Name: עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-08-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: חקור את תגובת רקמת מסתם הלב האבי העורקי ללחץ מחזורי באמצעות ביוריאקטור מותאם אישית. שיטה זו מאפשרת ניתוח ביולוגי מעמיק של השפעות מכניות על תאי הלב ופיתוח טיפולים חדשים למחלות מסתמים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים שאד Schipke ודניאל Chesser עזרתם בעיצוב ייצור של המערכת מיילס Valtresa לסיוע בהכנת כתב היד.

1. רקמות קציר הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שסתומים אבי העורקים צריכה להיות שנאספו חזירים מבוגר במשקל של לא יותר מ 120 £ מיד לאחר מותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את השסתומים פעמיים עם פוספט סטרילי שנאגרו מלוחים (PBS) הובלה למעבדה על הקרח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל הצעדים הבאים צריכים להתבצע בתנאים סטריליים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי הכרוזים אינם מראים כל סימן של ניוון, קריעה או הסתיידות. הסר כרוזים מן השורש על ידי חיתוך אבי העורקים 1 / 3 של המרחק annulus. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המקום עלונים בבארות בודדים של צלחת שישה היטב דגירה לילה עם בינוני השתנה הנשר 3ml של Dulbecco להשלים עם פתרון anti-biotic/anti-mycotic 1% ו -10% בסרום שור העובר על 37 ° C ו 5% CO 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כחלופה, תאים מבודדים ניתן seeded לתוך שש צלחות היטב בתרבות בשימוש במכשיר לחץ. בידוד של תאים שסתום אנדותל ותאים ביניים יכול להתבצע כפי שתואר לעיל 13, 14. </li></ol> 2. לחץ מחקרים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערכת מחוייט לחץ תוכנן כדי לחקור את ההשפעות של הלחץ mechanobiological מחזורית על רקמת שסתום אבי העורקים 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היכנס למחשב, לפתוח את התוכנית LabVIEW (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני ניסויים, המערכת צריכה להיות מכויל כראוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את ספק הכוח המעגל. זה מספק הכוח שסתומים סולנואיד כי שליטה על זרימת האוויר לתוך ומחוץ לתא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא אוויר דחוס הוא מחובר למערכת ולפתוח את אספקת האוויר למהירות מלאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המגבר האות. ודא קריאת מתח 0.00. כוון לפי הצורך </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשק LabVIEW יש מתג מסומן "TEST / שיא". ודא את המתג מוגדר "TEST". לחץ על הלחצן שכותרתו "אספקת אוויר" כדי לפתוח את שסתום היניקה סולנואיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות ווסת לחץ הגז, לחצים על החדר עם אוויר דחוס ב 1 PSI. הלחץ בתא ניתן לקרוא באמצעות מד לחץ דיגיטלי הממוקם על הקצה האחורי צלחת של החדר. לאחר הלחץ יש equilibrated, להקליט את הקריאה מתח מ מגבר את האות. חזור עבור PSI 2, 3, 4 ו -5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בניית עקומת כיול של לחץ מול מתח. הלחץ צריך להיות המרה ל PSI מ"מ כספית. המשוואה מן הגרף ניתן להציב לתוך הקוד של התוכנית LabVIEW </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הלוח הקדמי אלומיניום מבית הבליעה לחץ ולרסס את החדר עם אתנול 70%. השאירו למשך תקופה מינימלית של 10 דקות כדי לאפשר אדי אתנול שיורית להתפוגג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת שש היטב המכילה את דגימות כרוז אל תוך החדר ולהחליף את צלחת הקדמי. ודא החותם הוא אטום על ידי הידוק אגוזים ממוקמת על ארבעה מוטות הברגה (נמצא בכל פינה של צלחת סוף) ביד. הנח את תא הלחץ ב 37 מעלות צלזיוס חממה. תרשים סכמטי של תא הלחץ שמוצג באיור 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשק תנחה את המשתמש על מנת לספק את כמות הזמן בין מחזורי מערכת קלט ופלט אוויר דחוס. אלה צריך להיות מוגדר התנאים הסיסטולי והדיאסטולי ואת 0.6s ו 0.4s לחקות, בהתאמה, בתדר של 1Hz. המשתמש צריך גם להזין נתיב קובץ הנתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב LabVIEW, לחץ לרוץ לעבור "מבחן / RECORD" לעבור את "שיא". </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא הלחץ הוא ברמה הרצויה באמצעות גרף על ממשק LabVIEW. לחץ יכול להיות מותאם באמצעות ווסת לחץ הגז. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעלת התוכנית לאורך הזמן הרצוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הניסוי הושלם, לחץ על כפתור לעצור על LabVIEW, לכבות את אספקת האוויר ולפתוח את שסתום הפליטה על תא הלחץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את צלחת הקצה הקדמי של החדר ולאחזר שש דגימות גם צלחת ובה. דוגמאות ניתן כעת ניתח עבור ביטוי גנים, ביטוי חלבון, היסטולוגיה, תכונות מכניות וכו ' </li></ol> 3. נציג תוצאות: מערכת הלחץ הוא מסוגל לדמות את הלחצים transvalvular המרבי נצפה תחת normotensive, יתר לחץ דם בשלב התנאים ואני בשלב II. עם זאת, הלחץ לא היה מסוגל לחקות את הלחץ הסיסטולי הדרגתי, שהוא בעצם אפס in vivo. תדירות נשמר 1Hz, עם זמן אוויר מפרצון של 0.6s ואת זמן פליטה של ​​0.4s. נציג גל הלחץ של התנאים לחץ נורמלי גבוהות המתקבל המערכת ניתן לראות באיור 3. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig1.jpg" alt="איור 1"> איור 1: צילום מסך של ממשק LabVIEW. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig2.jpg" alt="איור 2"> איור 2: ציור סכמטי של תא הלחץ להציג א איזומטרי של תא הלחץ, להציג צד ב 'של תא הלחץ;נוף ג לראש תא הלחץ. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig3.jpg" alt="איור 3"> איור 3: תרשים של סימולציה לחץ בתוך תא הלחץ (A) normotensive, (ב) שלב I יתר לחץ דם, ו - (ג) שלב II תנאים יתר לחץ דם.

