Wir haben eine neuartige mechanische Belastung Bioreaktor uniaxialen oder biaxialen mechanischen Belastung zu einer Knorpel Biokomposit können vor der Transplantation in eine Anwendung Gelenkknorpeldefekt.
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Methodenartikel
Entwurf eines Biaxiale Mechanische Belastung Bioreaktor für Tissue Engineering
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Wir haben eine Ladevorrichtung, die in der Lage ist die Anwendung uniaxialen oder biaxialen mechanischen Belastung zu einer Gewebezüchtungen Biocomposites zur Transplantation hergestellt ist. Während das Gerät in erster Linie die Funktion eines Bioreaktors, der die einheimischen mechanischen Belastungen imitiert, ist es auch mit einer Kraftmessdose zur Bereitstellung von Force-Feedback oder mechanische Prüfung der Konstrukte ausgestattet. Das Gerät Themen entwickelt Knorpel Konstrukte biaxiale mechanische Belastung mit großer Präzision des Ladens Dosis (Amplitude und Frequenz) und ist kompakt genug, um in einem Standard Gewebekulturinkubator passen. Es lädt Proben direkt in einer Gewebekultur Platte und mehrere Plattengrößen sind kompatibel mit dem System. Das Gerät wurde entwickelt, unter Verwendung von Komponenten für präzise geführte Laser-Anwendungen hergestellt. Bi-axial Belastung wird durch zwei orthogonal Stufen erreicht. Die Etappen haben eine 50 mm Stellweg und unabhängig von Schrittmotor Aktuatoren angetrieben, gesteuert durchein geschlossenes Schrittmotor-Treiber, der Mikroschritt-Funktionen verfügt, so dass Schrittweiten von weniger als 50 nm beträgt. Ein Polysulfon Belastung Platte mit dem bi-axial beweglichen Plattform gekoppelt ist. Bewegungen der Stufen werden von Thor-labs Erweiterte Positioning Technology (APT) Software gesteuert. Der Schrittmotor-Treiber mit der Software Ladeparameter von Frequenz und Amplitude von sowohl Scher-und Kompressions unabhängig und gleichzeitig einzustellen verwendet. Stellungsrückmeldung wird durch lineare optische Encoder, die eine bidirektionale Wiederholgenauigkeit von 0,1 um und eine Auflösung von 20 nm haben, die Übersetzung zu einer Positionsgenauigkeit von weniger als 3 um über die volle 50 mm Federweg zur Verfügung gestellt. Diese Encoder bieten die notwendige Rückmeldung mit der Elektronik auf true Nanopositionier Fähigkeiten zu gewährleisten. Zur Bereitstellung der Force-Feedback zu erfassen und auszuwerten kontaktieren Laden Reaktionen ist ein Präzisions-Miniatur-Wägezelle zwischen der Platte und der Beladung Movin positioniertg-Plattform. Die Wägezelle weist eine hohe Genauigkeit von 0,15% bis 0,25% des Messbereichs.
Einleitung
Wir haben eine Belastung Bioreaktor, die fähig Anwendung uniaxialen oder biaxialen mechanischen Belastung zu einer Gewebezüchtungen Biocomposites zur Transplantation hergestellt ausgelegt ist. Dieses Gerät ist in erster Linie als Bioreaktor für hochentwickelte Ersatz für Gelenkknorpel entwickelt, es könnte auch für andere tragende Gewebe im menschlichen Körper verwendet werden. Unsere Motivation in diesem Bioreaktor-Design stammt von Drachman und Sokoloff 1, der die bahnbrechenden Beobachtung abnorme Bildung von Gelenkknorpel in gelähmten Kükenembryos aufgrund der Abwesenheit von Bewegung gemacht. Ebenso ist körperliche Bewegung wichtig für die Entwicklung....
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Protokoll
1. Biaxiale Loading Bioreaktor Entwurf
- Der Bioreaktor verwendet zwei Stufen von Thor-Labs (Newton, MA) für präzisionsgelenkte Laseranwendungen hergestellt zum Anlegen uniaxialen oder biaxialen mechanischen Dehnung bis engineered Gewebe, mit großer Präzision von Initialdosis (Amplitude und Frequenz) und Anwendung auf eine Vielzahl von Gewebekulturbedingungen von Einzel-auf 24-Well-Platten (Abbildung 1).
