ביו-ריאקטור חדשני של קפלי הקול המסוגל לספק גירוי רטט רלוונטי מבחינה פיזיולוגית לתאים מתורבתים נבנה ומאופיין. מכשיר תרבית דינמי זה, בשילוב עם פיגום פולי (ε-קפרולקטון) סיבי, יוצר סביבה מחקה קפלי קול המווסתת את ההתנהגויות של תאי גזע מזנכימליים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
ביו-ריאקטור חדשני של קפלי הקול המסוגל לספק גירוי רטט רלוונטי מבחינה פיזיולוגית לתאים מתורבתים נבנה ומאופיין. מכשיר תרבית דינמי זה, בשילוב עם פיגום פולי (ε-קפרולקטון) סיבי, יוצר סביבה מחקה קפלי קול המווסתת את ההתנהגויות של תאי גזע מזנכימליים.
הנדסה במבחנה של רקמות פעילות מכנית דורשת הצגת תנאים מכניים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית לתאים מתורבתים. כדי לחקות את הסביבה הדינמית של קפלי הקול, נבנה ומאופיין ביו-ריאקטור חדשני של קפלי הקול המסוגל לייצר גירויים רטטים בתדרי פונציה בסיסיים. המכשיר מורכב ממחולל פונקציות, מגבר כוח, בורר רמקולים ותאי רטט מקבילים. תאי רטט בודדים נוצרים על ידי סנדוויץ' קרום סיליקון בהתאמה אישית בין זוג בלוקים אקריליים. קרום הסיליקון לא רק משמש כתחתית החדר אלא גם מספק מנגנון לאבטחת הפיגום עמוס התאים. אותות רטט, הנוצרים על ידי רמקול המותקן מתחת לבלוק האקרילי התחתון, מועברים לקרום באופן אווירודינמי על ידי האוויר המתנודד. שמונה מודולי רטט זהים, קבועים על שני מוטות מתכת נייחים, שוכנים בתא נגד לחות להפעלה ארוכת טווח בחממת תרבית תאים. מאפייני הרטט של הביוריאקטור של קפל הקול מנותחים באופן לא הרסני באמצעות ויברומטר דופלר לייזר (LDV). התועלת של מכשיר התרבות הדינמית מודגמת על ידי טיפוח מבנים תאיים בנוכחות רעידות סינוסואידיות של 200 הרץ עם תזוזה של אמצע הממברנה של 40 מיקרומטר. תאי גזע מזנכימליים המתורבתים בביו-ריאקטור מגיבים לאותות הרטט על ידי שינוי הסינתזה והפירוק של רכיבי מטריצה חוץ-תאיים הרלוונטיים לקפלי הקול. מערכת הביוריאקטור החדשנית המוצגת כאן מציעה פלטפורמה מצוינת במבחנה לחקר טרנסדוקציה מכנית הנגרמת על ידי רטט ולהנדסת רקמות קפלי קול פונקציונליות.
לקפל ווקאלית האנושית, מורכבת משכבת האפיתל, propria lamina (LP) ושרירי vocalis, הוא ברקמות רכות מיוחדות שממירה את זרימת אוויר מהריאות לגלים אקוסטיים להפקת צליל. 1 קפלי קול להתנדנד באופן קבוע במהלך phonation הנורמלי, תערוכת זנים של עד 30% בתדרים בסיסיים החל 100-300 הרץ. LP לקפל ווקאלית 2 מבוגרים הוא צבע מבנה מורכב משטחי (SLP), ביניים (ILP) ושכבה עמוקה (DLP). קבוצות נוספות סיווג האפיתל וSLP כשכבת רירית, ומשלבים את ILP וDLP לתוך הרצועה ווקאלי. 3 שכבת SLP מכילה בעיקר מטריקס אמורפי עם סיבי collagenous מפוזרים בדלילות, ואילו הרצועה מועשרת בקולגן בוגר וסיבים האלסטין כדי לספק כוח מספיק. 4 המבנה והמכניקה של קפלי קול יילוד להשתנות באופן משמעותי מעמיתיהם בוגרים שלהם. למרות שמנגנוןשל ויסות התפתחות לקפל ווקאלית והתבגרות עדיין לא מובן לחלוטין, ראיות ניסיוניות הצביעו על תפקידי ההגדרה של לחץ מכאני המופק מניקוד.
