Name: تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-08-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: تعلم تصميم مفاعل حيوي للضغط الدوري لدراسة استجابة نسيج صمام القلب الأورطي للضغط الميكانيكي. يتيح هذا النظام فهم آليات الأحياء الميكانيكية وتطوير علاجات أمراض الصمامات.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

المؤلفون ممتنون لSchipke شاد وChesser دانيال لمساعدتهم في تصميم وتصنيع هذا النظام ومايلز Valtresa للمساعدة في إعداد مخطوطة.

1. حصاد الأنسجة والتحضير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وينبغي جمع صمامات الأبهر من الخنازير البالغين وزنها لا يزيد عن 120 £ على الفور بعد الموت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل الصمامات مرتين مع الفوسفات العقيمة مخزنة المالحة (PBS) والنقل إلى المختبر على الجليد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يجب أن يتم تنفيذ جميع الخطوات اللاحقة في ظل ظروف معقمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن المنشورات لا تظهر أي علامة على انحطاط ، وتمزيق أو التكلس. إزالة المناشير من جذر الأبهر عن طريق قطع 1 / 3 من المسافة من الحلقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> منشورات المركز في الآبار الفردية لوحة six جيدا واحتضان بين عشية وضحاها مع متوسطة 3ml Dulbecco في النسر التعديل تستكمل مع حل anti-biotic/anti-mycotic 1 ٪ و 10 ٪ في مصل بقري جنيني من 37 درجة مئوية و 5 ٪ CO 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كما يمكن أن تكون بديلا المصنف ، والخلايا المعزولة في لوحات ثقافة ستة جيدا وتستخدم في جهاز الضغط. لا يمكن أن يؤديها عزل الخلايا البطانية وخلايا صمام خلالي كما هو موضح سابقا 13 و 14. </li></ol> 2. الضغط الدراسات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وقد تم تصميم نظام الضغط مصنوعة خصيصا لدراسة آثار mechanobiological دوري للضغط على أنسجة الصمام الأبهر 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل الدخول إلى جهاز الكمبيوتر وفتح البرنامج LABVIEW (الشكل 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المعايرة : <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل التجريب ، ينبغي أن يكون نظام معايرة بشكل صحيح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل التيار الكهربائي إلى لوحة الدائرة. وهذا يوفر الطاقة إلى الملف اللولبي الصمامات التي تتحكم في تدفق الهواء إلى داخل وخارج القاعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من توصيل الهواء المضغوط للنظام وفتح العرض الجوي لسرعة الكامل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل مكبر إشارة. تأكد من قراءة الجهد هو 0.00. ضبط حسب الضرورة </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> واجهة LABVIEW وتبديل وضع علامة "TEST / محضر". تأكد من تعيين رمز التبديل إلى "اختبار". انقر على زر "آير التموين" لفتح صمام الملف اللولبي المدخل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام منظم ضغط الغاز ، مع الضغط على غرفة الهواء المضغوط في 1 PSI. يمكن قراءة الضغط في الغرفة باستخدام مقياس الضغط الرقمي الموجود على الجزء الخلفي نهاية لوحة للغرفة. بمجرد الضغط ومعايرتها وسجل القراءة الجهد من مكبر للصوت إشارة. كرر لPSI 2 و 3 و 4 و 5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء منحنى معايرة ضغط مقابل الجهد. وينبغي تحويلها إلى ضغوط من PSI مم زئبق. يمكن وضعها في المعادلة من الرسم إلى رمز للبرنامج LABVIEW </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة اللوحة الأمامية الألومنيوم من غرفة الضغط ورش الغرفة مع الايثانول 70 ٪. إجازة لمدة لا تقل عن 10 دقيقة للسماح للأبخرة الإيثانول المتبقية لتبدد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان لوحة سداسية كذلك تحتوي على عينات من النشرة الى غرفة واستبدال لوحة أمامية. ضمان الختم هو محكم من خلال تشديد المكسرات الموجودة على قضبان مترابطة four (الموجود في كل زاوية من لوحة النهاية) باليد. المكان غرفة الضغط في الحاضنة 37 درجة مئوية. ويظهر رسم تخطيطي للغرفة الضغط في الشكل 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فإن واجهة المستخدم موجه لتوفير مقدار الوقت دورات النظام بين المدخلات والمخرجات الهواء المضغوط. يجب تعيين هذه إلى و0.6s 0.4s لمحاكاة الظروف الانقباضي الانبساطي و، على التوالي ، على تردد 1Hz. يجب على المستخدم أيضا إدخال مسار ملف البيانات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في LABVIEW ، انقر فوق تشغيل وتبديل "TEST / محضر" تبديل إلى "السجل". </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن الضغط على المستوى المطلوب باستخدام الرسم على واجهة LABVIEW. يمكن ضبط الضغط باستخدام منظم ضغط الغاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل البرنامج لمدة من الوقت المطلوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بمجرد اكتمال التجربة ، انقر فوق الزر إيقاف على LABVIEW ، وإيقاف العرض الجوي وفتح صمام العادم في غرفة الضغط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة اللوحة الأمامية من الغرفة وجلب عينات لوحة تحتوي على ستة جيدا. ويمكن الآن أن تحلل عينات للتعبير الجينات ، والتعبير البروتين ، والأنسجة ، الخصائص الميكانيكية الخ. </li></ol> 3. ممثل النتائج : نظام ضغط قادرة على محاكاة أقصى الضغوط لوحظ تحت transvalvular normotensive ، المرحلة الأولى وارتفاع ضغط الدم ظروف المرحلة الثانية. ومع ذلك ، كان الضغط غير قادرة على محاكاة التدرج الضغط الانقباضي ، وهو أساسا صفر في الجسم الحي. الحفاظ على وتيرة 1Hz ، مع مدخل الهواء 0.6s الوقت والوقت عوادم 0.4s. ويمكن رؤية ممثل الطول الموجي ضغط ظروف الضغط العادية ومرتفعة تم الحصول عليها من هذا النظام في الشكل 3. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig1.jpg" alt="الشكل 1"> الشكل 1 : لقطة الشاشة واجهة ابفيو (LabVIEW). <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig2.jpg" alt="الشكل 2"> الشكل 2 : رسم تخطيطي لعرض ألف غرفة الضغط متساوي القياس من غرفة الضغط ؛ باء عرض الجانبية للغرفة الضغط ؛C. عرض أعلى غرفة الضغط. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig3.jpg" alt="الشكل 3"> الشكل 3 : رسم بياني لمحاكاة الضغط داخل حجرة الضغط على (A) normotensive ، (ب) المرحلة الأولى ارتفاع ضغط الدم ، و (C) المرحلة الثانية ظروف ارتفاع ضغط الدم.

