Name: תהודה מגנטית elastography מתודולוגיה להערכת של רקמות מהונדסות צמיחה Construct (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-02-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 18 s
Description: למד את שיטת תהודה מגנטית אלסטוגרפיה מיקרוסקופית להערכת תכונות מכניות של רקמות מהונדסות. שיטה זו מאפשרת מדידה לא פולשנית של שינויים בקשיחות גזירה בזמן אמת.

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

מחקר זה נתמך בחלקו על ידי NIH RO3-EB007299-02 ו-NSF פרס EPSCoR הראשונה.

1. Construct רקמות הכנה רקמת לבנות תהליך הכנה מורכב משלושה שלבים עיקריים: הרחבת אוכלוסיית תאים, זריעה של תאים על גבי פיגום ביולוגי, והבחנה באמצעות מולקולות איתות כימיים. הליך להכנת מבנה מבוסס על שיטות שנערכו על ידי דניס et al., הונג et al., ומריון ומאו 8,9,10. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי התרבות והרחבת קו התא, זרע תאים אנושיים גזע mesenchymal (H MSCs) על גבי ספוג ג&#39;לטין (4 מ&quot;מ קוטר, 3.5 מ&quot;מ עובי) בצפיפות של 1x10 6 תאים למ&quot;ל של העצם 3x10 6 תאים / מ&quot;ל עבור היווצרות שומן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על בידול של H MSCs לתוך השומן, החל את גיוס שומן התקשורת בהיקף של dexamethasone 1 מיקרומטר, 0.5 מיקרומטר isobutyl-methylxanthine, 10 מיקרוגרם / מ&quot;ל האנושי אינסולין רקומביננטי, ו 200 מיקרומטר indomethacin במדיום הרחבת התאפעם התאים מופיעים confluent על הפיגום. אחרי שלושה ימים, להחליף את התקשורת עם 10 מיקרוגרם / מ&quot;ל ​​של אינסולין רקומביננטי אנושי בתקשורת הרחבה של 24 שעות ואז לחזור התקשורת אינדוקציה. חזור על מחזור שלוש פעמים, ואז להחליף רק בתקשורת תחזוקה כל יומיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לגרום osteogenesis, להכין התקשורת אינדוקציה osteogenic בכך הריכוז הסופי של dexamethasone 0.1 מיקרומטר, 50 מיקרומטר של 2phosphate חומצה אסקורבית-L, ו - 10 mM β-glycerophosphate במדיום הרחבת התא. החלף התקשורת osteogenic טריים כל יומיים. </li></ol> 2. מפעיל אפיון אפיון מפעיל היא צעד חיוני הניסוי MRE. MRE מסתמך על התפשטות של גלי גזירה מכניים כדי להעריך את הערכים המקומיים של תכונות מכניות, לכן אלה רעידות מכאניות צורך שנוצר מאופיין בתוך הרקמה של עניין באמצעות מפעיל פיזואלקטריים. מאויר example של תהליך אפיון מוצגת באיור 3. מטרת נוהל זה היא לייעל את התנועה של מפעיל כדי ליצור גלי גזירה מזיקים עם אמפליטודות משמעותיים (~ 250 מיקרון). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הניסוי, חלה 0.5% agarose ג&#39;ל כדי לתחום את מבנה במבחנה 10 מ&quot;מ. הטמפרטורה של הג&#39;ל צריך להיות כ 37 ° C כדי למזער את הנזק לבנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שנתן ג &#39;ל agarose חמש דקות כדי לקבוע בטמפרטורת החדר, להכניס את קצה המנוע כיפוף פיזואלקטריים לתוך השטח של ג&#39;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את צינור המכיל מדגם מפעיל לתמיכה נוקשה, ואת המזרח קרן Vibrometer לייזר דופלר לכיוון קצה מפעיל מכונות. להתאים את המיקום של המערכת כדי לייעל את האות לידי ביטוי, השתמש קלטת משקף במידת הצורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהתבסס על תדר התהודה הצפויה של מפעיל מכונות, קבע את הגנרטור פונקציה לטאטא דטווח תדרים esired (כלומר 20-2000 הרץ בניסוי זה) באמצעות מתח הפעלה של 20 Vpp עם אות רעש לבן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג את הספקטרום מאופיינת על תוכנית Polytec Vibrosoft לזהות את תדר התהודה של המערכת ולהגדיר את תוכנית FFT ומהירות כמו ציר ה-Y. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדידת תזוזה, קבע את מפעיל לספק sinusoid רציף בתדר תהודה המצוין באמצעות מתח הפעלה של 200 Vpp, וציין את העקירה שנוצר להיות מועברת אל פני השטח של ג&#39;ל. הגדר Vibrosoft כדי להציג את FFT עם תזוזה כמו ציר ה-Y. </li></ol> 3. תמונה רכישה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר סיום אפיון מפעיל, הצב את המדגם מפעיל במרכז סורק ה-MRI. על הניסויים * המבנה רקמות, השתמש סליל קטן יותר רגיש RF (כלומר 10 מ&quot;מ בניסוי זה) לשידור וקליטה של ​​אות ה-RF. (הליך הראו משתמש 9.4 Tמגנט משעמם אנכי מצויד הדרגתיים ציר משולש, 100 ז / cm). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכישת התמונה הצופים זיהוי מיקום המבנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיר את הפרמטרים עבור הרכישה. טיפוסי במבחנה sagittal סריקה יהיה הזמן חזרה על 1000 שניה, הפעם הד MS 20-40, עובי פרוסת 0.5-1.0 מ&quot;מ, שדה הראיה של 12x10 מ&quot;מ 2 עם גודל המטריצה ​​של 128x128 פיקסלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור הפרמטרים elastography, קבע את תדר מפעיל ערך נקבע על פי אפיון Vibrometer לייזר דופלר. במחקר הנוכחי, זוג אחד היה צורך דו קוטבית עם אמפליטודה שיפוע של 50 גרם / ס&quot;מ. פרמטרים אחרים כדי להתאים כוללים עיכוב אשר אמור להיות מוגדר אפס מילישניות עבור הרכישה הראשונית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשנות את הגנרטור פונקציה לפרוץ מצב ולהתאים את הפרמטרים של הגנרטור פונקציה כדי להתאים