Le pli vocal humain, composé d'une couche épithéliale, la lamina propria (LP) et le muscle vocalis, est un tissu mou spécialisé qui convertit le flux d'air dans les poumons en ondes acoustiques pour produire des sons. 1 Cordes vocales oscillent régulièrement pendant la phonation normale, présentant des souches de jusqu'à 30% à des fréquences fondamentales allant de 100-300 Hz. 2 adultes cordes vocales LP est une structure composée d'un gradient superficiel (SLP), un intermédiaire (PLI) et un (DLP) couche profonde. D'autres groupes de classification la épithélium et le SLP que la couche de muqueuse, et combine l'ILP et DLP dans le ligament vocal. 3 La couche de SLP contient essentiellement une matrice amorphe avec des fibres de collagène peu dispersés, alors que le ligament est enrichie en collagène mature et les fibres d'élastine pour offrir une résistance suffisante. 4 La structure et la mécanique des cordes vocales nouveau-nés varient considérablement de leurs homologues adultes. Bien que le mécanismes régulant le développement de cordes vocales et de la maturation ne sont pas encore entièrement compris, la preuve expérimentale a souligné les rôles qui définissent des contraintes mécaniques vocalisation dérivés.
Plusieurs conditions médicales, y compris l'abus de la voix, des infections, des produits chimiques irritants et des interventions chirurgicales, peuvent endommager la corde vocale. Troubles des cordes vocales affectent environ 3-9% de la population américaine. Méthodes actuelles de traitement pour les troubles des cordes vocales sont limitées 5 et un tissu approche d'ingénierie à base de cellules souches est apparue comme une stratégie prometteuse pour la restauration de la fonction de cordes vocales. cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont une alternative appropriée aux primaires fibroblastes des cordes vocales pour voix génie pli de tissu. 6-9 spécification du destin des cellules souches et le développement du tissu ultérieure sont médiés par le créneau spécifique qu'ils résident dans, dont l'état mécanique est un facteur essentiel. 10 forces mécaniques sont des régulateurs essentiels du tissu morphogenèse unnd homéostasie, en particulier pour les tissus qui sont couramment soumis à une charge. 11 Du point de vue de l'ingénierie tissulaire, il a été démontré que l'exposition à des stimulations mécaniques physiologiquement pertinentes favorise la différenciation des cellules souches et spécifique d'un tissu remodelage de la matrice 12 à 15.
bioréacteurs de culture de tissus sont conçus pour simuler l'environnement physiologique désirée pour la croissance des cellules ou des tissus in vitro. Pour vocal génie pli de tissu, il est particulièrement important de recréer l'environnement mécanique des cordes vocales phonating. Une corde vocale bioréacteur idéal devrait fournir efficacement des signaux vibratoires de cellules en culture, ce qui permet un contrôle facile sur la fréquence, l'amplitude et la durée des vibrations. Et ses collègues ont conçu titze un pli bioréacteur vocal (T1 bioréacteur) 16 qui combine étirement statique à haute fréquence (20 à 200 Hz) des oscillations de stimuler la production cellulaire de protéines de la matrice. Using ce bioréacteur, Webb et ses collègues 17 ont étudié les effets de 10 jours, les vibrations de 100 Hz sur les fibroblastes dermiques cultivées dans un acide hyaluronique (HA) à base d'hydrogel. Les constructions soumises à des vibrations présentaient une expression élevée de HA synthase-2 (HAS2), la décorine, la fibromoduline et la métalloprotéinase matricielle-1 (MMP1), par rapport aux témoins statiques. Les effets stimulants sont révélés être dépendants du temps. Plus récemment, notre groupe de 18 a réuni une fois bioréacteur vocal (J1 bioréacteur) en utilisant un amplificateur de puissance, un générateur de fonctions, un haut-parleur clos et une membrane de silicone circonférence ancrée qui transfère l'air oscillant aux cellules attachées. Des fibroblastes de prépuce néonatal cultivées dans le bioréacteur à J1 ont été soumis à 1 h de vibration à 60, 110 ou 300 Hz, avec une déformation dans le plan d'au plus 0,05%. Les résultats de qPCR ont suggéré que l'expression de certains gènes de la MEC a été légèrement modifiée en réponse à des fréquences vibratoires variéeset amplitudes.
Ces conceptions de bioréacteurs, tandis intrigante, présentent plusieurs limites. Par exemple, le système T1 nécessite un grand nombre de connecteurs et de barres de couplage mécanique, ce qui limite les fréquences maximales réalisables. De plus, les cellules peuvent être soumises à une agitation mécanique indésirable et fluide perturbation qui complique l'interprétation des données. Le bioréacteur à J1, d'autre part, présente une efficacité relativement faible de conversion d'énergie et n'est pas facile à utiliser. En outre, les vibrations se détache souvent les constructions cellulaires chargées de la membrane de silicone sous-jacent. Le J2 cordes vocales bioréacteur rapporté ici, conçu sur la base du même principe que la version J1, est optimisée pour l'uniformité et la reproductibilité. Les vibrations de la phonation imitant sont générés aérodynamique dans des chambres de vibrations équipés individuellement où poly fibreux MSC-peuplé (ε-caprolactone) (PCL) échafaudages sont effectively fixé. Laser Doppler Vibrométrie (LDV) permet à l'utilisateur de vérifier le profil vibratoire de l'ensemble membrane / échafaud. Dans notre démonstration, les CSM sont exposés à 200 Hz vibrations sinusoïdales avec un (DE) modèle 1-hr-sur-1-h-off pour un total de 12 heures par jour pendant 7 jours. Les réponses cellulaires aux signaux vibratoires imposées sont étudiées systématiquement. Dans l'ensemble, la corde vocale J2 fournit la plupart des fonctionnalités conviviales, permettant des études de culture cellulaire dynamique à être menées dans un débit élevé et de façon reproductible.