<ol><li>Freeman, R. V., Otto, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectrum+of+calcific+aortic+valve+disease%3A+pathogenesis%2C+disease+progression%2C+and+treatment+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Spectrum of calcific aortic valve disease: pathogenesis, disease progression, and treatment strategies.</a> Circulation. 111, 3316-3326 (2005).</li>
<li>Robicsek, F., Thubrikar, M. J., Fokin, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cause+of+degenerative+disease+of+the+trileaflet+aortic+valve%3A+review+of+subject+and+presentation+of+a+new+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Thorac+Surg%22%5BJournal%5D)">Cause of degenerative disease of the trileaflet aortic valve: review of subject and presentation of a new theory.</a> Ann Thorac Surg. 73, 1346-1354 (2002).</li>
<li>Thubrikar, M. J., Aouad, J., Nolan, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+of+calcific+deposits+in+operatively+excised+stenotic+or+purely+regurgitant+aortic+valves+and+their+relation+to+mechanical+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Patterns of calcific deposits in operatively excised stenotic or purely regurgitant aortic valves and their relation to mechanical stress.</a> Am J Cardiol. 58, 304-308 (1986).</li>
<li>Agno, F. S., Chinali, M., Bella, J. N., Liu, J. E., Arnett, D. K., Kitzman, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aortic+valve+sclerosis+is+associated+with+preclinical+cardiovascular+disease+in+hypertensive+adults%3A+the+Hypertension+Genetic+Epidemiology+Network+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hypertens%22%5BJournal%5D)">Aortic valve sclerosis is associated with preclinical cardiovascular disease in hypertensive adults: the Hypertension Genetic Epidemiology Network study.</a> J Hypertens. 23, 867-8673 (2005).</li>
<li>Cawley, P. J., Otto, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prevention+of+calcific+aortic+valve+stenosis+-+fact+or+fiction%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Prevention of calcific aortic valve stenosis - fact or fiction.</a> Annals of Medicine. 41, 100-108 (2009).</li>
<li>Durst, C. A., Grande-Allen, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+physical+characterization+of+a+synchronous+multivalve+aortic+valve+culture+system%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Design and physical characterization of a synchronous multivalve aortic valve culture system.</a> Ann Biomed Eng. 38, 319-3125 (2010).</li>
<li>Engelmayr, G. C., Soletti, L., Vigmostad, S. C., Budilarto, S. G., Federspiel, W. J., Chandran, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flex-stretch-flow+bioreactor+for+the+study+of+engineered+heart+valve+tissue+mechanobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">A novel flex-stretch-flow bioreactor for the study of engineered heart valve tissue mechanobiology.</a> Ann Biomed Eng. 36, 700-712 (2008).</li>
<li>Sucosky, P., Padala, M., Elhammali, A., Balachandran, K., Jo, H., Yoganathan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+an+ex+vivo+culture+system+to+investigate+the+effects+of+shear+stress+on+cardiovascular+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Design of an ex vivo culture system to investigate the effects of shear stress on cardiovascular tissue.</a> J Biomech Eng. 130, 035001-03 (2008).</li>
<li>Syedain, Z. H., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+cyclic+stretch+bioreactor+for+tissue-engineered+heart+valves%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Controlled cyclic stretch bioreactor for tissue-engineered heart valves.</a> Biomaterials. 30, 4078-4084 (2009).</li>
<li>Lagana, K., Moretti, M., Dubini, G., Raimondi, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+bioreactor+for+the+controlled+application+of+complex+mechanical+stimuli+for+cartilage+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Inst+Mech+Eng+H%22%5BJournal%5D)">A new bioreactor for the controlled application of complex mechanical stimuli for cartilage tissue engineering.</a> Proc Inst Mech Eng H. 222, 705-715 (2008).</li>
