במחקר זה, actuator ביולוגי עצמית התייצבות, biorobot שחייה עם זרועות פונקציונליות אלסטומרי פונקציונלי מזרקים עם cardiomyocytes, מתורבת, ומאופיינת המאפיינים הביוכימיים והביומכניים שלהם לאורך זמן.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
במחקר זה, actuator ביולוגי עצמית התייצבות, biorobot שחייה עם זרועות פונקציונליות אלסטומרי פונקציונלי מזרקים עם cardiomyocytes, מתורבת, ומאופיינת המאפיינים הביוכימיים והביומכניים שלהם לאורך זמן.
בשנים האחרונות, התקנים היברידיים המורכבת של תא חי או רכיב רקמה משולב עם חוט שדרה סינתטי פותחו. התקנים אלה, הנקראים biorobots, מופעלים אך ורק על ידי כוח שנוצר על ידי פעילות מכווצת של הרכיב החי, בשל היתרונות הטבועים רבים, יכול להיות חלופה קונבנציונאלי מלא רובוטים מלאכותיים. כאן, אנו מתארים את שיטות זרע לאפיין actuator ביולוגי biorobot שתוכנן, מפוברק, ו functionalized בחלק הראשון של מאמר זה שני חלקים. מפעיל ביולוגי מפוברק ומכשירי biorobot המורכבים מבסיס polydimethylsiloxane (PDMS) וממשק סרט דק היו פונקציונליים עבור התקשרות תא עם fibronectin. לאחר functionalization, cardiomyocytes חולדה neonatal היו seeded על הזרוע PDMS זרוע בצפיפות גבוהה, וכתוצאה מכך גיליון תאים confluent. המצלמות היו צילמו כל יום ותנועת הקאנטיזרועות המנוף נותחו. ביום השני לאחר הזריעה, ראינו את כיפוף הזרועות שלוחות בשל כוחות המופעל על ידי התאים במהלך התכווצויות ספונטנית. לאחר ניתוח כמותי של כיפוף שלוחה, עלייה הדרגתית הלחץ פני השטח המופעל על ידי התאים כפי שהם התבגרו לאורך זמן נצפתה. כמו כן, ראינו התנועה של biorobot עקב actuation של הזרוע PDMS זז, אשר פעל כסנפיר. עם כימות של פרופילי השחייה של המכשירים, נצפו מצבים הנעה שונים, אשר הושפעו בזווית המנוחה של הסנפיר. כיוון התנועה ותדר המכות נקבעו גם על ידי זווית המנוחה של הסנפיר, ורמת מהירות מקסימלית של 142 מיקרומטר לשנייה נצפתה. בכתב יד זה, אנו מתארים את הנוהל לאכלוס המכשירים המפוברקים עם קרדיומיוציטים, וכן להערכת המפעיל הביולוגי ופעילות ביורובוט.
Biorobots הם מכשירים המבוססים על תאים חיים כי הם משולבים בתוך עמוד שדרה מכני כי הוא מורכב בדרך כלל מחומרים רכים, גמישים, כגון PDMS או הידרוג 1 . התאים עוברים צירים קצביים, או באופן ספונטני או בתגובה לגירויים, ובכך מתפקדים כמפעיל. הכוח שנוצר מכווץ התא כונני biorobots שונים. תאים לב יונקים (cardiomyocytes) ותאי שריר השלד משמשים לעתים קרובות עבור actuation biorobot בשל המאפיינים התכווצות שלהם. מלבד cardiomyocyte ותאי שריר השלד, סוגים אחרים של תאים, כגון רקמות שריר חרקים 2 ו tissanted רקמות שריר 3 , כבר בשימוש. רקמות שריר חרקים לאפשר את הפעולה של המפעילים הביול....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הנהלים המתוארים כאן בוצעו באמצעות פרוטוקול מאושר בהתאם לתקנות של טיפול בבעלי חיים מוסדיים ועדת שימוש של אוניברסיטת נוטרדאם.
1. תא זרע ותרבות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המפעיל הביולוגי עשוי שלוחה PDMS דק (25 מיקרומטר עובי) ו cardiomyocytes מהווה את הליבה של biorobot שחייה, כפי שמוצג סכמטי ואת צילום מסך של מכשירים באיור 1 . התאים מתחילים להציג התכווצויות לאחר 24 שעות בתרבות, וכיפוף של זרועות שלוחה נצפתה על ידי יום 2. פרופיל הצד של המכשיר נרשם מדי יום, ואת הלחץ פני השטח היה לכמת מן כיפוף של זרועות שלוחה באמצעות ניתוח תמונה מותאמת אישית סקריפט 7 - - . המתח הדינמי והדינמי.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההליך המתואר כאן מתאר שיטת זריעה מוצלחת עבור PDMS מבוססי actuators ו biorobots, אשר מאפשר את ההתקשרות של cardiomyocytes. יתר על כן, התהליך של רכישת התמונה ואת הניתוח הבאים המאפיינת את ההתנהגות של התאים ואת הביצועים של המכשירים תוארה.