לאלה של רכישת פרמטרים elastography כולל תדירות ומספר מחזורי. כמו כן, קבע את funcגנרטור tion להיות מופעלות כלפי חוץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתמונה sagittal, להגדיר את רגישות התנועה להיות בכיוון פרוסת חיובית להתחיל בסריקה. בעקבות הרכישה, לבדוק את התמונה ולשנות את רגישות לכיוון פרוסת שלילית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע את תוכנית MATLAB אשר יבצע את החלוקה מורכבת עבור הדור של התמונה גל גזירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך את התמונה לנוכחות של גלי גזירה וחפצי האפשריות כגון גלישת שלב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אין התאמות התמונה יש צורך, להתאים את מערך בגודל פרמטר שמונה ערכים ברווח לא פחות, החל אפס שניות לתקופה מלאה של תהודה בתדירות שאפיינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש סריקה הן נטיות פרוסה חיוביות ושליליות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחת התמונות נרכשים, השתמש בתוכנית MATLAB נועד להפקת הנתונים גלי גזירה ממערך של תמונות. </li></ol> 4. תמונה MRE ניסוי עיבוד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדואר השלב האחרון של MRE היא לחשב קשיחות גזירה מהתמונות גל גזירה. הצבת את הנתונים לתוך תוכנית MATLAB אשר להעריך את בסיס הנתונים מימדי 3 (2 מרחבית, 1 הזמני). </li></ol> הערה: אם נניח גל גזירה מישוריים, את המשוואות של תנועה המאפשר לנתק הערכת המורכב ערכים מודולוס גזירה כפונקציה של תזוזה ו Laplacian שלה. אלגוריתם קירוב נגזרים השני מרחביים עם הפרשים סופיים ומחשב את מודול גזירה על בסיס פיקסל אחר פיקסל. מתוך מספר זה מורכב, פרמטרים מכניים רבים ניתן להסיק כגון מהירות גל גזירה, הנחתה גל, קשיחות גזירה, גמישות גזירה, צמיגות גזירה וכו &#39;האלגוריתם מאפשר גם בחירה של אזורים בעלי עניין עבורו סטיית תקן ממוצעת של כל פרמטר מחושב. <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרמטרים הדמיה צריך לציין בתחילת התוכנית. בנוסף, הדואר הגבול העליון של elastogram יכול להיות מותאם כדי לייעל לעומת זאת במדגם. </li></ol> הערה: התוכנית מספקת תוצאות ביניים (גל אחר נמוך לעבור סינון, גל אחרי סינון כיוונית, FFT הזמני, פרופילים מקוונים וכו &#39;), המסייעים למשתמש להעריך את נאמנותו של התאוששות. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרמטרים מסוימים ניתן להתאים על סמך מידע זה, כמו למשל רמות נמוך לעבור סינון, תדירות הזמני של התנועה, כיוון התפשטות הגל וכו &#39;סטיית התקן של הפרמטר באזור מסוים של הריבית גם מדד לאיכות בחישוב. </li></ol> 5. נציג תוצאות איור 4 הערות שינוי תכונות מכניות לאורך ארבעה שבועות של התפתחות מבנה osteogenic ו adipogenic. MRE נערך 730-820 הרץ. בעוד שני ספוגים זרע התחיל בערך בשעה 3 kPa, osteogeniג רקמות מכוונות הביא קשיחות של kPa 22, ואילו השומן מכוונת רקמות ירד נוקשות כדי kPa 1. יתר על כן, המבנים osteogenic נרשמה ירידה ניכרת בגודל בהשוואה מתחילתו ועד סופו של המחקר. מאפיינים נוספים הנגזרים מן המחקר elastography מוצגים בטבלה 1. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig1.jpg" alt="איור 1"/> באיור 1. רכישת התמונה תהליך elastography תהודה מגנטית. במהלך רכישת התמונה, רצף הדופק (א) קובע את הסנכרון (ב) של הגנרטור לתפקד עם הדרגתיים דו קוטבית פולסים של סורק ה-MRI. בעקבות הרכישה של הפרעה דו הדרגתיים מתג השחרור של מגמות חיוביות ושליליות, (ג) על התמונה גל גזירה מופק באמצעות חלוקה מורכבת. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig2.jpg" alt="איור 2"/> 2. תרשים זרימה תרשים של תהליך MRE עבור מנוע רקמותered בונה. ראשית, תאים (א) גדלים 1 והרחיב לגודל האוכלוסייה חיוני הפרויקט תוכנן. לאחר מכן התאים seeded (ב) על גבי פיגום ביולוגי ריאגנטים כימיים מוחלים לאותת בידול. פיגומים מאופיינים עם MRE, אשר צעד 1 (ג) הוא קביעת תדר התהודה של מפעיל יחד לבנות. בשלב הבא, תמונות MRI (ד) נרכשים כדי ליצור תמונה גל גזירה (ה). בסופו של דבר, האלגוריתם מוחל להניב elastogram (ו) הממפה את הנוקשות של המבנה. במקביל, בונה הם מחולק להערכה היסטולוגית (ז) על מנת לאמת את הבידול. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig3.jpg" alt="איור 3"/> איור 3. אפיון ההליך מפעיל. פיגום ג&#39;לטין מוקף על ידי ג &#39;ל agarose 0.5%. כדי לאפיין את התנועה מועבר אל תוך המדגם רעש לבן 1 נשלח למערכת(1 א) ו - תנועה וכתוצאה מכך הוא זוהה באמצעות דופלר לייזר Vibrometer (1 ב). לאחר תדר התהודה נקבע, האות sinusoid רציפה תהודה (2 א) נשלח על מנת לקבוע את העקירה (2 ב) הועבר לסביבה ג&#39;לטין. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig4.jpg" alt="איור 4"/> איור 4. לבנות מפת הפיתוח במשך 4 שבועות. Adipogenic (א) ו osteogenic (O) בונה מוצגים משמאל לימין עם גודל המתאים ותמונות גלי גזירה, elastogram, וקשיחות גזירה הממוצע. מפת צבעים של מתאים elastogram עם הצבעים של התרשים בר ברים שגיאה מייצגים את סטיית התקן בתוך אזור של כל המבנה של עניין. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618Table1.jpg" alt="טבלה מס &#39;1"/&gt; טבלה 1. תכונות מכניות של מבנים שומן ו osteo במשך ארבעה שבועות של צמיחה.