<li>Wartella, K. A., Wayne, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioreactor+for+biaxial+mechanical+stimulation+to+tissue+engineered+constructs%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Bioreactor for biaxial mechanical stimulation to tissue engineered constructs.</a> J Biomech Eng. 131, 044501-044501 (2009).</li>
<li>Wallis, M. C., Yeger, H., Cartwright, L., Shou, Z., Radisic, M., Haig, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+study+of+a+novel+urinary+bladder+bioreactor%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng+Part+A%22%5BJournal%5D)">Feasibility study of a novel urinary bladder bioreactor.</a> Tissue Eng Part A. 14, 339-348 (2008).</li>
<li>Butcher, J. T., Nerem, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valvular+endothelial+cells+regulate+the+phenotype+of+interstitial+cells+in+co-culture%3A+effects+of+steady+shear+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng%22%5BJournal%5D)">Valvular endothelial cells regulate the phenotype of interstitial cells in co-culture: effects of steady shear stress.</a> Tissue Eng. 12, 905-915 (2006).</li>
<li>Metzler, S. A., Pregonero, C. A., Butcher, J. T., Burgess, S. C., Warnock, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+Strain+Regulates+Pro-Inflammatory+Protein+Expression+in+Porcine+Aortic+Valve+Endothelial+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Heart+Valve+Dis%22%5BJournal%5D)">Cyclic Strain Regulates Pro-Inflammatory Protein Expression in Porcine Aortic Valve Endothelial Cells.</a> J Heart Valve Dis. 17, 571-578 (2008).</li>
<li>Schipke, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchipke%2C+KJ+%22Design+of+a+cyclic+pressure+bioreactor+for+the+ex+vivo+study+of+aortic+heart+valve+mechanobiology%22">Design of a cyclic pressure bioreactor for the ex vivo study of aortic heart valve mechanobiology</a>. , Mississippi State University. Mississippi State. (2008).</li>
<li>Smith, K. E., Metzler, S. A., Warnock, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+strain+inhibits+acute+pro-inflammatory+gene+expression+in+aortic+valve+interstitial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biomechanics+and+Modeling+in+Mechanobiology%22%5BJournal%5D)">Cyclic strain inhibits acute pro-inflammatory gene expression in aortic valve interstitial cells.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. , (2009).</li>
<li>Warnock, J. N., Burgess, S. C., Shack, A., Yoganathan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+immediate-early+gene+responses+to+elevated+pressure+in+porcine+aortic+valve+interstitial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Heart+Valve+Dis%22%5BJournal%5D)">Differential immediate-early gene responses to elevated pressure in porcine aortic valve interstitial cells.</a> J Heart Valve Dis. 15, 34-41 (2006).</li>
<li>Brathwaite, D., Weissman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+new+onset+of+atrial+arrhythmias+following+major+noncardiothoracic+surgery+is+associated+with+increased+mortality%5BTitle%5D)+AND+%22Chest%22%5BJournal%5D)">The new onset of atrial arrhythmias following major noncardiothoracic surgery is associated with increased mortality.</a> Chest. 114, 462-468 (1998).</li>
<li>Walsh, S. R., Oates, J. E., Anderson, J. A., Blair, S. D., Makin, C. A., Walsh, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postoperative+arrhythmias+in+colorectal+surgical+patients%3A+incidence+and+clinical+correlates%5BTitle%5D)+AND+%22Colorectal+Dis%22%5BJournal%5D)">Postoperative arrhythmias in colorectal surgical patients: incidence and clinical correlates.</a> Colorectal Dis. 8, 212-216 (2006).</li>
<li>Walsh, S. R., Tang, T., Gaunt, M. E., Schneider, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+arrhythmias+after+non-cardiothoracic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22BMJ%22%5BJournal%5D)">New arrhythmias after non-cardiothoracic surgery.</a> BMJ. 7, 333-333 (2006).</li>
<li>Walsh, S. R., Tang, T., Wijewardena, C., Yarham, S. I., Boyle, J. R., Gaunt, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postoperative+arrhythmias+in+general+surgical+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+R+Coll+Surg+Engl%22%5BJournal%5D)">Postoperative arrhythmias in general surgical patients.</a> Ann R Coll Surg Engl. 89, 91-95 (2007).</li>
</ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