<ol><li>Freeman, R. V., Otto, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectrum+of+calcific+aortic+valve+disease%3A+pathogenesis%2C+disease+progression%2C+and+treatment+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Spectrum of calcific aortic valve disease: pathogenesis, disease progression, and treatment strategies.</a> Circulation. 111, 3316-3326 (2005).</li>
<li>Robicsek, F., Thubrikar, M. J., Fokin, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cause+of+degenerative+disease+of+the+trileaflet+aortic+valve%3A+review+of+subject+and+presentation+of+a+new+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Thorac+Surg%22%5BJournal%5D)">Cause of degenerative disease of the trileaflet aortic valve: review of subject and presentation of a new theory.</a> Ann Thorac Surg. 73, 1346-1354 (2002).</li>
<li>Thubrikar, M. J., Aouad, J., Nolan, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+of+calcific+deposits+in+operatively+excised+stenotic+or+purely+regurgitant+aortic+valves+and+their+relation+to+mechanical+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Patterns of calcific deposits in operatively excised stenotic or purely regurgitant aortic valves and their relation to mechanical stress.</a> Am J Cardiol. 58, 304-308 (1986).</li>
<li>Agno, F. S., Chinali, M., Bella, J. N., Liu, J. E., Arnett, D. K., Kitzman, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aortic+valve+sclerosis+is+associated+with+preclinical+cardiovascular+disease+in+hypertensive+adults%3A+the+Hypertension+Genetic+Epidemiology+Network+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hypertens%22%5BJournal%5D)">Aortic valve sclerosis is associated with preclinical cardiovascular disease in hypertensive adults: the Hypertension Genetic Epidemiology Network study.</a> J Hypertens. 23, 867-8673 (2005).</li>
<li>Cawley, P. J., Otto, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prevention+of+calcific+aortic+valve+stenosis+-+fact+or+fiction%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Prevention of calcific aortic valve stenosis - fact or fiction.</a> Annals of Medicine. 41, 100-108 (2009).</li>
<li>Durst, C. A., Grande-Allen, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+physical+characterization+of+a+synchronous+multivalve+aortic+valve+culture+system%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Design and physical characterization of a synchronous multivalve aortic valve culture system.</a> Ann Biomed Eng. 38, 319-3125 (2010).</li>
<li>Engelmayr, G. C., Soletti, L., Vigmostad, S. C., Budilarto, S. G., Federspiel, W. J., Chandran, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flex-stretch-flow+bioreactor+for+the+study+of+engineered+heart+valve+tissue+mechanobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">A novel flex-stretch-flow bioreactor for the study of engineered heart valve tissue mechanobiology.</a> Ann Biomed Eng. 36, 700-712 (2008).</li>
<li>Sucosky, P., Padala, M., Elhammali, A., Balachandran, K., Jo, H., Yoganathan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+an+ex+vivo+culture+system+to+investigate+the+effects+of+shear+stress+on+cardiovascular+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Design of an ex vivo culture system to investigate the effects of shear stress on cardiovascular tissue.</a> J Biomech Eng. 130, 035001-03 (2008).</li>
<li>Syedain, Z. H., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+cyclic+stretch+bioreactor+for+tissue-engineered+heart+valves%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Controlled cyclic stretch bioreactor for tissue-engineered heart valves.</a> Biomaterials. 30, 4078-4084 (2009).</li>
<li>Lagana, K., Moretti, M., Dubini, G., Raimondi, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+bioreactor+for+the+controlled+application+of+complex+mechanical+stimuli+for+cartilage+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Inst+Mech+Eng+H%22%5BJournal%5D)">A new bioreactor for the controlled application of complex mechanical stimuli for cartilage tissue engineering.</a> Proc Inst Mech Eng H. 222, 705-715 (2008).</li>