כמה מצבים רפואיים, ובכלל זה שימוש לרעה בקול, זיהומים, חומרים מגרים כימיים וניתוחים, עלולים לגרום נזק לקפל ווקאלית. הפרעות לקפל ווקאלית להשפיע 3-9% מאוכלוסיית ארה"ב. שיטות טיפול הנוכחיות להפרעות לקפל ווקאלית מוגבלות 5 וגישה הנדסית גזע מבוסס תאי רקמה התפתחה כאסטרטגיה מבטיחה לשחזור תפקוד לקפל ווקאלית. תאי גזע mesenchymal (MSCs) הם אלטרנטיבה מתאימה לfibroblasts לקפל ווקאלית העיקרית להנדסת רקמות לקפל ווקאלית. 6-9 מפרט גורל תאי גזע ופיתוח רקמות הבא מתווכים על ידי הנישה הספציפית שהם מתגוררים, אשר מצבו המכני הוא גורם חיוני. 10 כוחות מכאניים הם רגולטורים חיוניים של המורפוגנזה רקמהnd הומאוסטזיס, במיוחד לרקמות שנחשפות באופן שיגרתי לטעינה. 11 מנקודת מבט של הנדסת רקמות, זה כבר הוכיח כי חשיפה לגירויים פיזיולוגית מכאניים רלוונטיים מקדם גזע התמיינות תאים ושיפוץ מטריצת רקמות ספציפיות. 12-15
bioreactors תרבית רקמה נועדו לדמות את הסביבה הפיזיולוגית הרצויה לצמיחת תאים או רקמות במבחנה. להנדסת רקמות לקפל ווקאלית, זה קריטי במיוחד כדי לשחזר את הסביבה מכאנית של קפלי קול phonating. Bioreactor לקפל ווקאלית אידיאלית צריך למעשה לספק רמזי רטט לתאי תרבות, המאפשר שליטה קלילה על תדר, המשרעת ומשך זמן של תנודות. Titze ועמיתים לעבודה המציאו bioreactor וקאלי לקפל (bioreactor T1) 16 שמשלב מתיחה סטטית עם תדירות גבוהה (20-200 הרץ) תנודות כדי לעורר את הייצור של חלבוני מטריצה. מנצלגרם bioreactor זה, ווב ועמיתים 17 חקרו את ההשפעות של 10 יום, תנודות 100 הרץ על fibroblasts עורי בתרבית בחומצה היאלורונית (HA) מבוסס הידרוג'ל. מבני נתונים לרעידות הציגו ביטוי גבוה של HA synthase-2, decorin, fibromodulin ומטריקס metalloproteinase-1 (MMP1), ביחס לבקרות סטטי (HAS2). השפעות גירוי נמצאו להיות תלוי בזמן. לאחרונה, הקבוצה שלנו 18 התאסף bioreactor וקאלי לקפל (bioreactor J1) באמצעות מגבר כוח, מחוללים אותות, רמקול חזק ומוקף קרום סיליקון circumferentially מעוגני המעביר את אוויר נדנוד לתאים המצורפים. fibroblasts עורלת ילודים טיפח בbioreactor J1 היו נתונים לשעה 1 של רטט ב60, 110 או 300 הרץ, עם מתח במטוס של עד 0.05%. תוצאות qPCR הציעו כי הביטוי של גנים מסוימים ECM שונו באופן מתון בתגובה לתדרי רטט המגווניםואמפליטודות.
