Magnet-Resonanz-Elastographie Methodik für die Beurteilung von Tissue Engineering gewonnenen Konstrukts Wachstum

Bei der Untersuchung von künstlich hergestellten Gewebekonstrukten sind herkömmliche mechanische Tests, die oft zur Zerstörung der Probe führen, nicht akzeptabel. Bei dieser Methode wird die mikroskopische Magnetresonanz-Elastographie oder Mikro-MRE als nicht-invasive Technik zur Messung der mechanischen Eigenschaften kleiner Weichteile verwendet. Erste Zellen werden auf ein Biomaterialgerüst gesetzt, um Gewebe zu erzeugen.

Das Gewebe wird in aros gel suspendiert, und die Spitze eines Aktuators wird in das Gel eingesetzt. Zur Charakterisierung des Aktuators wird dann die Bewegung auf die Probe übertragen und mit einem Laser detektiert. Doppler viter.

Die Probe und der Aktor werden auf einen Magneten und eine Magnetresonanz übertragen. Es werden Elastographie-Bilder aufgenommen. Die Analyse der resultierenden Bilder zeigt die Veränderung der Steifigkeit sowohl für osteogene als auch für adipogene Konstrukte.

Wir hatten zuerst die Idee für diese Technik und beobachteten die magnetische Residency-Phtographie für den Einsatz in der Krankheitsdiagnose und erkannten, dass sie auf das Tissue Engineering ausgeweitet werden könnte. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen bestehenden Techniken wie mechanischen Tests besteht darin, dass sie die nicht-invasive Technologie der MRT auf die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Geweben anwendet. Die Anwendungen dieser Technik erstrecken sich auf das Tissue Engineering, da die Kenntnis der mechanischen Eigenschaften sicherstellt, dass sie für die beabsichtigten Anwendungen im Knochen- und Knorpelengineering geeignet ist.

Diese Methoden liefern zwar wertvolle Einblicke in das Tissue Engineering, können aber auch zur Diagnose von Krankheiten in verschiedenen Organen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Leberfibrose, Schädel-Hirn-Trauma oder Hirntumor. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da sie die schwer zu erlernenden Schritte und das vorherige Bewusstsein für Tissue Engineering und Magnitudenrhythmus-Bildgebung umfasst. Gars. Der Prozess der Vorbereitung des Gewebekonstrukts besteht aus drei Hauptphasen: der Erweiterung der Zellpopulation, der Aussaat der Zellen auf ein Biomaterialgerüst und der Differenzierung durch den Einsatz chemischer Signalmoleküle.

Nach der Kultivierung und Erweiterung der Zelllinie säen die humanen mesenchymalen Stammzellen (HMCs) auf einem Gelatineschwamm mit einer Dichte von eins mal 10 auf die sechs Zellen pro Milliliter für die Knochenbildung aus. Etwa drei Tage später sollten die Zellen auf dem Gerüst zusammenfließen, um eine Differenzierung zu induzieren. Entfernen Sie das Medium und ersetzen Sie es durch ein Fettinduktionsmedium.

Dann inkubieren Sie die Zellen nach drei Tagen bei 37 Grad Celsius mit 5% Kohlendioxid. Ersetzen Sie das Medium durch ein Erhaltungsmedium, das aus einem Expansionsmedium besteht, das 10 Mikrogramm pro Milliliter humanes rekombinantes Insulin enthält. Nach 24-stündiger Inkubation das Erhaltungsmedium durch Induktionsmedium ersetzen.

Wiederhole diesen Zyklus dreimal. Ersetzen Sie das Erhaltungsmedium danach vier Wochen lang alle zwei Tage, um die Osteogenese zu induzieren. Für die Dauer der Studie alle zwei Tage durch frisches osteogenes Medium ersetzen.

Hier dauert die Studie vier Wochen und wird jede Woche eine MRE durchgeführt. Die Magnetresonanz-Elastographie beruht auf der Ausbreitung mechanischer Scherwellen, um lokale Werte mechanischer Eigenschaften zu beurteilen. Daher müssen diese mechanischen Schwingungen innerhalb des interessierenden Gewebes mit einem elektrischen Piso-Aktuator erzeugt und charakterisiert werden. Um die Probe vorzubereiten, übertragen Sie die Gewebekultur in ein Reagenzglas mit einem Durchmesser von 10 Millimetern, das eine feste Basis und eine Schicht aus 0,5 % AGROS-Gel enthält.

