Este protocolo describe el proceso paso a paso para construir estimuladores eléctricos y magnéticos utilizados para estimular los tejidos biológicos. El protocolo incluye una directriz para simular campos computacionalmente eléctricos y magnéticos y la fabricación de dispositivos estimuladores.
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Artículo de método
Dispositivos eléctricos y de campo magnético para la estimulación de tejidos biológicos
En este artículo
Resumen
Resumen
Los campos eléctricos (EF) y los campos magnéticos (MFs) han sido ampliamente utilizados por la ingeniería de tejidos para mejorar la dinámica celular como la proliferación, migración, diferenciación, morfología y síntesis molecular. Sin embargo, variables tales tiempos de fuerza y estimulación de estímulos deben considerarse al estimular las células, tejidos o andamios. Dado que los EF y los MFs varían según la respuesta celular, no está claro cómo construir dispositivos que generen estímulos biofísicos adecuados para estimular muestras biológicas. De hecho, hay una falta de evidencia con respecto al cálculo y distribución cuando se aplican estímulos biofísicos. Este protocolo se centra en el diseño y fabricación de dispositivos para generar EF y MFs e implementación de una metodología computacional para predecir la distribución de estímulos biofísicos dentro y fuera de muestras biológicas. El dispositivo EF estaba compuesto por dos electrodos paralelos de acero inoxidable situados en la parte superior e inferior de los cultivos biológicos. Los electrodos se conectaron a un oscilador para generar voltajes (50, 100, 150 y 200 Vp-p) a 60 kHz. El dispositivo MF se componía de una bobina, que estaba energizada con un transformador para generar una corriente (1 A) y voltaje (6 V) a 60 Hz. Se construyó un soporte de metacrilato de polimetilo para localizar los cultivos biológicos en medio de la bobina. La simulación computacional elucidaba la distribución homogénea de efs y MFs dentro y fuera de los tejidos biológicos. Este modelo computacional es una herramienta prometedora que puede modificar parámetros como voltajes, frecuencias, morfologías tisulares, tipos de placas de pozo, electrodos y tamaño de bobina para estimar los EFs y MFs para lograr una respuesta celular.
Introducción
Se ha demostrado que los EF y los MFs modifican la dinámica celular, estimulando la proliferación y aumentando la síntesis de las moléculas principales asociadas con la matriz extracelular de los tejidos1. Estos estímulos biofísicos se pueden aplicar de diferentes maneras mediante el uso de ajustes y dispositivos específicos. En cuanto a los dispositivos para generar EF, los estimuladores directos de acoplamiento utilizan electrodos que están en contacto con muestras biológicas in vitro o implantadas directamente en tejidos de pacientes y animales in vivo2; sin embargo, todavía hay limitaciones y deficiencias que incluye....
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Protocolo
1. Simulación de EF y MFs
NOTA: La simulación de efs y MFs se realizó en MULTIFÍSica COMSOL.
- Seleccione una configuración 2D axisymmétrica para representar tanto dominios eléctricos como magnéticos.
- En la configuración física, seleccione la interfaz corriente eléctrica para calcular los EFs en electrodos paralelos o la interfaz campo magnético para calcular los MFs alrededor de las bobinas.
- En la configuración del estudio, seleccione Dominio de frecuencia para calcular la respuesta de un modelo lineal o linealizado sometido a excitación armónica para una o vari....
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Resultados
Simulación computacional
Las distribuciones de efs y MFs se muestran en la figura 3. Por un lado, era posible observar la distribución homogénea de los EF en el sistema capacitivo(Figura 3A). El EF fue trazado para observar en detalle la magnitud del campo dentro de la muestra biológica (Figura 3B). Esta simulación fue útil para parametrizar el tamaño de los electrodos y fabricarlos para evitar el efecto borde. P.......
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Discusión
Los tratamientos utilizados para curar diferentes patologías que afectan a los tejidos humanos son terapias farmacológicas32 o intervenciones quirúrgicas33,que buscan aliviar el dolor localmente o reemplazar los tejidos afectados por explantas o trasplantes. Recientemente, la terapia celular autóloga se ha propuesto como una terapia alternativa para tratar los tejidos lesionados, donde las células están aisladas del paciente y expandidas, a través de técnicas in vitro, para.......
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Divulgaciones
Los autores declaran que no tienen conflicto de intereses.