ראינו התכווצות ספונטנית של תאים על זרועות שלוחה לאחר 24 שעות; את עוצמת התכווצויות המשיך לעלות בהתמדה לאורך זמן והגיע מקסימום ביום 6, לאחר מכן אינטנסיביות ירד לאט. למרות הזרועות שלוחה.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
MT Holley נתמך על ידי תוכנית עמיתי בוגרים של מועצת לואיזיאנה של ריג 'נט, ו C. דניאלסון נתמך על ידי הווארד יוז המכון הרפואי פרופסורים התוכנית. מחקר זה נתמך על ידי NSF גרנט מס ': 1530884.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזקים>כימיקלים וריאגנטים | |||
| תאי לב ראשוניים) | צ'ארלס ריבר | , NA | מבודד מחולדות ספראג דולי בן יומיים |
| , Dulbecco' נשר שונה' s media (DMEM) | Hyclone Laboratories | 16750-074 | עם 4500 מ"ג/ליטר גלוקוז, 4.0 מ"מ L-גלוטמין ו-110 מ"ג/ליטר נתרן פירובט |
| Fetalclone III סרום | Hyclone Industries, GE | 16777-240 | סרום בווין עוברי (FBS) |
| Dulbecco' s מאגר פוספט (PBS) | סיגמא-אולדריץ' | D1408-100ML | |
| פניצילין-G מלח נתרן | סיגמא-אולדריץ' | P3032 | |
| סרום עיזים | סיגמא-אולדריץ' | G9023 | |
| 4,6-דיאמידינו-2-פנילינדול אבקת דיהידרוכולריד (DAPI) | סיגמא-אולדריץ' | D9542 | |
| פיברונקטין מפלזמת בקר | סיגמא-אולדריץ' | F1141 | (1 מ"ג/ מ"ל) |
| ערכת סידן-AM ואתידיום הומודימר-1 (בדיקה חיה/מתה) | בדיקות מולקולריות | L3224 | |
| סידן פלואו-4, | AM בדיקות מולקולריות | F14217 | צבע אינדיקטור סידן |
| תמיסת מלח טירודס | Sigma-Aldrich | T2397 | תמיסת חיץ |
| פלורונית F-127 | בדיקות מולקולריות | P3000MP | תמיסת פעילי שטח לא יונית-20% בדימתילסילוקסן (DMSO) |
| 16% Parafomaldehyde | מיקרוסקופ אלקטרונים | 15710 | זהירות: מגרה ודליק |
| Triton x-100 | Sigma-Aldrich | 100 מ"ל | , (4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl) פניל-פוליאתילן גליקול, t-אוקטילפנוקסיפוליאתוקסיאתנול, פוליאתילן גליקול טרט-אוקטילפניל אתר) |
| ProLong זהב נוגד דהייה | בדיקות מולקולריות | P10144 | |
| Alexa Fluor 594 | בדיקות מולקולריות | A12381 | סמן נימה |
| אקטין נוגדן משני עז נגד ארנב IgG (H+L), Alexa Fluor 594 | בדיקות מולקולריות | A-11012 | |
| בדיקות | מולקולריות | A-11001 | |
| אנטי-קונקסין 43 נוגדן | Abcam | ab11370 | סמן צומת פער |
| אנטי טרופונין לב I נוגדן | Abcam | ab10231 | חלבון מתכווץ |
| 16% תמיסת פרפורמלדהיד בדרגת EM | מיקרוסקופ אלקטרונים | 100503-916 | |
| פולידימתילסילוקסן (PDMS) | Elsevier | Sylgard 184 | |
| <חזק>חומרים וציוד | |||
| מצלמה | Thor Labs | DCC1545M | |
| אור LED רצועה | NA | NA כל | LED לבן ללא פליטת ספקטרום |
| מיקרוסקופ קונפוקלי | Nikkon C2 | NA | מיקרוסקופ קונפוקלי עם שלושה סט מסננים. |
| עדשת זום | Infinity Model# 252120 | ||
| Software | |||
| Matlab | Mathworks | NA | בשימוש בסעיף 4) לניתוח מפעילים ביולוגיים. |
| Image J | המכון הלאומי לבריאות | NA | תוכנת עיבוד תמונה מבוססת Java. משמש בסעיף 5) לניתוח ביורובוט. תוכנת עיבוד וניתוח תמונה בחינם ב-java. (https://imagej.nih.gov/ij/) |
| תוכנת הפעלה | Thor Cam | Thor Labs | NA |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה