместную систему орошения. В настоящее время эта система широко используется в исследованиях различных органов, таких как печень, сердце и почки, предоставляя важные инструменты для разработки новых лекарств, изучения механизмов заболевания и оптимизации клинического лечения.
I. Принципы проектирования
Основная цель системы ирригации внетелесной ткани - максимально имитировать внутреннюю среду и поддерживать нормальную физиологическую функцию ткани. Система состоит в основном из устройства циркуляции жидкости для орошения, устройства оксигенации, системы контроля температуры, устройства мониторинга и так далее. Циркуляционные установки для орошения обычно включают резервуары для хранения жидкости, перистальтические насосы, трубопроводные системы и коллекторные устройства для обеспечения непрерывного и стабильного потока жидкости через ткань.
Выбор и приготовление жидкости является ключевым звеном в проектировании системы. Часто используемые жидкости для орошения включают буфер Krebs - Henseleit, жидкость Tyrode 's и т. Д., Состав которых должен быть скорректирован в соответствии с конкретным типом ткани. Идеальная жидкость для орошения должна содержать соответствующие электролиты, питательные вещества и кислород, pH поддерживается в пределах 7,35 - 7,45, а осмотическое давление составляет около 290 - 310 мOsm / L. Кроме того, необходимо добавить необходимые энергетические субстраты, такие как глюкоза и жирные кислоты.
Контроль температуры и pH имеет решающее значение для поддержания активности тканей. Системы, как правило, поддерживают постоянную температуру 37°C с помощью цикла водяной ванны или электрического нагрева, а уровень pH контролируется путем регулирования концентрации карбоната в жидкости для орошения или путем включения соответствующей доли смеси CO2 / O2. Усовершенствованные системы также оснащены устройствами мониторинга в реальном времени, которые непрерывно регистрируют температуру, pH、 Кислородное давление и другие параметры.
II. Показатели и методы оценки эффективности системы
Стабильность потока жидкости является основным показателем для оценки производительности системы. Идеальная система орошения должна обеспечивать стабильный, пульсирующий поток жидкости, диапазон колебаний скорости потока не превышает ±5% от заданного значения. Методы оценки включают прямое измерение объема жидкости на единицу времени или непрерывный мониторинг с помощью датчиков расхода.
Способность организации поддерживать активность является основным показателем производительности системы. Его можно оценить с помощью биохимических показателей, таких как содержание АТФ в тканях, высвобождение дегидрогеназы молочной кислоты и потребление кислорода. Морфологические обследования, такие как оптические и зеркальные наблюдения, также могут наглядно отражать целостность организационной структуры. Кроме того, специфические функциональные показатели тканей, такие как способность печени синтезировать мочевину, сужение сердца и т. Д. Более непосредственно отражают преимущества и недостатки работы системы.
Эффективность обмена метаболитами отражает способность системы моделировать окружающую среду в организме. Расчет может быть произведен путем измерения потребления питательных веществ и образования метаболитов на входе и выходе жидкости для орошения. Например, широко используемыми оценочными показателями являются потребление глюкозы, выработка молочной кислоты, выделение мочевины и т.д. Усовершенствованная система также может интегрировать такие аналитические технологии, как масс - спектрометрия или высокоэффективная жидкостная хроматография, для обеспечения мониторинга различных метаболитов в реальном времени.
III. СОСТОЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ
В настоящее время система широко используется во многих областях исследований. При разработке лекарственных средств эта система может использоваться для оценки метаболизма, токсичности и специфического распределения тканей лекарственных средств; В исследованиях заболевания можно моделировать реакцию тканей в патологических условиях; В трансплантационной медицине его можно использовать для оценки качества сохранения органов. Система орошения печени также используется для клинического лечения острой печеночной недостаточности в переходный период.
Будущие тенденции развития в основном отражены в трех аспектах: во - первых, миниатюризация и автоматизация для достижения более точного экологического контроля с помощью технологий микроуправления потоком и интеллектуальных систем управления; Во - вторых, полиорганная интеграция, создание модели взаимодействия между органами ближе к внутренней среде; В - третьих, в сочетании с технологией визуализации, технологией гистологии для достижения многомерного сбора и анализа данных. Эти разработки значительно расширят сферу применения и научную ценность систем орошения внетелесных тканей.