Fügen Sie dann warmes 0,5 Acro Gel hinzu. Um es einzuschließen. Lassen Sie das Agros-Gel fünf Minuten einwirken.

Führen Sie bei Raumtemperatur die Spitze des elektrischen Biegemotors piso in die Oberfläche des Gels ein. Befestigen Sie als Nächstes das Rohr mit der Probe und dem Aktuator an einer starren Halterung. Richten Sie den Strahl des Laser-Doppler-Barometers auf die Spitze des mechanischen Aktuators aus.

Passen Sie die Positionierung des Systems an, um die reflektierte Signalstärke zu optimieren, die auf dem Barometer angezeigt wird. Um die Reflexion zu maximieren, verwenden Sie bei Bedarf reflektierendes Klebeband, um den Aktuator so einzurichten, dass er harmlose transparente Wellen mit signifikanten Amplituden von etwa 250 Mikrometern erzeugt. Stellen Sie den Funktionsgenerator so ein, dass er den gewünschten Frequenzbereich mit einer Betriebsspannung von 20 Volt Spitzenwert und einem weißen Rauschsignal durchläuft.

Für dieses Experiment liegt der gewünschte Frequenzbereich bei 20 bis 2000 Hertz. Um das charakterisierte Spektrum im Polytech Rsof-Programm anzuzeigen, wählen Sie Velocity und FFT-Anzeige. Beginnen Sie mit der Signalerfassung und identifizieren Sie die Resonanzfrequenz des Systems anhand der Spitzen des Spektrums.

Um als nächstes die Auslenkung des Aktuators zu messen, stellen Sie den Aktuator so ein, dass er eine kontinuierliche Sinuskurve bei der charakterisierten Resonanzfrequenz liefert. Unter Verwendung einer Betriebsspannung von 200 Volt Spitzenwert und bezeichnen Sie die erzeugte Verschiebung, die von dem Aktuator an die Oberfläche des Gels abgegeben wird, die Faser weich, um die FFT mit Verschiebung als Y-Achse anzuzeigen. Sobald der Aktuator charakterisiert wurde, platzieren Sie das Reagenzglas mit der Probe und dem Aktuator in einen Schlitz in einer 10-Millimeter-HF-Spule und platzieren Sie die Probe und den Aktuator in der Mitte des MRT-Scanners.

Erfassen Sie ein Scout-Bild zur Identifizierung des Konstruktstandorts. Sobald das Gewebekonstrukt lokalisiert wurde, stellen Sie die Parameter für die Aufnahme ein. Ein typischer sagittaler In-vitro-Scan hat eine Wiederholungszeit von 1000 Millisekunden.

Echozeit von 20 bis 40 Millisekunden, Schichtdicke von 0,5 bis 1 Millimeter und Sichtfeld von 12 x 10 Millimetern im Quadrat, bei einer Matrixgröße von 1 28 x 1 28 Pixeln. Für die Elastographie-Parameter stellen Sie die Aktuatorfrequenz auf den Wert ein, der durch die Laser-Doppler-Viter-Charakterisierung bestimmt wurde. Für diese Probe wird ein Bi-Paar mit einer Gradientenamplitude von 50 Gauß pro Zentimeter und einer MRE-Verzögerung auf Null benötigt.

Ändern Sie den Funktionsgenerator in den Burst-Modus und passen Sie die Parameter des Funktionsgenerators an die Parameter der Elastographie-Erfassung an, einschließlich der Häufigkeit und Anzahl der Zyklen. Stellen Sie außerdem ein, dass der Funktionsgenerator extern getriggert wird. Um ein sagittales Bild zu erhalten, stellen Sie die Bewegungssensibilisierung auf positive Schichtrichtung ein und starten Sie den Scan nach der Aufnahme.

Überprüfen Sie das Bild, um die Signalqualität im Gewebekonstrukt zu bewerten. Wenn das Bild zu dunkel aussieht, passen Sie die MR-Parameter an und nehmen Sie einen weiteren Scan auf. Ändern Sie als Nächstes die Sensibilisierung in die negative Schichtrichtung.