<li>Wartella, K. A., Wayne, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioreactor+for+biaxial+mechanical+stimulation+to+tissue+engineered+constructs%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Bioreactor for biaxial mechanical stimulation to tissue engineered constructs.</a> J Biomech Eng. 131, 044501-044501 (2009).</li>
<li>Wallis, M. C., Yeger, H., Cartwright, L., Shou, Z., Radisic, M., Haig, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+study+of+a+novel+urinary+bladder+bioreactor%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng+Part+A%22%5BJournal%5D)">Feasibility study of a novel urinary bladder bioreactor.</a> Tissue Eng Part A. 14, 339-348 (2008).</li>
<li>Butcher, J. T., Nerem, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valvular+endothelial+cells+regulate+the+phenotype+of+interstitial+cells+in+co-culture%3A+effects+of+steady+shear+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng%22%5BJournal%5D)">Valvular endothelial cells regulate the phenotype of interstitial cells in co-culture: effects of steady shear stress.</a> Tissue Eng. 12, 905-915 (2006).</li>
<li>Metzler, S. A., Pregonero, C. A., Butcher, J. T., Burgess, S. C., Warnock, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+Strain+Regulates+Pro-Inflammatory+Protein+Expression+in+Porcine+Aortic+Valve+Endothelial+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Heart+Valve+Dis%22%5BJournal%5D)">Cyclic Strain Regulates Pro-Inflammatory Protein Expression in Porcine Aortic Valve Endothelial Cells.</a> J Heart Valve Dis. 17, 571-578 (2008).</li>
<li>Schipke, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchipke%2C+KJ+%22Design+of+a+cyclic+pressure+bioreactor+for+the+ex+vivo+study+of+aortic+heart+valve+mechanobiology%22">Design of a cyclic pressure bioreactor for the ex vivo study of aortic heart valve mechanobiology</a>. , Mississippi State University. Mississippi State. (2008).</li>
<li>Smith, K. E., Metzler, S. A., Warnock, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+strain+inhibits+acute+pro-inflammatory+gene+expression+in+aortic+valve+interstitial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biomechanics+and+Modeling+in+Mechanobiology%22%5BJournal%5D)">Cyclic strain inhibits acute pro-inflammatory gene expression in aortic valve interstitial cells.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. , (2009).</li>
<li>Warnock, J. N., Burgess, S. C., Shack, A., Yoganathan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+immediate-early+gene+responses+to+elevated+pressure+in+porcine+aortic+valve+interstitial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Heart+Valve+Dis%22%5BJournal%5D)">Differential immediate-early gene responses to elevated pressure in porcine aortic valve interstitial cells.</a> J Heart Valve Dis. 15, 34-41 (2006).</li>
<li>Brathwaite, D., Weissman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+new+onset+of+atrial+arrhythmias+following+major+noncardiothoracic+surgery+is+associated+with+increased+mortality%5BTitle%5D)+AND+%22Chest%22%5BJournal%5D)">The new onset of atrial arrhythmias following major noncardiothoracic surgery is associated with increased mortality.</a> Chest. 114, 462-468 (1998).</li>
<li>Walsh, S. R., Oates, J. E., Anderson, J. A., Blair, S. D., Makin, C. A., Walsh, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postoperative+arrhythmias+in+colorectal+surgical+patients%3A+incidence+and+clinical+correlates%5BTitle%5D)+AND+%22Colorectal+Dis%22%5BJournal%5D)">Postoperative arrhythmias in colorectal surgical patients: incidence and clinical correlates.</a> Colorectal Dis. 8, 212-216 (2006).</li>
<li>Walsh, S. R., Tang, T., Gaunt, M. E., Schneider, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+arrhythmias+after+non-cardiothoracic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22BMJ%22%5BJournal%5D)">New arrhythmias after non-cardiothoracic surgery.</a> BMJ. 7, 333-333 (2006).</li>
<li>Walsh, S. R., Tang, T., Wijewardena, C., Yarham, S. I., Boyle, J. R., Gaunt, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postoperative+arrhythmias+in+general+surgical+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+R+Coll+Surg+Engl%22%5BJournal%5D)">Postoperative arrhythmias in general surgical patients.</a> Ann R Coll Surg Engl. 89, 91-95 (2007).</li>
</ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