עיצובי bioreactor אלה, בעוד מסקרן, יש כמה מגבלות. לדוגמא, מערכת T1 דורשת מספר רב של מחברים וברים לצימוד מכאני, להגביל את התדרים מקסימאלי שניתן להשיג. יתר על כן, תאים עשויים להיות חשופים להפרעות חרדה ונוזל מכאניות בלתי רצויות שתסבכנה את פרשנות הנתונים. Bioreactor J1, לעומת זאת, מציג את יעילות המרת אנרגיה נמוכה יחסית ואינו ידידותי למשתמש. בנוסף, רטט בתדירות גבוהה מנתק את מבני התא עמוס מקרום סיליקון בסיסי. Bioreactor J2 לקפל ווקאלית שדווח כאן, שתוכנן על בסיס אותו העיקרון כמו גרסת J1, מותאם במיוחד עבור עקביות ושחזור. התנודות מחקה-phonation נוצרות מבחינה אווירודינמית בתאי רטט מותאמים באופן אישי שבו פולי MSC-מאוכלסים סיביים (ε-caprolactone) פיגומים (PCL) הם effectivהשיג איליי. הלייזר דופלר vibrometry (LDV) מאפשר למשתמש לאמת את פרופיל הרטט של ההרכבה קרום / פיגום. בהפגנה שלנו, MSCs חשופים לתנודות סינוסי 200 הרץ עם דפוס 1-HR-on-1-HR-off (של) עבור סכום כולל של שעות 12 ביום למשך 7 ימים. תגובות תאיות לרמזי רטט הוטלו נחקרות באופן שיטתי. בסך הכל, לקפל ווקאלית J2 מספק את התכונות הכי ידידותי למשתמש, המאפשר לימודי תרבות תא דינמי להתנהל בתפוקה גבוהה ואופנה לשחזור.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. Bioreactor עצרת (וידאו 1)
2. ייצור פיגום ואפיון
3. עצרת Bioreactor ואפיון
4. תרבית תאי רטט
5. הערכות ביולוגיות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פיגומי PCL המפוברק על ידי electrospinning מכילים נקבוביות מיקרון בגודל ביניים וסיבים הסתבכו באופן אקראי עם קוטר ממוצע של 4.7 (איור 4 א) מיקרומטר. בהגדלה גבוהה יותר, חריצים ונקבוביים ננו גלויים על סיבים בודדים (איור 4). ציפוי של הפיגומים עם פיברונקטין משפר hydrophilicity ומקל על הידבקות התא הראשונית / מתפשט על פיגום PCL (תצפית לא פורסם).
גל סינוסי בתדירות רצויה (ו, 100-30...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הנדסה מוצלחת של רקמות לקפל ווקאלית פונקציונליות במבחנה דורשת הבילוי של microenvironment כמו מתקפל קולני לתווך ההתנהגויות של תאי multipotent. הדעה מקובלת היא כי מבני רקמה או איבר משקפים את הפונקציות שהם נדרשים לבצע. 22 לרקמות לקפל ווקאלית, התנודות בתדירות גבוהות המתרחשות במהלך phonation מוצעות להיות חשוב להבשלת רקמות. במחקר שלנו, פיגומי PCL משמשים כדי לספק תמיכה מבנית כמו ברצועות-אילו bioreactor לקפל ווקאלית נועד להציג אותות מכאניים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אין אינטרסים כלכליים מתחרים קיימים.
