Name: התקני שדה חשמליים ומגנטיים לגירוי רקמות ביולוגיות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 29 s
Description: חקור בניית ממריצים חשמליים ומגנטיים לרקמות ביולוגיות באמצעות סימולציה חישובית ב-COMSOL Multiphysics. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לבחון השפעת שדות על תאים שונים.

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 לתמיכה הכספית שמספק "פונדו נאסיונאל דה פינסיאמיינטו פארה לה סינסיה, la Tecnología, y la Innovación -פונדו פרנסיסקו חוסה דה קלדס- Minciencias" ואוניברסיטת נאסיונאל דה קולומביה באמצעות המענק מס '80740-290-2020 ואת התמיכה שהתקבלה על ידי Valteam טק - מחקר וחדשנות לאספקת הציוד ותמיכה טכנית במהדורת הווידאו.

המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.

טיפולים המשמשים לריפוי פתולוגיות שונות המשפיעות על רקמות אנושיות הם טיפולים תרופתיים32 אוהתערבויות כירורגיות 33, המבקשים להקל על הכאב באופן מקומי או להחליף רקמות מושפעות עם explants או השתלות. לאחרונה, טיפול בתאים אוטולוגיים הוצע כטיפול אלטרנטיבי לטיפול ברקמות פצועות, שבו התאים מבודדים מהמטופל ומורחבים, באמצעות טכניקות במבחנה, להשתיל באתר הפציעה34. בהתחשב בכך טיפול בתאים אוטולוגי הוכיחה יש השפעה ישירה על התאוששות רקמות, אסטרטגיות שונות פותחה כדי להגד...