ويتعرض نظام الضغط بنجاح منشورات صمام الشريان الأبهر للضغوط التي كانت ممثلة دوري للضغط الانبساطي transvalvular. ومع ذلك ، فإنه لم يكن قادرا على محاكاة الضغط الانقباضي transvalvular ، كما انخفض ضغط فقط إلى 40 مم زئبق. الضغط Transvalvular هو الفرق بين الضغط في الأبهر الصاعد والبطين الأيسر. أثناء انبساط ، وعندما يتم إغلاق صمام ، والفرق هو الضغط 80mmHg في ظل ظروف وnormotensive زئبق 90 و 100mmHg في المرحلة الأولى والمرحلة الثانية ارتفاع ضغط الدم ، على التوالي. أثناء انقباض ، عندما صمام ...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> اسم كاشف </th><th> شركة </th><th> فهرس العدد </th><th> تعليقات (اختياري) </th></tr><tr><td> DMEM </td><td> سيغما </td><td> D5671 </td><td></td></tr><tr><td> Dulbecco في برنامج تلفزيوني </td><td> سيغما </td><td> D5652 </td><td></td></tr><tr><td> Anti-mycotic/antibiotic الحل </td><td> سيغما </td><td> A5955 </td><td></td></tr><tr><td> المصل البقري الجنين </td><td> ThermoScientific </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> VITON الصمامات غشاء الملف اللولبي </td><td> ماكماستر كار </td><td> 4868K11 </td><td></td></tr><tr><td> محول الضغط </td><td> اوميغا الهندسية ، وشركة </td><td> PX302 - 200GV </td><td></td></tr><tr><td> تحميل خلية مكيف </td><td> الظهور الالكترونيات ، وشركة </td><td> 4025-101 </td><td></td></tr><tr><td> الحصول على البيانات (دق) وحدة </td><td> قياس الحوسبة </td><td> PMD1608 </td><td></td></tr></tbody></table>

