Diseño de un Carga mecánica Biaxial biorreactor para Ingeniería de Tejidos

Resumen

Hemos diseñado un nuevo biorreactor de carga mecánica que se puede aplicar tensión mecánica uniaxial o biaxial a un biocompuesto cartílago antes del trasplante en un defecto de cartílago articular.

Resumen

Hemos diseñado un dispositivo de carga que es capaz de aplicar una tensión mecánica uniaxial o biaxial a un tejido biocomposites de ingeniería fabricados para el trasplante. Mientras que el dispositivo funciona principalmente como un biorreactor que imita las cepas nativas mecánicos, sino que también está equipado con una célula de carga para proporcionar retroalimentación de fuerza o pruebas mecánicas de los constructos. Los sujetos de dispositivos diseñados construcciones cartílago a cargas mecánicas biaxial con gran precisión de la dosis de carga (amplitud y frecuencia) y es lo suficientemente compacto como para caber en un cultivo de tejidos incubadora estándar. Se carga muestras directamente en una placa de cultivo de tejidos, y múltiples tamaños de placa son compatibles con el sistema. El dispositivo ha sido diseñado utilizando componentes fabricados para aplicaciones de láser de precisión guiadas. Carga biaxial se lleva a cabo por dos fases ortogonales. Las etapas tienen un rango de desplazamiento de 50 mm y se conducen de forma independiente por actuadores de motor paso a paso, controlados porun controlador de bucle cerrado del motor paso a paso que dispone de capacidades de micro paso a paso, lo que permite tamaños de paso de menos de 50 nm. Un polisulfona carga plato se acopla a la plataforma en movimiento biaxial. Los movimientos de las etapas están controladas por Thor-labs software Tecnología Avanzada de Posicionamiento (APT). El controlador de motor paso a paso se utiliza con el software para ajustar los parámetros de carga de frecuencia y amplitud tanto de cizallamiento y compresión de forma independiente y simultánea. Retroalimentación posicional es proporcionado por codificadores ópticos lineales que tienen una repetibilidad bidireccional de 0,1 micras y una resolución de 20 nm, que se traduce en una precisión posicional de menos de 3 micras más de la plena 50 mm de recorrido. Estos encoders proporcionan la retroalimentación de la posición necesaria para la electrónica de guía para garantizar verdaderas capacidades nanopositioning. A fin de proporcionar la retroalimentación de fuerza para detectar y evaluar las respuestas de contacto de carga, una célula de carga en miniatura de precisión se coloca entre el rodillo de carga y el Movinplataforma de g. La célula de carga tiene altas precisiones de 0.15% a 0.25% de la escala completa.

Introducción

Hemos diseñado un biorreactor de carga que es capaz de aplicar una tensión mecánica uniaxial o biaxial a un tejido biocomposites de ingeniería fabricados para el trasplante. Este dispositivo está diseñado principalmente como un biorreactor para los reemplazos de ingeniería de cartílago articular, sino que también podría ser utilizado para otros tejidos de soporte de carga en el cuerpo humano. Nuestra motivación en este diseño de bioreactor se deriva de Drachman y Sokoloff ^1, que hizo la observación fundamental de la formación anormal del cartílago articular en embriones de pollo paralizadas debido a la falta de movimiento. Del mismo modo, el ejercicio físi....

Protocolo

1. Biaxial Cargando biorreactor de Diseño

1. El biorreactor emplea dos etapas fabricados por Thor-laboratorios (Newton, MA) para las aplicaciones de láser guiado de precisión para la aplicación de una tensión mecánica uniaxial o biaxial para la ingeniería de tejidos, con gran precisión de la dosis de carga (amplitud y frecuencia) y la aplicación a una amplia variedad de las condiciones de cultivo de tejido de un solo a placas de 24 pocillos (Figura 1).
2. Carga biaxial se lleva a cabo por dos etapas Travelmax (LNR50SE). Estas etapas están montados ortogonalmente en una configuración XZ. La etapa de cizallamiento horizontal proporciona ....

Resultados

El dispositivo fue probado mediante el uso de geles de agarosa se sembró con 20 millones de células / ml y se cultivaron condrocitos en presencia de uniaxial (compresión) o biaxial (compresión y cizalla) carga mecánica. Condrocitos primarios porcinos se aislaron a partir del cartílago articular de los cerdos 2-4 meses de edad. 5 mm de diámetro y 1,5 muestras mm de espesor se cultivaron en 2 ml de medio de cultivo condrogénica definido (DMEM alto en glucosa, 1% SU + Premezcla, 100 U / ml de penicilina, 100 mg / ml de est.......

Discusión

Hemos diseñado un dispositivo de carga que es capaz de aplicar una tensión mecánica uniaxial o biaxial para construcciones de ingeniería de tejidos fabricados para el trasplante. El dispositivo se puede utilizar como un biorreactor para el cultivo in vitro de biocomposites ingeniería o como un dispositivo de prueba para describir las características mecánicas del tejido nativo o después de otros tratamientos previos a. Los sujetos de dispositivos diseñados construcciones de tejido a una carga mecánica .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
REACTIVOS
DMEM, Glucosa alta, piruvato	Invitrogen	11995
Agarosa Tipo II	Sigma	CAS 39346-81-1
Penicilina Estreptomicina Glutamina 100X	Invitrogen	10378-016
Premezcla ITS+	Pluma 354352
Estreptococo Glutamina	Invitrogen	10378-016
Anfotericina B	Invitrogen	041-95780
Ácido Ascórbico	Sigma	A-2218
Solución de Aminoácidos No Esenciales 100x	Sigma	M-7145
L-prolina	Sigma	P-5607
Dexametasona	Sigma	D-2915
Recombinante Humano Factor de crecimiento transformador β 1	R& D Systems	240-B-010
EQUIPMENT
Célula de carga modelo 31 (1000 g)	Honeywell	AL311
Célula de carga modelo 31 (1000 g)	Honeywell	AL311
Pantalla de un solo canal	Honeywell	SC500
50 mm Etapa Travelmax codificada lineal con actuador paso a paso	Thorlabs	LNR50SE/M
Controlador de motor paso a paso de dos canales	Thorlabs	BSC102
Accionamiento de motor paso a paso trapezoidal de 50 mm (2)	Thorlabs	DRV014
Localizador cinemático ajustable (4)	Thorlabs	KL02
Placa de ángulo recto de precisión	Thorlabs	AP90/M
Soporte de montaje vertical	Thorlabs	LNR50P2/M
Placa de prueba de aluminio sólido	Thorlabs	MB3030/M
Sistema de fundición en gel con placas espaciadoras de 1,5 mm y 0,75 mm	BioRad	#1653312 y #1653310
Punch de biopsia desechable, 5 mm	Miltex, Inc.	33-35
Punzón hueco de 16 mm	Neiko Tools
Placas tratadas sin cultivo de tejidos, 24 pocillos, fondo plano	BD Biosciences	351147
lámina de polisulfona ultrarresistente a la humedad para cargar placas	McMaster-Carr	86735k19	Mecanizado a medida

BD Biosciences