<ol><li>Xu, H., Othman, S. F., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+tissue+engineering+using+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biosci.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Monitoring tissue engineering using magnetic resonance imaging.</a> J. Biosci. Bioeng. 106, 515-527 (2008).</li>
<li>Xu, H., Othman, S. F., Hong, L., Peptan, I. A., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+microscopy+for+monitoring+osteogenesis+in+tissue-engineered+construct+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance microscopy for monitoring osteogenesis in tissue-engineered construct in vitro.</a> Phys. Med. Biol. 51, 719-732 (2006).</li>
<li>Othman, S. F., Xu, H., Royston, T. J., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+magnetic+resonance+elastography+%28microMRE%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Microscopic magnetic resonance elastography (microMRE.</a> Magn. Reson. Med. 54, 605-615 (2005).</li>
<li>Muthupillai, R., Lomas, D. J., Rossman, P. J., Greenleaf, J. F., Manduca, A., Ehman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+elastography+by+direct+visualization+of+propagating+acoustic+strain+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves.</a> Science. 269, 1854-1857 (1995).</li>
<li>Othman, S. F., Curtis, E. T., Plautz, S. A., Pannier, A. P., Xu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+elastography+monitoring+of+tissue+engineered+constructs%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance elastography monitoring of tissue engineered constructs.</a> NMR Biomed. , Forthcoming (2011).</li>
<li>Oliphant, T. E., Manduca, A., Ehman, R. L., Greenleaf, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex-valued+stiffness+reconstruction+for+magnetic+resonance+elastography+by+algebraic+inversion+of+the+differential+equation%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Complex-valued stiffness reconstruction for magnetic resonance elastography by algebraic inversion of the differential equation.</a> Magn. Reson. Med. 45, 299-310 (2001).</li>
<li>Ringleb, S. I., Chen, Q., Lake, D. S., Manduca, A., Ehman, R. L., An, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+shear+wave%3A+comparison+to+a+dynamic+shear+material+test%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative shear wave: comparison to a dynamic shear material test.</a> Magn. Reson. Med. 53, 1197-1201 (2005).</li>
<li>Hong, L., Peptan, I., Clark, P., Mao, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+adipose+tissue+engineering+by+human+marrow+stromal+cell+seeded+gelatin+sponge%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Ex vivo adipose tissue engineering by human marrow stromal cell seeded gelatin sponge.</a> Ann. Biomed. Eng. 33, 511-517 (2005).</li>
<li>Dennis, J. E., Haynesworth, S. E., Young, R. G., Caplan, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteogenesis+in+marrow-derived+mesenchymal+cell+porous+ceramic+composites+transplanted+subcutaneously%3A+effect+of+fibronectin+and+laminin+on+cell+retention+and+rate+of+osteogenic+expression%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Transplant%22%5BJournal%5D)">Osteogenesis in marrow-derived mesenchymal cell porous ceramic composites transplanted subcutaneously: effect of fibronectin and laminin on cell retention and rate of osteogenic expression.</a> Cell Transplant. 1, 23-32 (1992).</li>
<li>Marion, N. W., Mao, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesenchymal+stem+cells+and+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Enzymol%22%5BJournal%5D)">Mesenchymal stem cells and tissue engineering.</a> Methods Enzymol. 420, 339-361 (2006).</li>
<li>Rydberg, J., Grimm, R., Kruse, S., Felmlee, J., McCracken, P., Ehman, R. L. Fast spin-echo magnetic resonance elastography of the brain. Proceedings of the International Society of Magnetic Resonance in Medicine, Glasgow, Scotland, , 1647-1647 (2001).</li>
<li>Kruse, S. A., Grim, R. C., Lake, D. S., Manduca, A., Ehman, R. L. Fast EPI based 3D MR elastography of the brain. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine, Seattle, Washington, , 3385-3385 (2006).</li>
</ol>