המערכת חשופה ללחץ בהצלחה עלונים שסתום אבי העורקים ללחצים מחזורית שהיו נציג הלחץ הדיאסטולי transvalvular. עם זאת, לא הצליחה לחקות את הלחץ הסיסטולי transvalvular, כמו הלחץ רק ירד ל 40 מ&quot;מ כספית. לחץ Transvalvular ההבדל בין הלחץ באבי העורקים העולה ואת החדר השמאלי. במהלך דיאסטולה, כאשר שסתום סגור, ההבדל הלחץ 80mmHg בתנאים normotensive ו 90 מ&quot;מ כספית ו 100mmHg בשלב I ו-II שלב יתר לחץ דם, בהתאמה. במהלך התכווצות, כאשר השסתום פתוח, ההבדל בלחץ בין החדר השמאלי לבין האאורטה עולה הו...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> שם מגיב </th><th> חברה </th><th> מספר קטלוגי </th><th> הערות (אופציונלי) </th></tr><tr><td> DMEM </td><td> סיגמא </td><td> D5671 </td><td></td></tr><tr><td> Dulbecco של PBS </td><td> סיגמא </td><td> D5652 </td><td></td></tr><tr><td> Anti-mycotic/antibiotic פתרון </td><td> סיגמא </td><td> A5955 </td><td></td></tr><tr><td> סרום שור עוברית </td><td> ThermoScientific </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> סולנואיד Viton הסרעפת שסתומים </td><td> מקמאסטר קאר </td><td> 4868K11 </td><td></td></tr><tr><td> לחץ מתמר </td><td> אומגה הנדסה בע&quot;מ </td><td> PX302-200GV </td><td></td></tr><tr><td> תא עומס מרכך </td><td> הדרן אלקטרוניקה, Inc </td><td> 4025-101 </td><td></td></tr><tr><td> רכישת נתונים (DAQ) Module </td><td> מדידה המיחשוב </td><td> PMD1608 </td><td></td></tr></tbody></table>