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

الصمام الأبهري ، وتقع بين البطين الأيسر والشريان الأورطي ، ويسمح لتدفق الدم أحادي الاتجاه ، ومنع ارتجاعي في البطين. وتتألف منشورات صمام الشريان الأبهر من الخلايا الخلالي علقت داخل المصفوفة خارج الخلية (ECM) وتصطف مع الخلايا البطانية أحادي الطبقة. صمام يقاوم قاسية ، بيئة دينامية ويتعرض باستمرار إلى القص ، والانحناء ، والتوتر والضغط. وقد أظهرت الأبحاث الآفات كلسي في الصمامات المريضة تحدث في مناطق التوتر ميكانيكية عالية نتيجة لتعطل أو البطانية الخلالي مصفوفة الضرر 1-3. وبالتالي ، فإنه ليس من المستغرب أن الدراسات الوبائية أظهرت ارتفاع ضغط الدم ليكون عامل خطر رئيسي في ظهور مرض الصمام الأبهر 4. خيار العلاج الوحيد المتاح حاليا للمرض هو استبدال صمام جراحية لمريضة مع صمام صمام bioprosthetic أو ميكانيكية 5. وتحسين فهم البيولوجيا صمام استجابة للضغوط المادية تساعد في الكشف عن آليات المرضية صمام. في المقابل ، يمكن أن يساعد ذلك في تطوير علاجات غير الغازية مثل التدخل الصيدلانية أو الوقائية. وقد تم تطويره من قبل العديد من المفاعلات الحيوية لدراسة mechanobiology من صمامات القلب الأصلي أو هندسيا 6-9. كما تم تطوير المفاعلات الحيوية نابض لدراسة مجموعة من الأنسجة بما في ذلك الغضروف 10 ، 11 العظام والمثانة 12. كان الهدف من هذا العمل لوضع نظام دوري الضغط التي يمكن استخدامها لتوضيح الاستجابة البيولوجية منشورات صمام الشريان الأبهر للأحمال زيادة الضغط. يتألف النظام من غرفة الاكريليك التي ترغب في وضع العينات وانتاج ضغط الدوري ، والصمامات اللولبي VITON الحجاب الحاجز للسيطرة على توقيت دورة الضغط وجهاز كمبيوتر للتحكم في الأجهزة الكهربائية. تم رصد الضغط باستخدام محول الضغط ، وكانت مشروطة الإشارة باستخدام مكيفات تحميل الخلية. برنامج ابفيو (LabVIEW) ينظم الضغط باستخدام جهاز تمثيلي على ضخ الهواء المضغوط في النظام بسعر مناسب. تحاكي النظام الحيوي مستويات ضغط transvalvular المرتبطة صمام الشريان الأبهر ، وشهدت موجة الأسنان تنتج زيادة تدريجية في الضغط ، نموذجية من التدرج الضغط transvalvular التي موجود في جميع أنحاء صمام أثناء انبساط ، تليها انخفاض ضغط حاد في تصور فتح صمام انقباضة. يسمح البرنامج للمستخدمين ابفيو (LabVIEW) للتحكم في حجم وتواتر الضغط بصفة دورية. كان النظام قادرا على إخضاع عينات الأنسجة لظروف الضغط والفيزيولوجية المرضية. ويمكن استخدام هذا الجهاز لزيادة فهمنا لكيفية صمامات القلب الاستجابة للتغيرات في البيئة المحلية الميكانيكية.

وقد تم تصميم مفاعل حيوي قادر على الضغط دوري تعريض أنسجة القلب صمام ضغط الظروف الفسيولوجية والمرضية. برنامج يتيح للمستخدمين ابفيو (LabVIEW) للسيطرة على ضغط حجم والسعة والتردد. ويمكن استخدام هذا الجهاز لدراسة mechanobiology من نسيج صمام القلب او خلايا معزولة.

يسمح الصمام الأبهري، الواقع بين البطين الأيسر والشريان الأبهري، بتدفق الدم في اتجاه واحد، مما يمنع تدفقه العكسي إلى البطين. الأبهري...