החוקרים אין ניגודי עניינים לחשוף.

בהליך זה, בתהליך של MRE עבור בונה רקמות מהונדסות באה לידי ביטוי בין הכנת תא לדור של elastogram. על ידי יישום שיטת ההערכה הורסות מכני צינור הנדסת רקמות, ניתן כיום להעריך שינויים מבנים מהונדסים ברחבי בשלבים שונים של פיתוח. בנוסף, MRE משלים שיטות אחרות מר עבור ניטור רקמות הנדסה בונה כגון דיפוזיה, העברה המגנטיזציה, ואת שינוי כימי ניתוח 1. בעת ביצוע ניסויים MRE, כמה מגבלות יש לציין. הערכת בדגימות מבחנה<...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם החומר </td><td> סוג </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> MSCGM-Bullet Kit </td><td> מגיב </td><td> Lonza </td><td> PT-3001 </td><td> לאחסן ב 4 ° C </td></tr><tr><td> 1X DPBS </td><td> מגיב </td><td> Invitrogen </td><td> 21600-010 </td><td></td></tr><tr><td> 0.05% טריפסין-EDTA </td><td> מגיב </td><td> Gibco, Invitrogen </td><td> 25300-054 </td><td> חנות ב -20 ° C </td></tr><tr><td> Dexamethasone </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D2915 </td><td></td></tr><tr><td> 3-Isobutyl-1-methylxanthine </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I5879 </td><td> חנות ב -20 ° C </td></tr><tr><td> אינסולין בלבלב שור </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I6634 </td><td> חנות ב -20 ° C </td></tr><tr><td> Indomethacin </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I7378 </td><td></td></tr><tr><td> Β-Glycerophosphate </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G9891 </td><td></td></tr><tr><td> L-2-חומצה אסקורבית פוספט </td><td> מגיב </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A8960 </td><td></td></tr><tr><td> Gelfoam </td><td> גרדום </td><td> Pharmacia &amp; Upjohn ושות </td><td> 09-0315-08 </td><td></td></tr><tr><td> אדם בתאי גזע mesenchymal </td><td> התא קו </td><td> Lonza </td><td> PT-2501 </td><td></td></tr><tr><td> 9.4T MR סורק </td><td> ציוד </td><td> Agilent </td><td></td><td> 400MHz WB </td></tr><tr><td> 10mm קויל Litz </td><td> ציוד </td><td> Doty מדעי </td><td></td><td></td></tr><tr><td> לייזר דופלר Vibrometer </td><td> ציוד </td><td> Polytec </td><td> PDV-100 </td><td></td></tr><tr><td> Vibrosoft (20) </td><td> תוכנה </td><td> Polytec </td><td></td><td></td></tr><tr><td> פונקציה גנרטור </td><td> ציוד </td><td> Agilent </td><td> AFG 3022B </td><td></td></tr><tr><td> מגבר </td><td> ציוד </td><td> Piezo inc </td><td> EPA-104-115 </td><td></td></tr><tr><td> Piezo כיפוף המנוע </td><td> ציוד </td><td> Piezo Inc. </td><td> T234-A4Cl-203X </td><td></td></tr><tr><td> מחשב לינוקס </td><td> ציוד </td><td> מעבד: אינטל Core 2 Duo E8400 זיכרון: 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> מחשב Windows </td><td> ציוד </td><td> מעבד: אינטל Core 2 Duo E8400 זיכרון: 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MATLAB </td><td> תוכנה </td><td> Mathworks, Inc </td><td></td><td> 2009 ב </td></tr></tbody></table>