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי ex vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

שסתום אבי העורקים, הנמצא בין החדר השמאלי לבין אבי העורקים, שמאפשר זרימת דם חד כיווני, מונע backflow לתוך החדר. שסתום אבי העורקים עלונים מורכבים תאים ביניים מושעה בתוך המטריצה ​​תאית (ECM) ו מכוסים monolayer תא האנדותל. השסתום עמיד סביבה קשים, דינמי חשוף כל הזמן גזירה, כפיפה, מתח, דחיסה. מחקרים הראו נגעים calcific ב שסתומים חולה להתרחש באזורים של לחץ מכני גבוה כתוצאה של הפרעה או נזק אנדותל מטריצה ​​ביניים 1-3. לפיכך, אין זה מפתיע כי מחקרים אפידמיולוגיים הראו לחץ דם גבוה להיות גורם סיכון המובילות תחילת המחלה שסתום אבי העורקים 4. האפשרות היחידה העומדת כיום לטיפול במחלה הוא החלפת המסתם כירורגית של המסתם הפגוע עם שסתום מכני או bioprosthetic 5. הבנה משופרת של הביולוגיה שסתום בתגובה מדגיש גופנית תעזור להבהיר את מנגנוני הפתוגנזה שסתום. בתורו, זה יכול לעזור בפיתוח של טיפולים לא פולשניים כגון התערבות מניעה או תרופות. Bioreactors פותחו מספר קודם ללמוד את mechanobiology של מסתמי הלב יליד או מהונדסים 6-9. Bioreactors pulsatile יש גם פותחו ללמוד מגוון רחב של רקמות, כולל 10 סחוס, עצם 11 ושלפוחית ​​השתן 12. מטרת עבודה זו היתה לפתח מערכת לחצים מחזורית שניתן להשתמש בו על מנת להבהיר את התגובה הביולוגית של עלונים שסתום אבי העורקים אל המון לחץ מוגבר. המערכת כללה תא אקרילי שבו למקום דגימות לייצר לחץ מחזורית, סולנואיד Viton הסרעפת שסתומים לשלוט בעיתוי של המחזור לחץ, מחשב כדי לשלוט מכשירים חשמליים. הלחץ היה פיקוח באמצעות מתמר הלחץ, את האות הותנה בעזרת מרכך תא העומס. תוכנית LabVIEW מוסדר את הלחץ באמצעות מכשיר אנלוגי משאבת אוויר דחוס לתוך המערכת בקצב המתאים. המערכת חיקה את רמות הלחץ הדינמי transvalvular הקשורים שסתום אבי העורקים, גל שן ראה המיוצר עלייה הדרגתית בלחץ, אופייני שיפוע הלחץ transvalvular כי קיים על פני המסתם במהלך דיאסטולה, ואחריו ירידה חדה בלחץ המתארות פתיחת שסתום התכווצות. התוכנית LabVIEW מותר למשתמשים לשלוט על עוצמת ותדירות לחץ מחזורית. המערכת הצליחה נושא דגימות רקמה לתנאי הלחץ פיזיולוגיים ופתולוגיים. מכשיר זה יכול לשמש כדי להגביר את הבנתנו כיצד מסתמי הלב להגיב לשינויים בסביבה מכני המקומית.

Bioreactor לחץ מחזורית מסוגל להעמיד שסתום רקמת לב לתנאי הלחץ פיזיולוגיים ופתולוגיים תוכנן. תוכנית LabVIEW מאפשר למשתמשים לשלוט על גודל הלחץ, משרעת ותדירות. מכשיר זה יכול לשמש כדי לחקור את mechanobiology של רקמת לב שסתום או תאים בודדים.

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

המסתם האאורטלי, הממוקם בין החדר השמאלי לאאורטה, מאפשר זרימת דם חד-כיוונית ומונע זרימה חוזרת אל החדר. אאורטלי...

