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

Para examinar construcciones de tejidos diseñados, las pruebas mecánicas tradicionales, que a menudo resultan en la destrucción de la muestra, no son aceptables. Este método utiliza la elastografía por resonancia magnética microscópica o micro MRE como una técnica no invasiva para medir las propiedades mecánicas de tejidos blandos pequeños. Primero, las células se siembran sobre un andamiaje de biomaterial para generar el tejido.

El tejido se suspende en gel de aros, y la punta de un actuador se coloca dentro del gel. Luego, para caracterizar el movimiento del actuador, este 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 resonancia magnética. Se adquieren imágenes de elastografía. El análisis de las imágenes resultantes muestra el cambio en la rigidez al corte para ambos constructos osteogénicos y adipogénicos.

Primero tuvimos la idea de esta técnica y observamos la fotografía de residencia magnética para su uso en el diagnóstico de enfermedades, y nos dimos cuenta de que podría extenderse a la ingeniería de tejidos. La principal ventaja de esta técnica frente a otras técnicas existentes, como las pruebas mecánicas, es que aplica la tecnología no invasiva de resonancia magnética a las propiedades mecánicas principales de los tejidos. Las aplicaciones de esta técnica se extienden a la ingeniería de tejidos porque el conocimiento de las propiedades mecánicas garantizará su adecuación para los usos previstos en la ingeniería de hueso y cartílago.

Aunque estos métodos proporcionan información valiosa sobre la ingeniería de tejidos, también pueden utilizarse para diagnosticar enfermedades en diferentes órganos, como la fibrosis hepática, la lesión cerebral traumática o el cáncer cerebral, por ejemplo. La demostración visual de este método es fundamental porque incluye pasos difíciles de aprender, así como el conocimiento previo de la ingeniería de tejidos y la imagenología por ritmo de magnitud. Gars. El proceso de preparación del constructo tisular consta de tres etapas principales: expansión de la población celular, siembra de células sobre un andamio de biomaterial y diferenciación mediante el uso de moléculas señalizadoras químicas.

Después del cultivo y la expansión de la línea celular, siembre las células madre mesenquimales humanas o CMMH sobre una esponja de gelatina a una densidad de una vez 10 a la seis células por mililitro para la formación ósea. Aproximadamente tres días después, las células deben aparecer confluentes sobre el andamio para inducir la diferenciación. Retire el medio y sustitúyalo por medio de inducción adipogénica.

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

Repita este ciclo tres veces. Cambie el medio de mantenimiento cada dos días durante cuatro semanas para inducir la osteogénesis. Sustituya por medio osteogénico fresco cada dos días durante toda la duración del estudio.

Aquí el estudio tiene una duración de cuatro semanas y se realiza elastografía por resonancia magnética cada semana. La elastografía por resonancia magnética depende de la propagación de ondas mecánicas de corte 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 piezoeléctrico. 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 %.

Luego agregue gel acro tibio al 0,5 %. Para encapsularlo. Deje que el gel de agarosa se endurezca durante cinco minutos.

A temperatura ambiente, inserte la punta del motor eléctrico de flexión piso en la superficie del gel. A continuación, conecte 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, utilice cinta reflectante si es necesario, y configure el actuador para generar ondas de cizalladura inofensivas con amplitudes significativas de aproximadamente 250 micrones. Configure el generador de funciones para barrer el rango de frecuencias deseado utilizando un voltaje de operación de 20 voltios pico a pico con una señal de ruido blanco.

Para este experimento, el rango de frecuencia deseado es de 20 a 2000 hercios. Para visualizar el espectro caracterizado en el programa Polytech Rsof, seleccione velocidad y 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 entregue un sinusoidal continuo a la frecuencia de resonancia caracterizada. Utilizando un voltaje de operación de 200 voltios pico a pico, denote el desplazamiento generado que entrega el actuador a la superficie del gel. Configure la fibra blanda para mostrar la FFT con el desplazamiento como eje Y. Una vez que el actuador haya sido caracterizado, coloque el tubo de ensayo que contiene la muestra y el actuador en una ranura de una bobina RF de 10 milímetros, y coloque la muestra y el actuador en el centro del escáner de MRI.