תהודה מגנטית elastography מתודולוגיה להערכת של רקמות מהונדסות צמיחה construct

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

בדיקה מכנית מסורתית לעיתים קרובות התוצאה היא הרס של המדגם, ובמקרה של רקמת לטווח ארוך מהונדסים לבנות מחקרים, שימוש הרסני הערכה אינה מקובלת. החלופה המוצעת היא שימוש בתהליך שנקרא elastography הדמיה באמצעות תהודה מגנטית. Elastography היא שיטה הורסות לקביעת התוצאה מהונדסים על ידי מדידת ערך הנכסים המקומיים מכני (כלומר, מורכב מודול גזירה), שהם סמנים חיוניים לזיהוי המבנה ואת התפקוד של הרקמות. כאמצעי פולשניות להערכה, ניטור של מבנים מהונדסים עם שיטות הדמיה כגון הדמיה בתהודה מגנטית (MRI) יש לראות עניין גובר בעשור האחרון 1. לדוגמה, מגנטי (MR) תהודה טכניקות של דיפוזיה relaxometry הצליחו לאפיין את השינויים כימי ותכונות פיזיקליות במהלך התפתחות רקמות מהונדסות 2. השיטה המוצעתהפרוטוקול הבא משתמש תהודה מגנטית elastography מיקרוסקופיים (μMRE) כטכניקה MR לא פולשנית המבוססת על מדידת תכונות מכניות של הרקמות הרכות קטנות 3. MRE מושג על ידי צימוד מפעיל מכונות סוניק עם רקמת עניין ורישום גל הפצה גזירה עם סורק MR 4. לאחרונה, μMRE הוחל בהנדסת רקמות להשיג מידע חיוני לצמיחה נמדדת באופן מסורתי באמצעות טכניקות הרסניות מאקרוסקופיים מכניים 5. בהליך הבא, elastography מושגת באמצעות הדמיה של מבנים מהונדסים עם רצף האן ספין הד שונה יחד עם מפעיל מכונות. כפי שניתן לראות בתרשים 1, את רצף שונה מסנכרן רכישת התמונה עם שידור של גלי גזירה חיצוניים, לאחר מכן, תנועה רגיש היא באמצעות נדנוד זוגות דו קוטבית. בעקבות אוסף של תמונות בתנועה sensitiza חיובי ושלילי, tion חלוקה מורכבת של הנתונים להפיק תמונה גל גזירה. לאחר מכן, התמונה הוערכה באמצעות אלגוריתם היפוך כדי ליצור מפה קשיחות גזירה 6. המדידות הנובעים בכל voxel כל הוכחו מאוד לתאם (R 2&gt; 0.9914) עם נתונים שנאספו באמצעות ניתוח מכני דינמי 7. במחקר זה, elastography משתלבת בתהליך התפתחות רקמת לניטור גזע אנושיים תא mesenchymal (ח MSC) בידול לתוך מבנים adipogenic ו osteogenic כפי שמוצג באיור 2.

הליך מדגים את המתודולוגיה של elastography תהודה מגנטית לניטור התוצאה מהונדסים של השומן ואת בונה רקמות osteogenic מהונדסים באמצעות הערכה מקומית לא פולשנית של תכונות מכניות באמצעות תהודה מגנטית elastography מיקרוסקופיים (μMRE).

תהודה מגנטית elastography מתודולוגיה להערכת של רקמות מהונדסות צמיחה Construct

בדיקות מכניות מסורתיות גורמות לעיתים קרובות להרס של הדגימה, ובמקרה של מחקרים ארוכי טווח על מבנים של רקמות מהונדסות, השימוש...