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא לקבוע את התגובה הביולוגית של רקמת מסתמי הלב האאורטליים, או של תאים, ללחץ מחזורי. הדבר משיג תחילה על ידי בידוד רקמת מסתמים מלבבות של חזירים ובדגירה שלהן במצע לתרבית רקמות למשך הלילה. השלב השני של הפרוצדורה הוא לוודא שמערכת הלחץ מכוילת.接.את רקמת השסתום או התאים מניחים במערכת הלחץ. את התא מניחים באינקובטור בטמפרטורה של 37 °C ומתחילים את משטר הלחץ המחזורי למשך פרק הזמן הרצוי, בעוצמה ובתדירות הרצויות. לבסוף, מוציאים את הרקמה מהמערכת לצורך ניתוח ביולוגי.בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות כיצד לחץ מוגבר משפיע על ביטוי גנים וחלבונים באמצעות real-time PCR, Western blotting או מיקרוסקופיה. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא היכולת להפריד בין ההשפעות של לחץ מכני לבין כוחות מכניים אחרים ומעוררים ביוכימיים. זהו יתרון על פני טכניקות אחרות, כגון מודלים של בעלי חיים, אם כי ניתן להשתמש בהן כדי לסייע לנו להבין את האופן שבו כוחות מכניים השפיעו על הביולוגיה ועל הפתוגנזה של מסתמי לב.ניתן להשתמש בשיטה זו גם לפיתוח מבני הנדסת רקמות. את הפרוצדורה הזו מדגים עבורנו כעת toy fate, סטודנט לתארים מתקדמים במעבדה שלי, להכנת רקמה להפעלת לחץ.במחקרים אלו נאספים מסתמי אביוניים מחוזיאות בוגרות שמשקלן אינו עולה על 120 pounds מיד לאחר המוות. יש לשטוף את המסתממים פעמיים ב-PBS סטרילי, ולאחר מכן להניחם על קרח ולהעבירם למעבדה. יש לבצע את כל השלבים הבאים בתנאים סטריליים.יש לוודא שהעליפות אינן מראות שום סימן של דגנרציה, קריעה או הסתיידות. הסר את העליפות משורש האביון על ידי חיתוך במרחק של שליש מהטבעת (annulus). מקם את העליפות בבארות נפרדות של פלטת שש בארות והדגר עם 3 mL של DMEM מועשר ב-1% antibiotic antimycotic solution ו-10% fetal bovine serum למשך לילה ב-37 °C ו-5% carbon dioxide.מערכת לחץ זו היא בהתאמה אישית ותוכננה כדי לבחון את ההשפעות המכנו-ביולוגיות של לחץ מחזורי על רקמת מסתם אבי העורקים. כדי להשתמש במערכת, היכנסו למחשב ופתחו את תוכנת ה-lab view. ודאו שהאוויר הדחוס מחובר למערכת ופתחו את אספקת האוויר למהירות מלאה.הפעילו את מגבר האות. ודאו שקריאת המתח היא 0.00. התאימו במידת הצורך.בממשק ה-LabVIEW קיים מתג המסומן כ-test record, כאשר המתג מכוון למצב test. לחצו על הכפתור המסומן כ-air supply כדי לפתוח את שסתום הסולנואיד של הכניסה. באמצעות ווסת לחץ הגז, דחסו את התא באוויר דחוס בלחץ של 1 PSI. קראו את הלחץ בתא באמצעות מד הלחץ הדיגיטלי הממוקם על לוחית הקצה האחורית של התא.