Metodología elastografía por resonancia magnética para la Evaluación de los tejidos Diseñado crecimiento Construct

Para examinar las construcciones de tejidos de ingeniería, no es aceptable realizar pruebas mecánicas tradicionales, que a menudo resultan en la destrucción de la muestra. Este método utiliza la elastografía por resonancia magnética microscópica o micro MRE como técnica no invasiva para medir las propiedades mecánicas de pequeños tejidos blandos. En primer lugar, las células se asientan sobre un andamio de biomaterial para generar tejido.

El tejido se suspende en gel aros y la punta de un actuador se coloca en el gel. Luego, para caracterizar el actuador, el movimiento se transfiere a la muestra y se detecta mediante un láser. Doppler viter.

La muestra y el actuador se transfieren a un imán y a una resonancia magnética. Se adquieren imágenes de elastografía. El análisis de las imágenes resultantes muestra el cambio en la rigidez pura para las construcciones osteogénicas y adipogénicas.

Primero tuvimos la idea de esta técnica y observamos la ftografía de residencia magnética para el uso del diagnóstico de enfermedades y nos dimos cuenta de que podía extenderse a la ingeniería de tejidos. La principal ventaja de esta técnica sobre otras técnicas existentes, como las pruebas mecánicas, es que aplica la tecnología no invasiva de la resonancia magnética a las principales propiedades mecánicas de los tejidos. Las aplicaciones de esta técnica se extienden a la ingeniería de tejidos porque el conocimiento de las propiedades mecánicas garantizará que sea apropiada para sus usos previstos en la ingeniería ósea y cartilaginosa.

Aunque estos métodos proporcionan información valiosa sobre la ingeniería de tejidos, también se puede utilizar para diagnosticar enfermedades en diferentes órganos, como la fibrosis hepática, una lesión cerebral traumática o el cáncer cerebral, por ejemplo. La demostración visual de este método es fundamental porque incluye los pasos que son difíciles de aprender, y el conocimiento previo de la ingeniería de tejidos y las imágenes de ritmo de magnitud. Gars. El proceso de preparación de la construcción de tejidos consta de tres etapas principales, la expansión de la población celular, la siembra de células en un andamio de biomaterial y la diferenciación mediante el uso de moléculas de señalización química.

Después del cultivo y la expansión de la línea celular, siembra las células madre mesenquimales humanas o HMC en una esponja de gelatina a una densidad de una vez 10 a las seis células por mililitro para la formación de hueso. Aproximadamente tres días después, las células deben aparecer confluentes en el andamio para inducir la diferenciación. Retire el medio y reemplácelo con medio de inducción adiposo.

Luego incube las células a 37 grados Celsius con 5% de dióxido de carbono después de tres días. Reemplace el medio con un medio de mantenimiento, que consiste en un medio de expansión que contiene 10 microgramos por mililitro de insulina recombinante humana. Después de incubar durante 24 horas, reemplace el medio de mantenimiento por medio de inducción.

Repite este ciclo tres veces. Reemplace el medio de mantenimiento cada dos días a partir de entonces durante cuatro semanas para inducir la osteogénesis. Reemplácelo con medio osteogénico fresco cada dos días durante la duración del estudio.

En este caso, el estudio dura cuatro semanas y se realiza una resonancia magnética cada semana. La elastografía por resonancia magnética se basa en la propagación de ondas de cizallamiento mecánicas para evaluar los valores locales de las propiedades mecánicas. Por lo tanto, estas vibraciones mecánicas deben generarse y caracterizarse dentro del tejido de interés utilizando un actuador eléctrico de piso. Para preparar la muestra, transfiera el cultivo de tejido a un tubo de ensayo de 10 milímetros de diámetro que contenga una base sólida y una capa de gel AGROS al 0,5%.

A continuación, añade gel acrónico tibio de 0,5 acrótonos. Para adjuntarlo. Deje que el gel agros se asiente durante cinco minutos.

A temperatura ambiente, inserte la punta del motor de doblado eléctrico del piso en la superficie del gel. A continuación, fije el tubo que contiene la muestra y el actuador a un soporte rígido. Oriente el haz del barómetro láser Doppler hacia la punta del actuador mecánico.

Ajuste la posición del sistema para optimizar la intensidad de la señal reflejada, que se muestra en el barómetro. Para maximizar la reflexión, use cinta reflectante si es necesario para configurar el actuador para generar ondas transparentes inofensivas con amplitudes significativas de aproximadamente 250 micras. Configure el generador de funciones para barrer el rango de frecuencia deseado utilizando un voltaje de funcionamiento de 20 voltios pico tope con una señal de ruido blanco.

Para este experimento, el rango de frecuencia deseado es de 20 a 2000 hercios. Para ver el espectro caracterizado en el programa Polytech Rsof, seleccione la velocidad y la visualización FFT. Comience a capturar la señal e identifique la frecuencia de resonancia del sistema en función de los picos del espectro.