Adquiera una imagen preliminar para la identificación de la ubicación del constructo. Una vez localizado el constructo de tejido, establezca los parámetros para la adquisición. Una exploración sagital típica in vitro 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 128 por 128 píxeles. Para los parámetros de elastografía, ajuste la frecuencia del actuador al valor determinado mediante la caracterización láser Doppler vibracional. Para esta muestra, se necesita un par bi con una amplitud de gradiente de 50 gauss por centímetro y un retardo de MRE ajustado a cero.

Cambie el generador de funciones al modo de ráfaga y ajuste los parámetros del generador de funciones para que coincidan con los parámetros de adquisición de elastografía, incluyendo la frecuencia y el número de ciclos. También configure el generador de funciones para que sea activado externamente. Para obtener una imagen sagital, establezca la sensibilización al movimiento en la dirección positiva del corte y comience la exploración tras la adquisición.

Revise la imagen para evaluar la calidad de la señal en el constructo de tejido. Si la imagen parece demasiado oscura, ajuste los parámetros de RM y adquiera otra exploración. A continuación, cambie la sensibilización a la dirección negativa del corte.

Transfiera los archivos desde el escáner de MRI a otro ordenador equipado con MATLAB y ejecute el programa de MATLAB que realizará una división compleja para generar una imagen que muestre la propagación de ondas cortantes. Evalúe la imagen en busca de la presencia de ondas cortantes y posibles artefactos; se pueden trazar perfiles de línea de fase plegada para evaluar mejor la calidad y la amplitud de la onda. Si ocurre plegado, disminuya la amplitud del gradiente y realice una nueva adquisición.

Si no son necesarios ajustes en la imagen. Ajuste el tamaño del arreglo de parámetros a ocho valores igualmente espaciados que abarquen desde cero segundos hasta un período completo de la frecuencia de resonancia caracterizada. Adquiera una exploración tanto en las orientaciones de corte positiva como negativa una vez que se hayan adquirido las imágenes.

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

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

Se muestran la media y la desviación estándar de la rigidez, el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida dentro de la región de interés seleccionada. El programa también proporciona resultados intermedios, incluyendo la onda tras los filtros, la onda tras el filtrado direccional y los perfiles lineales, 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 y observar los cambios en las propiedades mecánicas de los constructos diseñados a medida que se desarrollan. La prueba de ERM se aplicó durante un período de cuatro semanas. Este mapa de desarrollo de constructos muestra constructos adipogénicos indicados con la letra A y osteogénicos indicados con la letra O, con sus imágenes de magnitud correspondientes, imágenes de onda de cizallamiento, AEL y rigidez al corte promedio mostradas.

El mapa de colores para las ELA corresponde con el esquema de colores de la barra. El gráfico y las barras de error representan la desviación estándar dentro de cada región de interés del constructo. Con el tiempo, los constructos adipogénicos se volvieron menos rígidos, lo que indica propiedades similares al tejido adiposo.

De manera similar, los constructos osteogénicos se volvieron más rígidos durante el período de cuatro semanas, lo que indica una diferenciación similar a la ósea. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en aproximadamente dos horas si se lleva a cabo correctamente. Durante el intento de este procedimiento, es importante caracterizar completamente el actuador tras seguir este procedimiento. Métodos como el análisis bioquímico y la histología pueden utilizarse para responder preguntas como la confirmación del depósito mineral.

No olvide que al trabajar con material celular humano y resonancia magnética, puede ser extremadamente peligroso y es fundamental tener conocimiento de las precauciones adecuadas de nivel de bioseguridad dos y de resonancia magnética. Se deben tomar precauciones al realizar estos procedimientos.