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo financiero brindado por "Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación -Fondo Francisco José de Caldas- Minciencias" y la Universidad Nacional de Colombia a través de la subvención Nº 80740-290-2020 y el apoyo recibido por Valteam Tech - Investigación e Innovación para proporcionar el equipo y soporte técnico en la edición del video.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Estimulador eléctrico | |||
| Motorola | LF-353N | ---- Cantidad: 1 | |
| Resistencias | ---- | ---- | 22 kΩ Cantidad: 1 |
| Resistencias | ---- | ---- | 10 kΩ Cantidad: 3 |
| Resistencias | ---- | ---- | 2.6 kΩ Cantidad: 2 |
| Resistencias | ---- | ---- | 2.2 kΩ Cantidad: 1 |
| Resistencias | ---- | ---- | 1 kΩ Cantidad: 1 |
| Resistencias | ---- | ---- | 220 y Omega; Cantidad: 2 |
| resistencias | ---- | ---- | 22 y omega; Cantidad: 5 |
| resistencias | ---- | ---- | 10 y omega; Cantidad: 1 |
| Resistencias | ---- | ---- | 6.8 y Omega; Cantidad: 1 |
| Resistencias | ---- | ---- | 3.3 y Omega; Cantidad: 2 |
| Condensadores de poliéster | ---- | ---- | 1 nF Cantidad: 2 |
| Condensadores de poliéster | ---- | ---- | 100 nF Cantidad: 1 |
| Transistor amplificador de banda VHF JFET | Toshiba | 2SK161 | ---- Cantidad: 1 |
| Transistor de potencia BJT NPN | Mospec | TIP 31C | ---- Cantidad: 1 |
| Diodo Zener | Microsemi | 1N4148 | ---- Cantidad: 1 |
| Interruptor | Toogle Switch | SPDT - T13 | ---- Cantidad: 3 |
| Núcleo de ferrita toroidal | Caracol | ---- | T*22*14*8 Cantidad: 1 |
| Alambre de cobre | Greenshine | ---- | AWG – 24 Cantidad: 1 |
| Cabezal Relimate con carcasa hembra | ADAFRUIT | ---- | Conectores de 8 pines Cantidad: 1 |
| Cabezal Relimate con carcasa hembra | Conectores ADAFRUIT | 2 pines Cantidad: 1 | |
| Conector de terminal de enchufe | hembra JIALUN | 4mm Enchufes de linterna (enchufe + enchufe) 15 A Cantidad: 1 | |
| Disipador de calor de aluminio | AWIND | For TIP 31C transistor Cantidad: 1 | |
| Led | CHANZON | 5 mm rojo Cantidad: 1 | |
| Conector de enchufe de circuito integrado | Te Electronics Co., Ltd. | ---- | Doble fila DIP de 8 pines Cantidad: 1 |
| juego de conectores de 3 pines | STAR | JST PH 2.0 Cantidad: 3 | |
| conectores de tornillo de 2 pines | STAR | Para PCB Cantidad: 1 | |
| Conectores de tornillo de 3 pines | STAR | ----Para PCB Cantidad: 1 | |
| cable de prueba de conector banana | JIALUN | P1041 - 4 mm - 15 A Cantidad: 7 | |
| Conectores de bala para cable de carga de enchufe banana | JIALUN | 4 mm Adaptadores macho-macho/hembra-hembra - 15 A Cantidad: 1 | |
| Caja | ---- | ---- | ABS Cantidad: 1 |
| Electrodos | ---- | ---- | Inoxidable y acero inoxidable Cantidad: 2 |
| Soporte de electrodos | ---- | ---- | Teflón Cantidad: 2 |
| Placa | Cantidad: 1 | ||
| Cooper | fuerte Greenshine | ---- | AWG – 18 Cantidad: 1 |
| enchufes de alimentación | CA---- | ---- | 120 V CA y 60 Hz Cantidad: 1 |
| cable de prueba de conector hembra banana | JIALUN | ---- | 1Set Doble Inyección - 4 mm – 15 A Cantidad: 2 |
| Cable de prueba de conector macho | banana JIALUN | 1Set Doble Inyección - 4 mm 15 A Cantidad: 1 | |
| Soporte de placa de pocillo de cultivo celular | ---- | ---- | PMMA Cantidad: 1 |
| fusible | Bussmann | 2A | ---- Cantidad: 1 |
| transformador | ---- | ---- | 1A – 6 V AC Cantidad: 1 |
| tubo | ---- | ---- | PVC Cantidad: 1 |
| reóstato variable | MCP | BXS150 | 10 Ω Cantidad: 1 |
| Equipo general | |||
| Fuente dual digital | PeakTech | DG 1022Z | 2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo Cantidad: 1 |
| Osciloscopio digital | Rigol | DS1104Z Plus | 100 MHz, ancho de banda, 4 canales Cantidad: 1 |
| Multímetro digital | Fluke | F179 | Voltaje CC – CA (1000 V). CC – actual CA 10 A. Frecuencia 100 kHz Cantidad: 1 |
Referencias
- Balint, R., Cassidy, N. J., Cartmell, S. H. Electrical Stimulation: A Novel Tool for Tissue Engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews. 19 (1), 48-57 (2013).
- Ercan, B., Webster, T. J. The effect of biphasic electrical....
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Reimpresiones y permisos