A continuación, para medir la deflexión del actuador, configure el actuador para que emita una sinusoide continua a la frecuencia de resonancia caracterizada. Utilizando un voltaje de funcionamiento de 200 voltios, el tope pico y denota el desplazamiento generado que es entregado por el actuador a la superficie de la fibra del conjunto de gel para mostrar el FFT con el desplazamiento como el eje Y. Una vez que se haya caracterizado el actuador, coloque el tubo de ensayo que contiene la muestra y el actuador en una ranura en una bobina de RF de 10 milímetros, coloque la muestra y el actuador en el centro del escáner de resonancia magnética.

Adquiere una imagen de explorador para identificar la ubicación del constructo. Una vez que se haya localizado la construcción de tejido, establezca los parámetros para la adquisición. Una exploración sagital in vitro típica tendrá un tiempo de repetición de 1000 milisegundos.

Tiempo de eco de 20 a 40 milisegundos, espesor de corte de 0,5 a un milímetro y campo de visión de 12 por 10 milímetros cuadrados, con un tamaño de matriz de 1, 28 por 1, 28 píxeles. Para los parámetros de elastografía, ajuste la frecuencia del actuador al valor determinado por la caracterización viter con láser Doppler. Para esta muestra, se necesita un par bi con una amplitud de gradiente de 50 gauss por centímetro y un retardo MRE establecido en cero.

Cambie el generador de funciones al modo de ráfaga y ajuste los parámetros del generador de funciones para que coincidan con los de los parámetros de adquisición de elastografía, incluida la frecuencia y el número de ciclos. Configure también el generador de funciones para que se active externamente. Para obtener una imagen sagital, configure la sensibilización al movimiento para que esté en la dirección de corte positiva e inicie el escaneo después de la adquisición.

Compruebe la imagen para evaluar la calidad de la señal en la construcción del tejido. Si la imagen se ve demasiado oscura, ajuste los parámetros de RM y obtenga otro escaneo. A continuación, cambie la sensibilización a la dirección de corte negativa.

Transfiera los archivos del escáner de resonancia magnética a otro ordenador equipado con MATLAB y ejecute el programa MATLAB que realizará una división compleja para la generación de una imagen que represente la propagación de las ondas de corte. Evalúe la imagen para detectar la presencia de ondas de corte y posibles artefactos, como los perfiles de línea de envoltura de fase, para evaluar mejor la calidad y la amplitud de la onda. Si se produce un ajuste, disminuya la amplitud del gradiente y obtenga otro escaneo.

Si no es necesario realizar ajustes en la imagen. Ajuste el tamaño de la matriz de parámetros a ocho valores igualmente espaciados que van desde cero segundos hasta un período completo de la frecuencia de resonancia caracterizada. Adquiera un escaneo en las orientaciones de corte positiva y negativa una vez que se adquieran las imágenes.

Utilice un programa de MATLAB diseñado para generar los datos de onda pura y la película correspondiente de la onda que se propaga en la muestra. Este es el archivo que se necesitará para estimar las propiedades mecánicas. El paso final de la MRE es calcular la rigidez pura a partir de las imágenes de onda pura.

Comience colocando los datos en el programa de MATLAB que evaluará el conjunto de datos tridimensional, especifique los parámetros de imagen, incluido el campo de visión, el gradiente, la amplitud y el número de pares bipolares, y ejecute el código. El algoritmo permite la selección de regiones de interés para las que se calcula la media y la desviación estándar de cada parámetro. Dibuje los contornos de la construcción de tejido para seleccionar la región de interés.

Se muestran la media y la desviación estándar de la rigidez, el almacenamiento, el módulo y el módulo de pérdida dentro de la región de interés seleccionada. El programa también proporciona resultados intermedios, incluyendo filtrado de onda después de filtros, filtrado direccional de onda después y perfiles de línea que ayudan a estimar la fidelidad de la recuperación. Para una estimación precisa, la onda filtrada debe ser suave.

La desviación estándar de un parámetro en una región específica de interés también es un indicador de la calidad del cálculo, si es necesario, ajuste otros parámetros según sea necesario para obtener valores precisos de las propiedades mecánicas para observar los cambios en las propiedades mecánicas de las construcciones de ingeniería a medida que se desarrollan. La prueba de resonancia magnética se aplicó durante un período de cuatro semanas. Este mapa de desarrollo de constructos muestra construcciones adipogénicas indicadas por la letra A y osteogénicas indicadas por la letra O con imágenes de magnitud correspondientes, imágenes de ondas puras, ELA y rigidez al cizallamiento promedio mostradas.

El mapa de colores de los ELA se corresponde con la combinación de colores de la barra. El gráfico y las barras de error representan la desviación estándar dentro de cada región de interés de las construcciones. Con el tiempo, las construcciones adipogénicas se volvieron menos rígidas, lo que indica propiedades similares al tejido adiposo.

De manera similar, las construcciones osteogénicas se volvieron más rígidas durante el período de cuatro semanas, lo que indica una diferenciación ósea Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en aproximadamente dos horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante caracterizar completamente el actuador siguiendo este procedimiento. Se pueden utilizar métodos como el análisis bioquímico y la histología para responder a preguntas como la confirmación de la deposición de minerales.

No olvide que cuando trabaje con material celular humano y resonancia magnética, puede ser extremadamente peligroso y la conciencia de BL dos y resonancia magnética adecuadas. Se deben tomar precauciones al realizar estos procedimientos.