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحديد الاستجابة البيولوجية لأنسجة الصمام الأبهري للقلب، أو الخلايا، للضغط الدوري. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق عزل أنسجة الصمام من قلوب الخنازير وتحضينها في وسط استنبات الأنسجة طوال الليل. وتتمثل الخطوة الثانية من الإجراء في التأكد من معايرة نظام الضغط. التالي.يتم وضع أنسجة أو خلايا الصمام في نظام الضغط. يوضع الغلاف في حاضنة عند درجة حرارة 37 degrees Celsius، ويبدأ نظام الضغط الدوري للفترة الزمنية المطلوبة وبالقدر والتردد المحددين. وأخيرًا، يتم إخراج الأنسجة من النظام لإجراء التحليل البيولوجي.في نهاية المطاف، يمكن الحصول على نتائج تبيّن كيف يؤثر الضغط المرتفع على التعبير الجيني والبروتيني من خلال تقنية real-time PCR، أو Western blotting، أو المجهر. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في قدرتنا على فصل تأثيرات الضغط الميكانيكي عن القوى الميكانيكية الأخرى والمحفزات الكيميائية الحيوية. وتعد هذه ميزة مقارنة بالتقنيات الأخرى مثل النماذج الحيوانية، رغم أنه يمكن استخدام الأخيرة لمساعدتنا في فهم الطريقة التي تؤثر بها القوى الميكانيكية على البيولوجيا والإمراض في صمامات القلب.يمكن استخدامه أيضاً لتطوير بنى هندسة الأنسجة. يقوم الآن طالب دراسات عليا في مختبري بتوضيح هذا الإجراء لنا لتحضير النسيج للضغط.تُجمع الدراسات صمامات أبهرية من إناث الخنازير البالغة التي لا يتجاوز وزنها 120 pounds فور الوفاة. تُغسل الصمامات مرتين باستخدام PBS معقم، ثم توضع على الثلج وتُنقل إلى المختبر. يجب تنفيذ جميع الخطوات اللاحقة تحت ظروف معقمة.تأكد من أن الشرفات لا تظهر عليها أي علامة من علامات التحلل، أو التمزق، أو التكلس. قم بإزالة الشرفات من جذر الأبهر عن طريق القص على مسافة تعادل ثلث المسافة من الحلقة. ضع الشرفات في آبار منفردة في طبق مكون من ستة آبار، واحضنها مع 3 mL من DMEM المكمل بـ 1% من محلول المضادات الحيوية والمضادات الفطرية، و10% من مصل العجل الجنيني طوال الليل عند 37 °C و5% carbon dioxide.هذا النظام الضغطي مصنوع خصيصاً وقد صُمم لدراسة التأثيرات الميكانيكية الحيوية للضغط الدوري على أنسجة الصمام الأبهر. لاستخدام النظام، قم بتسجيل الدخول إلى الكمبيوتر وافتح برنامج lab view. تحقق من توصيل الهواء المضغوط بالنظام وافتح إمدادات الهواء إلى أقصى سرعة.قم بتشغيل مضخم الإشارة. تأكد من أن قراءة الجهد هي 0.00. قم بالضبط حسب الضرورة.تتضمن واجهة LabVIEW مفتاحاً مُسمى "سجل الاختبار" (test record) وهو مضبوط على وضع "الاختبار" (test). انقر فوق الزر المسمى "إمداد الهواء" (air supply) لفتح صمام الملف اللولبي للمدخل. باستخدام منظم ضغط الغاز، قم بضغط الغرفة بهواء مضغوط عند 1 PSI. اقرأ الضغط في الغرفة باستخدام مقياس الضغط الرقمي الموجود على اللوحة النهائية الخلفية للغرفة.بمجرد تعادل الضغط، سجل قراءة الجهد الكهربائي من مضخم الإشارة. كرر العملية عند 2 و3 و4 و5 PSI. بعد ذلك، قم برسم منحنى معايرة للضغط مقابل الجهد الكهربائي.