- Bi-axial Belastung wird durch zwei travelmax Stufen (LNR50SE) durchgeführt. Diese Stufen sind orthogonal in einer XZ-Konfiguration montiert. Die horizontale Bühne bietet dynamische Scherbewegungen durch oszillierende entlang der X-....
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Ergebnisse
Das Gerät wurde unter Verwendung von Agarosegelen entkernt mit 20 Millionen Zellen / ml Chondrozyten getestet und kultiviert in Gegenwart von einachsigen (Kompression) oder zweiachsigen (Kompression und Scherung) mechanische Belastung. Primäre porcine Chondrozyten wurden aus dem Gelenkknorpel von 2-4 Monate alten Schweinen isoliert. 5 mm Durchmesser und 1,5 mm dicken Proben wurden in 2 ml definiert chondrogene Kulturmedium (DMEM high glucose, 1% ITS + Premix, 100 U / ml Penicillin, 100 ug / ml Streptomycin, 2 mM L-Gluta.......
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Diskussion
Wir haben eine Ladevorrichtung, die in der Lage ist die Anwendung uniaxialen oder biaxialen mechanischen Belastung des Gewebes engineered Konstrukte zur Transplantation hergestellt ausgelegt ist. Das Gerät kann als Bioreaktor zur in vitro Kultivierung von technischen Biocomposites oder als Testvorrichtung verwendet werden, um die mechanischen Eigenschaften des nativen Gewebes oder nach anderen Behandlungen vor beschreiben. Die Vorrichtung Themen entwickelt Gewebekonstrukte einer biaxialen mechanischen Belastung.......
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Offenlegungen
Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde durch das Amt für Forschung und Entwicklung, RR & D Service, US Department of Veterans Affairs, NIH COBRE 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 und Department of Defense W81XWH-10-1 bis 0643 unterstützt.
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Materialien
EQUIPMENT
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| DMEM, hoher Glukosegehalt, Pyruvat | Invitrogen | 11995 | |
| Agarose Typ II | Sigma | CAS 39346-81-1 | |
| Penicillin Streptomycin Glutamin 100X | Invitrogen | 10378-016 | |
| ITS+ Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| Pen Strep Glutamin | Invitrogen | 10378-016 | |
| Amphotericin B | Invitrogen | 041-95780 | |
| Ascorbinsäure | Sigma | A-2218 | |
| Nichtessentielle Aminosäurelösung 100x | Sigma | M-7145 | |
| L-Prolin | Sigma | P-5607 | |
| Dexamethason | Sigma | D-2915 | |
| Rekombinant Mensch Transformierender Wachstumsfaktor β 1 | Forschung und Entwicklung D Systems | 240-B-010< | |
| Modell 31 Wägezelle (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| Modell 31 Wägezelle (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| Einkanal-Display | Honeywell | SC500 | |
| 50 mm linear codierter Travelmax-Tisch mit Schrittantrieb | Thorlabs | LNR50SE/M | |
| Zweikanal-Schrittmotor-Controller | Thorlabs | BSC102 | |
| 50 mm Trapez-Schrittmotorantrieb (2) | Thorlabs | DRV014 | |
| Einstellbarer kinematischer Ortungsgerät (4) | Thorlabs | KL02 | |
| Präzisions-Rechtwinkelplatte | Thorlabs | AP90/M | |
| Vertikale Montagehalterung | Thorlabs | LNR50P2/M | |
| Massives Aluminium-Steckbrett | Thorlabs | MB3030/M | |
| Gel-Gießsystem mit 1,5 mm und 0,75 mm Abstandsplatten | BioRad | #1653312 und #1653310 | |
| Einweg-Biopsie-Stanze, 5 mm | Miltex, Inc. | 33-35 | |
| 16 mm Hohlstempel | Neiko Tools | ||
| Non-Tissue Culture Treated Plates, 24 Well, flacher Boden | BD Biosciences | 351147 | |
| Ultra-feuchtigkeitsbeständige Polysulfonplatte für Ladeplatten | McMaster-Carr | 86735k19 | Maßgefertigt |
Referenzen
- Drachman, D. B., Sokoloff, L. The role of movement in embryonic joint development. Devl. Biol. 14, 401-420 (1966).
- Buschmann, M. D., Gluzband, Y. A., Grodzinsky, A. J., Hunziker, E. B. Mechanical compression modulates matrix biosynthesis in chondrocyte/agarose culture. J. Cel....
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Nachdrucke und Genehmigungen