לאחר שהלחץ התאזן, רשמו את קריאת המתח ממגבר האות. חזרו על הפעולה עבור 2, 3, 4 וחמישה PSI. לאחר מכן, בנו עקומת כיול של לחץ לעומת מתח.המיר את הלחץ מ-PSI למילימטרים של כספית. הזן את המשוואה מהגרף לקוד של תוכנת ה-lab view. הסר את לוח האלומיניום הקדמי מתא הלחץ ורסס את התא ב-70% ethanol.הניחו את הפלטה בעלת ששת הבארים המכילה את דגימות העלה בתוך התא והחזירו את לוחית הקצה הקדמית. ודאו שהאיטום הוא הרמטי על ידי הידוק ידני של האומים הממוקמים על ארבעת המוטות ההשחלה. הניחו את תא הלחץ באינקובטור בטמפרטורה של 37 °C.הזינו את משך הזמן שבו המערכת מחזורת בין כניסת ואוצרת אוויר דחוס. ערכים אלו צריכים להיות מוגדרים ל-0.6 שניות ו-0.4 שניות כדי לדמות תנאי דיאסטולה וסיסטולה בהתאמה, בתדר של one hertz. לאחר מכן, הזינו נתיב לקובץ נתונים ב-lab view.לחצו על run והעבירו את מתג רישום הבדיקה (test record toggle) למצב record. ודאו כי הלחץ נמצא ברמה הרצויה באמצעות הגרף בממשק ה-lab view. במידת הצורך, כווןנו את הלחץ באמצעות ווסת לחץ הגז.עם השלמת הניסוי, לחצו על stop בתצת המעבדה (lab view), כבו את אספקת האוויר ופתחו את שסתום הפליטה בתא הלחץ. לבסוף, הוציאו את מערכת הלחץ מהאינקובטור. לאחר מכן, הסירו את לוחית הקדמה של התא והוציאו את פלטת שש הבארות.ניתן כעת לנתח את הדגימות לבדיקת ביטוי גנים, ביטוי חלבונים, היסטולוגיה ותכונות מכניות המייצגות צורות של גלי לחץ בתנאי לחץ נורמליים ולחץ מוגבר. התנאים שהתקבלו מהמערכת מוצגים כאן תחת תנאי in vivo. במהלך הדיאסטולה קיים הפרש בלחץ בין החדר השמאלי לאבי העורקים העולה, המאפשר למסתם האאורטלי להישאר סגור תחת תנאים פיזיולוגיים נורמליים.לחץ זה על פני המסתם הוא 80 מילימטרים של כספית. עם זאת, תחת יתר לחץ דם שלב ראשון ושלב שני, הלחץ על פני המסתם עשוי לעלות ל-90 ו-100 מילימטרים של כספית בהתאמה. מערכת הלחץ מסוגלת לדמות את הלחצים המקסימליים על פני המסתם שנצפו בתנאי נורמוטנסיביות, יתר לחץ דם שלב ראשון ויתר לחץ דם שלב שני.מוצגות כאן צורות גלי לחץ מייצגות של תנאי לחץ נורמליים ותנאי לחץ מוגבר שהתקבלו מהמערכת. לפי הגדרה זו, אנו יכולים לבצע שיטות נוספות כגון PCR, Western blotting ומיקרוסקופיה על העליפים. דבר זה מסייע לנו להבין תהליכים כגון שינויים בביטוי גנים ובסינתזת חלבונים, ועוזר לנו להבין את תהליכי ה-mechano transduction במסתמי הלב.טכניקה זו הייתה שימושית מאוד בסיוע להבנת הביולוגיה המכנית ומנגנוני המחלה, והיא יכלה, או שתוכל לסייע לנו בעתיד, להבין שינויים המתרחשים ברקמות אחרות שעשויות לעבור שינויים בלחץ in vivo.