قم بتحويل الضغط من PSI إلى مليمتر زئبق. ضع المعادلة المأخوذة من الرسم البياني في كود برنامج LabVIEW. قم بإزالة اللوحة الأمامية المصنوعة من الألومنيوم من غرفة الضغط ورش الغرفة بـ 70% ethanol.ضع الطبق المكون من ستة آبار والذي يحتوي على عينات الوريقات داخل الغرفة ثم استبدل اللوحة الطرفية الأمامية. تأكد من أن الختم محكم لمنع تسرب الهواء عن طريق شد الصواميل الموجودة على القضبان الملولبة الأربعة يدويًا. ضع غرفة الضغط في الحاضنة عند 37 degrees Celsius.أدخل مقدار الوقت الذي تتبدل فيه دورة النظام بين مدخل ومخرج الهواء المضغوط. يجب ضبط هذه القيم على 0.6 ثانية و 0.4 ثانية لمحاكاة الظروف الانبساطية والانقباضية على التوالي بتردد قدره 1 هرتز. ثم أدخل مسار ملف البيانات في برنامج LabVIEW.انقر على "تشغيل" (run) وقم بتحويل مفتاح تبديل سجل الاختبار إلى وضع التسجيل (record). تحقق من أن الضغط عند المستوى المطلوب باستخدام الرسم البياني الموجود على واجهة lab view. إذا لزم الأمر، قم بضبط الضغط باستخدام منظم ضغط الغاز.بمجرد اكتمال التجربة، انقر فوق إيقاف (stop) في عرض المختبر (lab view)، ثم أغلق مصدر إمداد الهواء وافتح صمام العادم في غرفة الضغط. وأخيراً، أخرج نظام الضغط من الحاضنة. بعد ذلك، قم بإزالة اللوحة الأمامية للغرفة وأخرج طبق الستة آبار.يمكن الآن تحليل العينات من حيث التعبير الجيني، والتعبير البروتيني، وعلم الأنسجة، والخصائص الميكانيكية التي تمثل أشكال موجات الضغط في حالات الضغط الطبيعي والمرتفع. وتظهر الظروف التي تم الحصول عليها من النظام هنا تحت ظروف in vivo. يوجد فرق في الضغط بين البطين الأيسر والشريان الأورطي الصاعد أثناء فترة الانبساط، مما يسمح للصمام الأورطي بالبقاء مغلقاً في ظل الظروف الفسيولوجية الطبيعية.يبلغ هذا الضغط عبر الصمام 80 مليمتر زئبق. ومع ذلك، في حالات ارتفاع ضغط الدم من المرحلة الأولى والمرحلة الثانية، يمكن أن يرتفع الضغط عبر الصمام إلى 90 و100 مليمتر زئبق على التوالي. إن نظام الضغط قادر على محاكاة أقصى قيم للضغط عبر الصمام التي لوحظت في الظروف الطبيعية، وظروف ارتفاع ضغط الدم من المرحلة الأولى والمرحلة الثانية.تظهر هنا نماذج ممثلة لأشكال موجات الضغط في حالات الضغط الطبيعي والضغط المرتفع التي تم الحصول عليها من النظام. ومن خلال اتباع هذا الإجراء، نتمكن من تطبيق طرق أخرى مثل PCR واللطخة الغربية (Western blotting) والمجهر على الشريحات. ويساعدنا ذلك في فهم أمور مثل التغيرات في التعبير الجيني وتخليق البروتين، كما يساعدنا في فهم عملية التحويل الميكانيكي (mechano transduction) في صمامات القلب.لقد كانت هذه التقنية مفيدة حقاً في مساعدتنا على فهم البيولوجيا الميكانيكية وآليات المرض، كما كانت قادرة على، أو يمكنها مساعدتنا في المستقبل على فهم التغيرات التي تطرأ على أنسجة أخرى قد تتعرض لتغيرات في الضغط داخل الجسم الحي (in vivo).