בחינת מבני רקמה מהונדסים אינה מאפשרת שימוש בבדיקות מכניות מסורתיות, שכן אלו גורמות לעיתים קרובות להרס הדגימה. שיטה זו משתמשת באלסטוגרפיה של תהודה מגנטית מיקרוסקופית, או micro MRE, כטכניקה לא פולשנית למדידת התכונות המכניות של רקמות רכות קטנות. ראשית, תאים מושבצים על פיגום של חומר ביולוגי כדי ליצור רקמה.הרקמה תלויה בג'ל aros, וקצהו של מפעיל (actuator) ממוקם בתוך הג'ל. לאחר מכן, כדי לאפיין את התנועה, היא מועברת למדגם ומזוהה באמצעות לייזר Doppler viter.הדגימה והמפעיל מועברים למגנט ולתהודה מגנטית. תמונות אלסטוגרפיה נרכשות. ניתוח של התמונות שהתקבלו מראה את השינוי בנוקשות הגזירה הן עבור המבנים האוסטאוגניים והן עבור המבנים האדיפוגניים.ראשית, הגיתינו את הרעיון לטכניקה זו לאחר שצפינו בצילום תהודה מגנטית (MRI) לשימוש באבחון מחלות, והבנו כי ניתן להרחיב את השימוש בה להנדסת רקמות. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני טכניקות קיימות אחרות, כגון בדיקות מכניות, הוא שהיא מחילה את הטכנולוגיה הבלתי פולשנית של MRI על תכונות מכניות מרכזיות של רקמות. היישומים של טכניקה זו רלוונטיים להנדסת רקמות, כיוון שהבנת התכונות המכניות תבטיח כי הרקמה מתאימה לשימושים המיועדים לה בהנדסת עצם וסחוס.למרות ששיטות אלו מספקות תובנות בעלות ערך עבור הנדסת רקמות, ניתן להשתמש בהן גם לאבחון מחלות באיברים שונים, כגון פיברוזיס של הכבד, פגיעה מוחית טראומטית או סרטן המוח, למשל. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית כיוון שהיא כוללת שלבים שקשים ללמידה, ומצריכה מודעות מוקדמת להנדסת רקמות ולדימות קצב גודל. תהליך הכנת מבנה הרקמה מורכב משלושה שלבים עיקריים: הרחבה של אוכלוסיית התאים, זריעה של תאים על פיגום ביו-חומרי ודיפרנציאציה באמצעות שימוש במולקולות איתות כימיות.לאחר תרבית והרחבה של שורת התאים, זרע את התאי הגזע המזנכימליים האנושיים או ה-HMCs על ספוג ג'לטין בצפיפות של 1×10⁶ תאים למילליליטר ליצירת עצם. כעבור כ שלושה ימים, התאים אמורים להיראות קונפלואנטיים על הפיגום כדי להשרות דיפרנציאציה. הסר את המדיום והחלף אותו במדיום להשראת רקמת שומן.לאחר שלושה ימים, דגרו את התאים בטמפרטורה של 37 °C עם 5% carbon dioxide. החליפו את המצע במצע תחזוקה, המורכב ממצע הרחבה המכיל 10 µg/mL של human recombinant insulin. לאחר דגירה של 24 שעות, החליפו את מצע התחזוקה במצע השראה.חזרו על מחזור זה שלוש פעמים. לאחר מכן, החליפו את מצע התחזוקה מדי יומיים למשך ארבעה שבועות כדי להשרות אוסטאוגנזה. החליפו למצע אוסטאוגני רענן מדי יומיים למשך כל תקופת המחקר.במחקר זה משך הבדיקה הוא ארבעה שבועות ו-MRE מבוצעת בכל שבוע. אלסטוגרפיה של תהודה מגנטית (Magnetic resonance elastography) מסתמכת על התפשטות של גלי גזירה מכניים להערכת ערכים מקומיים של תכונות מכניות. לכן, יש להפיק ואפיין ויברציות מכניות אלו בתוך הרקמה הנבדקת באמצעות אקטואטור פ piezoelectric. כדי להכין את הדגימה, העבירו את תרבית הרקמה לשפרורה בקוטר 10 מילימטר המכילה בסיס מוצק ושכבה של 0.5%AGROS gel.לאחר מכן, הוסיפו 0.5 אגרו-ג'ל (acro gel) חם כדי לסגור את המבנה. המתינו חמש דקות עד שהאגרו-ג'ל יתמצק.בטמפרטורת החדר, הכניסו את קצה מנוע הכפיפה הפסוא-אלקטרי (piso electric bending motor) אל תוך פני השטח של הג'ל. לאחר מכן, חברו את המבחנה המכילה את הדגימה ואת המפעיל למסבך קשיח. כווןו את קרן מד הלחץ הלייזר-דופלר (laser doppler barometer) לעבר קצה המפעיל המכני.כווננו את מיקום המערכת כדי למקסם את עוצמת האות המוחזר, המוצגת בברומטר. כדי להשיג רפלקציה מקסימלית, השתמשו בסרט רפלקטיבי במידת הצורך כדי להגדיר את האקטואטור כך שייצור גלי גזירה בלתי מזיקים עם אמפליטודות משמעותיות של כ-250 microns. הגדירו את מחולל הפונקציות לסרוק את טווח התדרים הרצוי באמצעות מתח עבודה של 20 volts peak to peak עם אות רעש לבן.עבור ניסוי זה, טווח התדרים הרצוי הוא 20 עד 2000 hertz. כדי לצפות בספקטרום שאופיין בתוכנת Polytech Rsof, יש לבחור בתצוגת velocity ו-FFT. התחל בלכידת האותה וזהה את תדר התהודה של המערכת בהתבסס על שיאי הספקטרום.בשלב הבא, כדי למדוד את הסטייה של המפעיל (actuator), הגדירו את המפעיל לספק גל סינוס רציף בתדר התהודה שאופיין. באמצעות מתח הפעלה של 200 volts peak to peak, הגדירו את תוכנת fiber soft להצגת ה-FFT כאשר העתקה (displacement) המועברת על ידי המפעיל אל פני השטח של הג'ל מופיעה בציר ה-Y. לאחר אפיון המפעיל, הכניסו את מבחנה הדגימה והמפעיל לתוך חריץ בסליל RF של 10 מ"מ, והניחו את הדגימה והמפעיל במרכזו של סורק ה-MRI.