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Eine Lab-On-A-Chip-Plattform zur Stimulierung der Osteozyten-Mechanotransduktion und zur Analyse ...
Eine Lab-On-A-Chip-Plattform zur Stimulierung der Osteozyten-Mechanotransduktion und zur Analyse ...
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Bioengineering
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JoVE Journal Bioengineering
A Lab-On-A-Chip Platform for Stimulating Osteocyte Mechanotransduction and Analyzing Functional Outcomes of Bone Remodeling

Eine Lab-On-A-Chip-Plattform zur Stimulierung der Osteozyten-Mechanotransduktion und zur Analyse der funktionellen Ergebnisse des Knochenumbaus

Full Text
7,574 Views
08:28 min
May 21, 2020

DOI: 10.3791/61076-v

Sharon L. Truesdell1, Estee L. George1, Christopher C. Van Vranken1, Marnie M. Saunders1

1Department of Biomedical Engineering,The University of Akron

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article presents protocols for culturing bone cells within a lab-on-a-chip platform, enabling the analysis of mechanically-induced bone remodeling. The system allows for long-term culturing and quantification of bone formation and resorption in response to mechanical loading.

Key Study Components

Area of Science

  • Bone biology
  • Mechanobiology
  • Cell culture techniques

Background

  • Understanding bone remodeling is crucial for addressing conditions like osteoporosis and fracture healing.
  • Mechanotransduction plays a key role in how bone cells respond to mechanical stimuli.
  • Lab-on-a-chip technology offers a controlled environment for studying bone cell behavior.
  • Protocols for culturing bone cells can enhance research in bone-related diseases.

Purpose of Study

  • To develop a platform for analyzing bone cell responses to mechanical loading.
  • To quantify the functional outcomes of osteoclast and osteoblast activity.
  • To provide foundational techniques for future bone research.

Methods Used

  • 3D printed mechanical loading device for inducing mechanotransduction.
  • Protocols for culturing bone cells in a lab-on-a-chip system.
  • Quantification of bone remodeling outcomes from osteoclasts and osteoblasts.
  • Preparation of microchannel layers using PDMS for cell culture.

Main Results

  • The platform successfully supports long-term culture of bone cells.
  • Quantification of bone formation and resorption was achieved under varying mechanical conditions.
  • Insights into the mechanisms regulating bone remodeling were obtained.
  • Potential applications in studying osteoporosis and fracture healing were identified.

Conclusions

  • The lab-on-a-chip platform is a valuable tool for bone research.
  • Mechanically-induced bone remodeling can be effectively studied using this system.
  • Future research can build on these techniques to explore various bone-related issues.

Frequently Asked Questions

What is the significance of mechanotransduction in bone biology?
Mechanotransduction is crucial as it helps bone cells respond to mechanical forces, influencing bone remodeling and health.
How does the lab-on-a-chip platform enhance bone cell research?
It allows for precise control of the mechanical environment and long-term observation of bone cell behavior.
What are the potential applications of this research?
Findings can inform treatments for osteoporosis, improve fracture healing strategies, and address periprosthetic osteolysis.
What materials are used to create the microchannel layers?
PDMS (polydimethylsiloxane) is used for its biocompatibility and ease of fabrication.
Can this platform be used for other types of cells?
While designed for bone cells, the platform's adaptability may allow for studies involving other cell types.
What are osteoclasts and osteoblasts?
Osteoclasts are cells that break down bone tissue, while osteoblasts are responsible for bone formation.

Hier stellen wir Protokolle zur Analyse der Knochenumgestaltung innerhalb einer Lab-on-a-Chip-Plattform vor. Eine 3D-gedruckte mechanische Ladevorrichtung kann mit der Plattform gekoppelt werden, um osteozyte Mechanostransduktion durch Verformung der zellulären Matrix zu induzieren. Die Plattform kann auch verwendet werden, um Knochen-Remodeling funktionelle Ergebnisse von Osteoklasten und Osteoblasten (Resorption/Bildung) zu quantifizieren.

Hier stellen wir Protokolle zur Kultivierung von Knochenzellen innerhalb einer anpassungsfähigen Lab-on-a-Chip-Plattform vor. Diese Techniken können verwendet werden, um unser Verständnis der Mechanismen zu fördern, die mechanisch induzierte Knochenremodellierung regulieren. Unser System ermöglicht eine langfristige Kultivierung von Knochenzellen, was eine direkte Quantifizierung der Knochenbildung und Resorption als Reaktion auf veränderte mechanische Belastungsumgebungen ermöglicht.

Der Einsatz dieser grundlegenden Techniken kann zu Entdeckungen führen, die sich auf eine Reihe von knochenbezogenen Fragen wie Osteoporose, Frakturheilung und periprosthetische Osteolyse erstrecken. Um die Brunnen- und Mikrokanalschicht zu erzeugen, kombinieren Sie das PDMS-Prepolymer und das Härtungsmittel im Verhältnis 10 zu eins in einem Kunststoffbecher und mischen Sie sie kräftig, und entgasen Sie das Polymer dann 30 Minuten lang. Gießen Sie die Mischung langsam über die entsprechende vorlevelierte Maske.

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