design-cyclic-pressure-bioreactor-for-ex-vivo-study-aortic-heart

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

הקבוצה שלנו פיתחה תרבות bioreactor מערכת המחקה את מדגיש pulsatile פיזיולוגיות של מערכת הלב וכלי הדם להתחדש מושתלת בקוטר קטן שתלי כלי דם.

הנדסה ביולוגית המבוססת דם שתלי שימוש bioreactor pulsatile

יש התעניינות מחודשת בפיתוח מסתמי פולימרים. כאן, המטרות הן כדי להוכיח את ההיתכנות של שינוי מעתק דופק מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות תלת עלון ולהגדיר פרוטוקול להציג נתונים הידרודינמית סתום פולימר בהשוואה לנתונים שסתום ילידים ותותבים שנאספו בתנאים כמעט זהים.

פרוטוקול להערכה הידרודינמית יחסית של הפולימר שסתום Tri-עלון

עיצבנו bioreactor טעינה מכאני רומן שניתן להחיל מאמץ מכאני uniaxial או biaxial לbiocomposite סחוס לפני ההשתלה לתוך פגם סחוס במפרק.

עיצוב של Bioreactor טוען מכונות Biaxial להנדסת רקמות

אנו מתארים שבאתר מעוצב במבחנה זרימה קאמרית מודל, אשר מאפשר החקירה של חיידקי ההקפדה להשתיל רקמות.

מודל במבחנה של מערכת מקבילה-Plate זלוף ללמוד חיידקי ההקפדה להשתיל רקמות

מטרת הפרוטוקול הזה היא לבצע תרבות משותפת דינמית של מקרופאגים אנושיים ומיופיברובלסטים בפיגומי אלקטרו-ספון צינוריים כדי לחקור התחדשות רקמות מונחית חומרים, באמצעות ביו-ריאה המאפשרת ניתוק של לחץ גיסת ומתיחות מחזוריות.

ביו-ריאקטור רב-שלבי להערכת היכולת הדלקתית וההתחדשותית של ביו-חומרים תחת זרימה ומתיחות

רגורגיטציה של אבי העורקים היא מחלת לב מסתם אבי העורקים. כתב יד זה מדגים כיצד הדמיית תהודה מגנטית של זרימה ארבע-ממדית יכולה להעריך רגורגיטציה של אבי העורקים באמצעות מסתמי לב במבחנה המחקים את הרגורגיטציה של אבי העורקים.

במבחנה הערכה של רגורגיטציה של אבי העורקים באמצעות הדמיית תהודה מגנטית של זרימה ארבע-ממדית

רקמות לב תלת-ממדיות שהונדסו ביולוגית באמצעות קרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע התגלו כמודלים מבטיחים לחקר שריר הלב האנושי הבריא והחולה במבחנה תוך שחזור היבטים מרכזיים של נישת הלב הטבעית. כתב יד זה מתאר פרוטוקול לייצור וניתוח רקמות לב מהונדסות בעלות תוכן גבוה שנוצרו מקרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תאי גזע המושרים על ידי בני אדם.

תכנון ביוריאקטור לשיפור איסוף הנתונים והפקת מודלים של רקמות לב מהונדסות

פרוטוקול זה מציג את ההתקנה והתפעול של ביוריאקטור מודפס תלת-ממדי שפותח לאחרונה עבור תרבית ex vivo של כלי דם בזילוח. המערכת תוכננה להיות מאומצת בקלות על ידי משתמשים אחרים, מעשית, במחיר סביר וניתנת להתאמה ליישומים ניסיוניים שונים, כגון ביולוגיה בסיסית ומחקרים פרמקולוגיים.

אקס ויוו תרבית זילוח של כלי דם גדולים בביוריאקטור מודפס בתלת-ממד

אנו מציגים שיטה להרכבת שסתום אבי העורקים החזירי על משכפל פולסים כדי לבדוק את תכונותיו ההידרודינמיות. שיטה זו יכולה לשמש כדי לקבוע את השינוי בהידרודינמיקה לאחר יישום של הליך ניסיוני או מכשיר רפואי חדשני לפני השימוש במודל של בעלי חיים גדולים.

מודל חזירי Ex Vivo לבדיקות הידרודינמיות של פרוצדורות ניסיוניות של מסתם אבי העורקים ומכשירים רפואיים חדשניים

בדיקת Microtensile לסביבה מבוקרת של nanocomposites הפולימר מכאני-מסתגל ל<em&gt; לשעבר vivo</em&gt; אפיון

חקור את תגובת רקמת מסתם הלב האבי העורקי ללחץ מחזורי באמצעות ביוריאקטור מותאם אישית. שיטה זו מאפשרת ניתוח ביולוגי מעמיק של השפעות מכניות על תאי הלב ופיתוח טיפולים חדשים למחלות מסתמים.

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

גלה סרטונים נוספים