רכשו תמונת סקר (scout image) לצורך זיהוי מיקומו של המבנה. לאחר איתור מבנה הרקמה, הגדירו את פרמטרי הרכישה. לסריקה סגיטלית טיפוסית in vitro יהיה זמן חזרה של 1000 milliseconds.זמן הד (Echo time) של 20 עד 40 milliseconds, עובי חתך של 0.5 עד 1 millimeter ושדה ראייה (field of view) של 12 על 10 millimeter squared, עם גודל מטריצה של 128 על 128 pixels. עבור פרמטרי האלאסטוגרפיה, הגדירו את תדר המפעיל (actuator frequency) לערך שנקבע על ידי אפיון ה-laser doppler viter. עבור דגימה זו, נדרש זוג one bi עם אמפליטוד גרדיאנט של 50 gauss per centimeter והשהיית MRE המוגדרת כ-0.העבירו את מחולל הפונקציות למצב burst והתאימו את פרמטרי מחולל הפונקציות לאלו שמוגדרים בפרמטרי הרכישה של האלאסטוגרפיה, כולל התדר ומספר המחזורים. הגדירו בנוסף את מחולל הפונקציות להפעלה באמצעות טריגר חיצוני. כדי לקבל תמונה סגיטלית, הגדירו את רגישות התנועה (motion sensitization) לכיוון הפרוסה החיובי והתחילו את הסריקה לאחר הרכישה.בדוק את התמונה כדי להעריך את איכות האות במבנה הרקמה. אם התמונה נראית כהה מדי, התאם את פרמטרי ה-MR ובצע סריקה נוספת. לאחר מכן, שנה את הרגישות לכיוון הפרוסה השלילי.העבירו את הקבצים מסורק ה-MRI למחשב אחר המצויד ב-MATLAB והריצו את תוכנית ה-MATLAB שתבצע חילוק מורכב ליצירת תמונה המתארת התפשטות של גלי גזירה. בחנו בתמונה את נוכחותם של גלי הגזירה וארטיפקטים אפשריים; ניתן להוציא גרפים של פרופילי קווי עטפת פאזה (phase wrapping) כדי להעריך טוב יותר את האיכות ואת אמפליטודת הגל. אם התרחשה עטפת פאזה, הפחיתו את אמפליטודת הגרדיאנט ובצעו סריקה נוספת.במידה ואין צורך בביצוע התאמות לתמונה, יש להתאים את גודל מערך הפרמטרים לשמונה ערכים במרווחים שווים, החל מאפס שניות ועד למחזור מלא של תדר התהודה שאופיין. לאחר רכישת התמונות, יש לבצע סריקה בשני כיווני החיתוך, החיובי והשלילי.השתמשו בתוכנת MATLAB שנועדה להפיק את נתוני גלי הגזירה ואת הסרט התואם של הגל המתפשט בדגימה. קובץ זה הוא הדרוש להערכת התכונות המכניות. השלב הסופי של MRE הוא חישוב קשיחות הגזירה מתוך תמונות גלי הגזירה.התחילו בהזנת הנתונים לתוכנת MATLAB שתנתח את מערך הנתונים התלת-ממדי, הגדירו את פרמטרי ההדמיה, כולל שדה ראייה (field of view), גרדיאנט, אמפליטודה ומספר זוגות ביפולריים, והריצו את הקוד. האלגוריתם מאפשר בחירה של אזורי עניין (regions of interest) עבורם יחושבו הממוצע וסטיית התקן של כל פרמטר. שרטטו את קווי המתאר של מבנה הרקמה כדי לבחור את אזור העניין.המוצע וסטיית התקן של הקשיחות, מודול האגירה ומודול ההפסד בתוך אזור העניין שנבחר מוצגים. התוכנה מספקת גם תוצאות ביניים, כולל הגל לאחר סינון, הגל לאחר סינון כיווני ופרופילי קו המסייעים בהערכת נאמנות השחזור. להערכה מדויקת, הגל המסונן צריך להיות חלק.סטיית התקן של פרמטר באזור עניין ספציפי מהווה גם היא מדד לאיכות החישוב; במידת הצורך, יש להתאים פרמטרים אחרים כדי לקבל ערכים מדויקים של תכונות מכניות, במטרה לצפות בשינויים בתכונות המכניות של מבנים הנדסיים במהלך התפתחותם. בדיקות MRE בוצעו לאורך תקופה של ארבעה שבועות. מפת פיתוח מבנים זו מציגה מבנים אדיפוגניים (מסומנים באות A) ומבנים אוסטאוגניים (מסומנים באות O), יחד עם תמונות עוצמה (magnitude), תמונות גלי גזירה, ELAs וקשיחות גזירה ממוצעת תואמות.מפת הצבעים עבור ה-ELAs תואמת לסרגל הצבעים. התרשים וסטיות התקן מייצגים את סטיית התקן בתוך אזור העניין של כל אחד מהמבנים. עם הזמן, המבנים האדיפוגניים הפכו לפחות קשיחים, מה שמעיד על תכונות הדומות לרקמה שומנית.באופן דומה, המבנים האוסטאוגניים הפכו לקשיחים יותר במהלך תקופת ארבעת השבועות, מה שמעיד עלהתמיינות דמוית עצם. לאחר שליטה בטכניקה, ניתן לבצע אותה בכשעתיים אם היא מבוצעת כראוי. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לאפיין במלואו את המפעיל (actuator) לאחר סיום הפרוצדורה. ניתן להשתמש בשיטות כגון אנליזה ביוכימית והיסטולוגיה כדי לענות על שאלות כגון אישור של שקיעת מינרלים.יש לזכור כי בעת עבודה עם חומר תאי אנושי ו-MRI, הדבר עלול להיות מסוכן ביותר, ויש לנקוט במשנה זהירות ולהיות מודעים לדרישות הבטיחות של רמת בטיחות ביולוגית 2 (BL2) ובטיחות MRI בעת ביצוע הליכים אלו.

