Dispositifs électriques et magnétiques de champ pour la stimulation des tissus biologiques

Juan José Saiz Culma; Juan Felipe Escobar Huertas; Diego Alexander Garzón-Alvarado; Juan Jairo Vaca-Gonzalez

doi:10.3791/62111

Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.

Article de méthode

Dispositifs électriques et magnétiques de champ pour la stimulation des tissus biologiques

5K vues

⸱

DOI :

10.3791/62111

⸱

15 mai 2021

Juan José Saiz Culma¹^,² , Juan Felipe Escobar Huertas²^,³ , Diego Alexander Garzón-Alvarado¹^,² , Juan Jairo Vaca-Gonzalez¹^,⁴

¹Biomimetics Laboratory, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional de Colombia, ²Numerical Methods and Modeling Research Group (GNUM), Universidad Nacional de Colombia, ³Design, Analysis and Development of Engineering Systems Research group (GIDAD), Fundación Universitaria Los Libertadores, ⁴School of Health and Sports Sciences, Master Program in Epidemiology, Fundación Universitaria del Área Andina

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit le processus étape par étape pour construire des stimulateurs électriques et magnétiques utilisés pour stimuler les tissus biologiques. Le protocole comprend une ligne directrice pour simuler les champs électriques et magnétiques informatiques et la fabrication d’appareils stimulateurs.

Résumé

Les champs électriques (FE) et les champs magnétiques (MF) ont été largement utilisés par l’ingénierie tissulaire pour améliorer la dynamique cellulaire comme la prolifération, la migration, la différenciation, la morphologie et la synthèse moléculaire. Cependant, des variables telles que la force de stimulus et les temps de stimulation doivent être considérées en stimulant des cellules, des tissus ou des échafaudages. Étant donné que les FE et les MF varient selon la réponse cellulaire, il n’est pas clair comment construire des dispositifs qui génèrent des stimuli biophysiques adéquats pour stimuler les échantillons biologiques. En fait, il y a un manque de preuves concernant le calcul et la distribution lorsque des stimuli biophysiques sont appliqués. Ce protocole est axé sur la conception et la fabrication d’appareils pour générer des FE et des MF et la mise en œuvre d’une méthodologie computationnelle pour prédire la distribution des stimuli biophysiques à l’intérieur et à l’extérieur des échantillons biologiques. Le dispositif EF était composé de deux électrodes parallèles en acier inoxydable situées au sommet et au bas des cultures biologiques. Les électrodes étaient reliées à un oscillateur pour générer des tensions (50, 100, 150 et 200 Vp-p) à 60 kHz. L’appareil MF était composé d’une bobine, qui a été dynamisé avec un transformateur pour générer un courant (1 A) et la tension (6 V) à 60 Hz. Un support en méthacrylate polyméthyle a été construit pour localiser les cultures biologiques au milieu de la bobine. La simulation computationnelle a élucidé la distribution homogène des FE et des MF à l’intérieur et à l’extérieur des tissus biologiques. Ce modèle informatique est un outil prometteur qui peut modifier des paramètres tels que les tensions, les fréquences, les morphologies tissulaires, les types de plaques de puits, les électrodes et la taille des bobines pour estimer les FE et les MF pour obtenir une réponse cellulaire.

Introduction

Il a été démontré que les FE et les MF modifient la dynamique cellulaire, stimulant la prolifération et augmentant la synthèse des principales molécules associées à la matrice extracellulaire des tissus¹. Ces stimuli biophysiques peuvent être appliqués de différentes façons en utilisant des paramètres et des dispositifs spécifiques. En ce qui concerne les dispositifs de générer des FE, les stimulateurs de couplage direct utilisent des électrodes qui sont en contact avec des échantillons biologiques in vitro ou implantées directement dans les tissus des patients et des animaux in vivo^2; cependant, il y a encore des limita....