Übertragen Sie die Dateien vom MRT-Scanner auf einen anderen Computer, der mit MATLAB ausgestattet ist, und führen Sie das MATLAB-Programm aus, das eine komplexe Division zur Erzeugung eines Bildes durchführt, das die Ausbreitung von Scherwellen darstellt. Beurteilen Sie das Bild auf das Vorhandensein von Scherwellen und mögliche Artefakte wie Phasenumhüllungslinienprofile können aufgetragen werden, um die Qualität und Amplitude der Welle besser beurteilen zu können. Wenn ein Umbruch auftritt, verringern Sie die Gradientenamplitude und führen Sie einen weiteren Scan durch.

Wenn keine Anpassungen am Bild notwendig sind. Passen Sie die Größe des Parameter-Arrays auf acht gleichmäßig verteilte Werte an, die von null Sekunden bis zu einer vollen Periode der charakterisierten Resonanzfrequenz reichen. Erfassen Sie einen Scan sowohl in der positiven als auch in der negativen Schichtausrichtung, sobald die Bilder aufgenommen wurden.

Verwenden Sie ein MATLAB-Programm, das zum Generieren der reinen Wellendaten und des entsprechenden Films der sich in der Probe ausbreitenden Welle entwickelt wurde. Dies ist die Datei, die zur Schätzung der mechanischen Eigenschaften benötigt wird. Der letzte Schritt der MRE besteht darin, die Steifigkeit aus den Bildern der reinen Welle zu berechnen.

Beginnen Sie damit, die Daten in das MATLAB-Programm zu legen, das den dreidimensionalen Datensatz bewertet, geben Sie die Bildgebungsparameter an, einschließlich Sichtfeld, Gradient, Amplitude und Anzahl der bipolaren Paare, und führen Sie den Code aus. Der Algorithmus ermöglicht die Auswahl von Interessenbereichen, für die der Mittelwert und die Standardabweichung jedes Parameters berechnet werden. Zeichnen Sie die Konturen des Gewebekonstrukts, um den interessierenden Bereich auszuwählen.

Der Mittelwert und die Standardabweichung der Steifigkeit, der Speicherung, des Moduls und des Verlustmoduls innerhalb des ausgewählten Interessenbereichs werden angezeigt. Das Programm liefert auch Zwischenergebnisse, einschließlich Welle für Filter, Welle für Welle und Richtungsfilterung und Linienprofile, die bei der Abschätzung der Treue der Wiederfindung helfen. Für eine genaue Schätzung muss die gefilterte Welle glatt sein.

Die Standardabweichung eines Parameters in einem bestimmten Bereich von Interesse ist auch ein Indikator für die Qualität der Berechnung, falls erforderlich, passen Sie andere Parameter nach Bedarf an, um genaue Werte der mechanischen Eigenschaften zu erhalten und die Änderungen der mechanischen Eigenschaften von technischen Konstrukten zu beobachten, während sie sich entwickeln. Die MRE-Tests wurden über einen Zeitraum von vier Wochen durchgeführt. Diese Konstruktentwicklungskarte zeigt adipogene Konstrukte, die durch den Buchstaben A gekennzeichnet sind, und osteogene, die durch den Buchstaben O gekennzeichnet sind, mit entsprechenden Magnitudenbildern, Bildern von reinen Wellen, ELAs und durchschnittlicher Schersteifigkeit.

Die Farbkarte für die ELAs entspricht dem Farbschema des Balkens. Diagramm- und Fehlerbalken stellen die Standardabweichung innerhalb der einzelnen relevanten Konstruktbereiche dar. Im Laufe der Zeit wurden die adipogenen Konstrukte weniger steif, was auf Eigenschaften hinweist, die denen des Fettgewebes ähneln.

In ähnlicher Weise wurden die osteogenen Konstrukte über den Zeitraum von vier Wochen steifer, was auf eine knochenähnliche Differenzierung hinweist. Sobald diese Technik gemeistert ist, kann sie in etwa zwei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, den Aktuator nach diesem Verfahren vollständig zu charakterisieren. Methoden wie die biochemische Analyse und Histologie können genutzt werden, um Fragen wie die Bestätigung von Mineralablagerungen zu beantworten.

Vergessen Sie nicht, wenn Sie mit menschlichem Zellmaterial und MRT arbeiten, dass es extrem gefährlich sein kann und das Bewusstsein für die richtige BL zwei und MRT erforderlich ist. Bei der Durchführung dieser Verfahren sollten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.