design-cyclic-pressure-bioreactor-for-ex-vivo-study-aortic-heart

Research

JoVE Journal

Bioengineering

الهندسة الحيوية

وقد وضعت مجموعتنا نظام الثقافة مفاعل حيوي الذي يحاكي تؤكد نابض الفسيولوجية للنظام القلب والأوعية الدموية لتجديد زرع صغيرة قطرها ترقيع الأوعية الدموية.

الطعوم الوعائية الهندسة البيولوجية ، عن طريق بناء مفاعل حيوي نابض

لقد كان هناك اهتمام متجدد في تطوير الصمامات البوليمر. هنا، تتمثل الأهداف في إثبات جدوى تعديل الناسخ نبض التجارية لاستيعاب هندستها ثلاثي نشرة وتحديد بروتوكول لتقديم البوليمر البيانات الهيدروديناميكية صمام مقارنة البيانات صمام المحلية والأطراف الصناعية التي تم جمعها تحت ظروف شبه متطابقة.

بروتوكول لتقييم هيدرودينامي النسبية للثلاثي النشرة بوليمر صمامات

قمنا بتصميم رواية مفاعل حيوي جار الميكانيكية التي يمكن أن تنطبق ذو محورين أو ذو محورين سلالة الميكانيكية إلى biocomposite الغضروف قبل الزرع إلى خلل الغضروف المفصلي.

تصميم مفاعل حيوي ذو محورين الميكانيكية جار للهندسة الأنسجة

يصف لنا داخلية مصممة في المختبر تدفق دائرة نموذجا، الذي يتيح التحقيق البكتيرية التمسك graft الأنسجة.

نموذج في المختبر نظام التروية التوازي-لوحة لدراسة البكتيريا التمسك Graft الأنسجة

الهدف من هذا البروتوكول هو تنفيذ ثقافة مشتركة ديناميكية من الضامة البشرية و myofibroblasts في سقالات كهربائية أنبوبية للتحقيق في تجديد الأنسجة التي تحركها المواد ، وذلك باستخدام مفاعل حيوي يمكن من فصل إجهاد القص والتمدد الدوري.

مفاعل حيوي متعدد العظة لتقييم القدرة الالتهابية والتجديدية للمواد الحيوية تحت التدفق والتمدد

قلس الأبهر هو مرض القلب في الصمام الأبهري. توضح هذه المخطوطة كيف يمكن لتصوير الرنين المغناطيسي للتدفق رباعي الأبعاد تقييم قلس الأبهر باستخدام صمامات القلب في المختبر التي تحاكي قلس الأبهر.

في المختبر تقييم قلس الأبهر باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي للتدفق رباعي الأبعاد

ظهرت أنسجة القلب ثلاثية الأبعاد المهندسة بيولوجيا باستخدام خلايا عضلة القلب المشتقة من الخلايا الجذعية كنماذج واعدة لدراسة عضلة القلب البشرية السليمة والمريضة في المختبر مع تلخيص الجوانب الرئيسية لمكانة القلب الأصلية. تصف هذه المخطوطة بروتوكولا لتصنيع وتحليل أنسجة القلب المهندسة عالية المحتوى الناتجة عن خلايا عضلة القلب المشتقة من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات.

تصميم مفاعل حيوي لتحسين الحصول على البيانات ونمذجة إنتاجية أنسجة القلب المهندسة

يقدم هذا البروتوكول إعداد وتشغيل مفاعل حيوي مطبوع 3D تم تطويره حديثا للثقافة خارج الجسم الحي للأوعية الدموية في التروية. تم تصميم النظام ليتم اعتماده بسهولة من قبل المستخدمين الآخرين ، وعملي ، وبأسعار معقولة ، وقابل للتكيف مع التطبيقات التجريبية المختلفة ، مثل علم الأحياء الأساسي والدراسات الدوائية.

إكس فيفو ثقافة التروية للأوعية الدموية الكبيرة في مفاعل حيوي مطبوع 3D

نقدم طريقة لتركيب صمام أبهري خنزيري على ناسخ نبضي لاختبار خصائصه الهيدروديناميكية. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد التغير في الديناميكا المائية بعد تطبيق إجراء تجريبي أو جهاز طبي جديد قبل استخدامه في نموذج حيواني كبير.

نموذج الخنازير خارج الجسم الحي للاختبار الهيدروديناميكي لإجراءات الصمام الأبهري التجريبية والأجهزة الطبية الجديدة

اختبار Microtensile التي تسيطر عليها بيئيا للميكانيكيا على التكيف nanocomposites والبوليمرات لل<em&gt; خارج الحي</em&gt; توصيف

تعلم تصميم مفاعل حيوي للضغط الدوري لدراسة استجابة نسيج صمام القلب الأورطي للضغط الميكانيكي. يتيح هذا النظام فهم آليات الأحياء الميكانيكية وتطوير علاجات أمراض الصمامات.

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

استكشف المزيد من الفيديوهات