magnetic-resonance-elastography-methodology-for-evaluation-tissue

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

שיטה מדויקת ומעשית כדי למדוד פרמטרים כמו זן ברקמת שריר הלב הוא בעל ערך קליני רב, שכן הוכח, כי הלחץ הוא סמן רגיש יותר מוקדם עבור תפקוד כויץ מאשר שימוש תכוף פרמטר EF.

תהודה מגנטית נגזר מסננים הערכה שריר הלב באמצעות מעקב אחר תכונות

מקור: }Feng, Y.,  et al. אפיון ויסקו-אלסטי של פנטומים ג'לטין המחקים רקמות רכות באמצעות הזחה ואלסטוגרפיה של תהודה מגנטית. J. Vis. exp. (2022)} }סרטון זה מדגים את השיטה של אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית (MRE) להערכת תכונות ויסקו-אלסטיות של רקמות על ידי ניתוח התפשטות גלי גזירה דרך פנטום ג'לטין, המחקה רקמת מוח. התהליך כולל יצירה ולכידה של גלי גזירה באמצעות הדמיית תהודה מגנטית או MRI וניתוח דפוסי גלים כדי להבדיל בין נוקשות הרקמות.

אלסטוגרפיה של תהודה מגנטית להערכת תכונות ויסקו-אלסטיות

microrheology מעקב חלקיק יכול להיות בשימוש למי שאינו הרסני לכמת ומרחבית מפת שינויים בתכונות מכאניות מטריצה ​​תאית במודלי גידול 3D.

מדידת אורך של תאי מטריקס קשיחות במודלי גידול 3D באמצעות Microrheology מעקב חלקיקים

אנו מתארים כיצד להשיג מפות פרמטריות ווקטוריות של טנזור הדיפוזיה של השד באמצעות הדמיית תהודה מגנטית. הפרוטוקול והפלט הסופי לאחר עיבוד ההדמיה מותאמים למעקב אחר מאפיינים ארכיטקטוניים של השד ולגילוי ממאירות בשד.

סרטן שד מעקב מאפיינים אדריכליים החלב וזיהוי עם דימות מותחת דיפוזי תהודה מגנטית

מוצג כאן פרוטוקול ליצירת רקמות חיבור מהונדסות לתרבות מקבילה של 48 רקמות בלוח רב-בארות עם מוטות כפולים, המתאימים למחקרים מכאניסטיים, מידול מחלות ויישומי סינון. הפרוטוקול תואם פיברובלסטים מאיברים ומינים שונים ומודגם כאן עם פיברובלסטים לב ראשוניים אנושיים.

פיברובלסט נגזר רקמת חיבור מהונדסת אנושית עבור יישומי הקרנה

מאמר זה מציג הדגמה וסיכום של פרוטוקולים של יצירת פנטומים מג'לטין המחקים רקמות רכות, ואת האפיון הצמיגי המתאים באמצעות כניסה ואלסטוגרפיה של תהודה מגנטית.

אפיון ויסקואלסטי של פנטומים מג'לטין המחקים רקמות רכות באמצעות הזחה ואלסטוגרפיה של תהודה מגנטית

פרוטוקול זה מספק שיטות ליצירת רקמות שרירי לב ושלד מהונדסות-תלת-ממדיות ומתאר את השימוש בהן בשיטות סינון תרופות פרה-קליניות. השיטות המתוארות משתמשות במערכת חישה מגנטית כדי להקל על הערכה בו זמנית של 24 רקמות במקביל.

בדיקות פרה-קליניות של תרופות ברקמות שריר מהונדסות תלת-ממדיות ניתנות להרחבה

מטרת מחקר זה הייתה לפתח מודל דיגיטלי תלת ממדי חדשני לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד, הכולל את הנוקשות של כל ווקסל בכבד של המטופל ובכך יכול לשמש לחישוב יחס הפיזור של הכבד של המטופל בשלבי פיברוזיס שונים.

מודל דיגיטלי תלת מימדי לאבחון מוקדם של פיברוזיס בכבד המבוסס על אלסטוגרפיה בתהודה מגנטית

אנו מציגים פלטפורמת בדיקת קשיחות דינמית והפיכה המיוצרת באמצעות אלסטומר סיליקון רך במיוחד (פולידימתילסילוקסן, PDMS) עם חלקיקי ברזל משובצים. בדיקה חדשנית זו מתאימה לחקר שינויים פיזיים תלויי זמן בפנוטיפים של תאים, כולל הנחיית מגע. כאן, אנו מודדים יישור קרדיומיוציטים של חולדות יילודים עם התקשות מטריצה באמצעות מגנטיות.

אלסטומרים מגנטו-ריאולוגיים מיקרו-דפוסיים להנעת שינויים ביישור קרדיומיוציטים

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

למד את שיטת תהודה מגנטית אלסטוגרפיה מיקרוסקופית להערכת תכונות מכניות של רקמות מהונדסות. שיטה זו מאפשרת מדידה לא פולשנית של שינויים בקשיחות גזירה בזמן אמת.

תהודה מגנטית elastography מתודולוגיה להערכת של רקמות מהונדסות צמיחה Construct

גלה סרטונים נוספים