אנו מודים לד"ר ג'פרי קפלן לאימונים שלו וייעוץ על ההדמיה confocal. אנו מודים גם למעבדת קק מיקרוסקופית אלקטרונים וד"ר Chaoying Ni לקבלת סיוע SEM. עבודה זו ממומנת על ידי המכון הלאומי לבריאות (NIDCD, R01DC008965 וR01DC011377). ABZ מודה אינטגרטיבית השכלה בוגרת ותכנית (IGERT) למימון המחקר Traineeship NSF.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ערכת אלסטומר סיליקון | Dow Corning | Sylgard 184 | לרפא את הממברנה ב 100 & #176; C למשך שעתיים |
| PCL | Sigma Aldrich | 440744-500G | Mn ~ 80 kDa, ממיסים O/N |
| כלורופורם | סיגמא אולדריץ' | C7559-5VL | |
| MSCs שמקורם במח עצם אנושי | Lonza | PT-2501 | התקבל עם מעבר 2 |
| אמצעי תחזוקה MSC | Lonza | PT-3001 | 10% FBS במדיה בזאלית בתוספת עם L-גלוטמין, גנטמיצין ואמפוטריצין |
| מגיב דיסוציאציה של תאי Accutase | Life Technologies | A11105-01 | |
| אתנול | סיגמא אולדריץ' | E7023-500ML | |
| פיברונקטין | סיגמא אולדריץ' | F2006-1MG | |
| MMP1 DuoSet ELISA ערכת | מו"פ & D מערכות | DY901 | |
| HA ELISA ערכת | Echelon Biosciences | ק-1200 | |
| PBS | Life Technologies | 14190-136 | |
| פרופידיום יודיד | Life Technologies | P1304MP | |
| Syto-13 | Life Technologies | S7575 | |
| ערכת שעתוק הפוך QuantiTect | Qiagen | 205311 | |
| SYBR Green PCR מאסטר מיקס | Life Technologies | 4309155 | |
| רמקול חלופי | DAYTON audio (באמצעות Parts Express) | DS90-8 | קונוס נייר, טווח מלא (80-13,000 הרץ), 85 dB |
| Ergo Micro מומנט מומנט | Mountz | # 020377 | טווח מומנט: 20-120 cN· m |
| בורר רמקולים סטריאו | RadioShack | 40-244 | טיפול בהספק מרבי 50 W |
| מחולל פונקציות | אג'ילנט | 33220A | טווח תדרים 1 ומיקרו; מגבר הספק Hz-20 MHz |
| אודיו PYLE | PylePro PT2400 | תגובת תדרים: 10 הרץ-50 קילו-הרץ, שני רמקולים ערוצים | |
| חממת תרבית תאים | תרמו פישר | Steri-Cult 3307 | |
| מערכות משאבות עידן חדש | NE-300 | ||
| ספק כוח מתח גבוה | Spellman | CZE 1000R | מתח יציאה: 0-30 קילו וולט |
| מיקרוסקופ אלקטרונים סורק | JEOL-USA | JSM-7400F | |
| שולחן כתיבה זהב מקרטע ציפוי | דנטון ואקום | DSK00V-0013 | |
| דופלר לייזר ויברומטר | Polytec | PDV-100 | מדידת מהירות ללא מגע (0-22 קילו-הרץ) |
| מערכת זיהוי רצף PCR | יישומי ביוסיסטמס | ABI7300 | |
| מיקרוסקופ קונפוקלי מולטיפוטון | Zeiss | Zeiss 510Meta NLO | |
| UV-VIS ספקטרופוטומטר | NanoDrop Products באמצעות Thermo Scientific | ND-2000 | |
| VibSoft Data Acquisition Software | Polytec | Acquisition רוחב פס עד 40 מגה-הרץ | |
| Origin 8.5 Data Analysis Software | qPCR qOriginLab | ||
| qPCR | Biogazelle | V2.3 | |
| סגסוגת אלומיניום | מקמאסטר-קאר | סגסוגת 6061 | |
| בלוקים אקריליים | מקמאסטר-קאר | ||
| תא נגד לחות פוליקרבונט | מקמאסטר-קאר | עמיד בפני פגיעות ברגי פוליקרבונט | |
| כבל | |||
| Tygon S-50-HL | מזרק 10 מ"ל שקוף, תואם | ||
| ביולוגית | בקטון דיקינסון | 309604 | |
| 21 גרם מחט קהה קצה | חלקים קטנים | NE-213PL-25 | באורך 1-1/2 אינץ' |
| RadioShack | 270-354 | ||
| אגרוף ביופסיה 8 מ"מ | Sklar מכשירים כירורגיים | 96-1152 | סטרילי, חד פעמי |
| 12 מ"מ | Acuderm (באמצעות Fisher Scientific)NC9998681 | ||
| צלוחיות תרבית רקמות | תרבית תאי | קורנינג |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.