EFs ו MFs הוכחו לשנות את הדינמיקה התא, מגרה התפשטות והגברת הסינתזה של המולקולות העיקריות הקשורות מטריצה חוץ תאית שלרקמות 1. גירויים ביופיזיים אלה יכולים להיות מיושמים בדרכים שונות באמצעות הגדרות והתקנים ספציפיים. לגבי המכשירים כדי ליצור EFs, ממריצי צימוד ישיר להשתמש אלקטרודות כי הם במגע עם דגימות ביולוגיות במבחנה או מושתל ישירות לתוך רקמות של חולים ובעלי חיים vivo2; עם זאת, יש עדיין מגבלות וליקויים הכוללים תאימות ביולוגית לא מספקת על ידי האלקטרודות במגע, שינויים ב- pH ורמות חמצן מולקולרי1. להיפך, התקני צימוד עקיפים מייצרים EFs בין שתי אלקטרודות, אשר ממוקמים במקביל לדגימות ביולוגיות3, המאפשר טכניקה חלופית לא פולשנית כדי לעורר דגימות ביולוגיות ולהימנע ממגע ישיר בין רקמות ואלקטרודות. סוג זה של מכשיר יכול להיות extrapolated ליישומים קליניים עתידיים לבצע הליכים עם פלישה מינימלית למטופל. ביחס למכשירים המייצרים MFs, מממריצי צימוד השראות יוצרים זרם חשמלי משתנה בזמן, הזורם דרך סליל הממוקם סביב תרביות תאים4,5. לבסוף, ישנם התקנים משולבים, המשתמשים במסמכים אלקטרוניים וב- MFs סטטיים כדי ליצור שדות אלקטרומגנטיים ארעיים1. בהתחשב בכך שיש תצורות שונות כדי לעורר דגימות ביולוגיות, יש צורך לשקול משתנים כגון מתח ותדירות כאשר גירויים ביופיזיים מוחלים. מתח הוא משתנה חשוב, שכן הוא משפיע על ההתנהגות של רקמות ביולוגיות; לדוגמה, הוכח כי נדידת תאים, אוריינטציה וביטוי גנים תלויים משרעת של מתח מיושם3,6,7,8,9,10. תדירות ממלאת תפקיד חשוב בגירוי ביופיזי, כפי שהוכח כי אלה מתרחשים באופן טבעי vivo. הוכח כי תדרים גבוהים ונמוכים יש השפעות מועילות על התאים; במיוחד, בערוצי סידן מגודרים במתח קרום התא או reticulum אנדופלזמי, אשר מפעילים מסלולי איתות שונים ברמה תאית1,7,11.
על פי האמור לעיל, מכשיר ליצירת EFs מורכב מחולל מתח מחובר שני קבלים מקבילים12. מכשיר זה יושם על ידי ארמסטרונג ואח 'כדי לעורר הן את קצב התפשטות ואת הסינתזה המולקולרית של כונדרוציטים13. עיבוד של מכשיר זה בוצע על ידי ברייטון ואח 'אשר שינו את תרבות התא היטב צלחות על ידי קידוח העפעפיים העליונים והתחתונים שלהם. חורים מולאו על ידי מגלשות כיסוי, שם המשקפיים התחתונים שימשו לתרבות רקמות ביולוגיות. אלקטרודות הונחו על כל שקופית כיסוי כדי ליצור EFs14. מכשיר זה שימש כדי לעורר חשמלית chondrocytes, osteoblasts ו סחוס explants, מראה עלייה בהתפשטות התא14,15,16 סינתזה מולקולרית3,17. המכשיר שתוכנן על ידי Hartig et al. כלל מחולל גלים ומגבר מתח, שהיו מחוברים לקבלים מקבילים. אלקטרודות היו עשויות נירוסטה באיכות גבוהה הממוקמת במקרה בידוד. המכשיר שימש כדי לעורר osteoblasts, מראה עלייה משמעותית התפשטות והפרשת חלבון18. המכשיר המשמש את קים ואח 'כלל שבב ממריץ זרם biphasic, אשר נבנה באמצעות תהליך הייצור של מוליכים למחצה משלימים של תחמוצת מתכת במתח גבוה. צלחת היטב תרבות תוכננה לתרבת תאים על פני משטח מוליך עם גירוי חשמלי. אלקטרודות היו מצופות זהב מעל לוחות סיליקון19. מכשיר זה שימש כדי לעורר osteoblasts, מראה עלייה בהתפשטות ואת הסינתזה של גורם הגדילה אנדותל כלי הדם19, וממריץ את הייצור של פעילות פוספטאז אלקליין, תצהיר סידן וחלבונים morphogenicעצם 20. באופן דומה, מכשיר זה שימש כדי לעורר את קצב התפשטות וביטוי של גורם הגדילה אנדותל כלי הדם של תאי גזע mesenchymal מח העצם האנושי21. המכשיר שתוכנן על ידי Nakasuji ואח 'היה מורכב מחולל מתח מחובר לוחות פלטינה. אלקטרודות נבנו כדי למדוד את הפוטנציאל החשמלי ב 24 נקודות שונות. מכשיר זה שימש כדי לעורר chondrocytes, מראה כי EFs לא לשנות מורפולוגיה של התא התפשטות מוגברת סינתזה מולקולרית22. המכשיר ששימש את Au et al. כלל תא זכוכית המצויד בשני מוטות פחמן המחוברים לממריץ לב עם חוטי פלטינה. גירוי זה שימש כדי לעורר קרדיומיוציטים ופיברובלסטים, שיפור התא יישור fibroblast23.
התקני MF שונים יוצרו על בסיס סלילי הלמהולץ כדי לעורר מספר סוגים של דגימות ביולוגיות. לדוגמה, סלילי הלמהולץ שימשו כדי לעורר התפשטות סינתזה מולקולרית של כונדרוציטים24,25, לשפר את הסינתזה proteoglycan של סחוס מפרקי26, לשפר את הסרת הגנים הקשורים להיווצרות עצם של תאים דמויי osteoblast27, ולהגדיל את התפשטות וביטוי מולקולרי של תאי אנדותל28. סלילי הלמהולץ מייצרים MFs לאורך שני סלילים הממוקמים אחד מלפנים והשני. הסלילים חייבים להיות ממוקמים עם מרחק שווה לרדיוס של הסלילים כדי להבטיח MF הומוגני. החיסרון בשימוש בסלילים של הלמהולץ טמון בממדי הסליל, מכיוון שהם צריכים להיות גדולים מספיק כדי ליצור את עוצמת ה- MF הנדרשת. בנוסף, המרחק בין סלילים חייב להיות מספיק כדי להבטיח התפלגות הומוגנית של MFs סביב רקמות ביולוגיות. כדי למנוע בעיות שנגרמו על ידי סלילי הלמהולץ, מחקרים שונים התמקדו בייצור סלילי סולנואיד. סלילי סולנואיד מבוססים על צינור, אשר פצע עם חוט נחושת כדי ליצור MFs. כניסות חוט נחושת יכול להיות מחובר ישירות לשקע או אספקת חשמל כדי להמריץ את הסליל וליצור MFs במרכז סולנואיד. ככל שהסליל מסתובב יותר, כך MF שנוצר גדול יותר. עוצמת ה- MF תלויה גם במתח ובזרם המוחלים כדי להמריץ את הסליל29. סלילי סולנואיד שימשו כדי לעורר סוג אחר מגנטי של תאים כגון HeLa, HEK293 ו MCF730 או תאי גזע mesenchymal31.
התקנים המשמשים מחברים שונים לא נחשבו לגודל הולם של אלקטרודות או לאורך הנכון של הסליל כדי להפיץ הומוגנית הן EFs והן MFs. יתר על כן, התקנים מייצרים מתחים ותדרים קבועים, ומגבילים את השימוש בהם כדי לעורר רקמות ביולוגיות ספציפיות. מסיבה זו, בפרוטוקול זה מבוצעת הנחיית סימולציה חישובית המדמה הן מערכות קיבוליות והן סלילים כדי להבטיח התפלגות הומוגנית של EFs ו- MFs על דגימות ביולוגיות, תוך הימנעות מ אפקט הקצה. בנוסף, מוצג כי העיצוב של מעגלים אלקטרוניים לייצר מתחים ותדירות בין האלקטרודות לבין הסליל, יצירת EFs ו MFs כי יתגבר על מגבלות שנגרמו על ידי עכבה של תרבות התא היטב צלחות ואוויר. שינויים אלה יאפשרו יצירה של ביו-רקטורים לא פולשניים ומסתגלים כדי לעורר כל רקמה ביולוגית.

<table><tbody><tr><td><ממריץ >חשמלי חזק</חזק></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מגבר תפעולי</td><td>מוטורולה</td><td>LF-353N</td><td>---- כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>22 k&Omega; כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>10 k&Omega; כמות: 3</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>2.6 k&Omega; כמות: 2</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>2.2 k&Omega; כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>1 k&Omega; כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>220 ואומגה; כמות: 2</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>22 ואומגה; כמות : 5</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>10 ואומגה; כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>6.8 ואומגה; כמות: 1</td></tr><tr><td>נגדים</td><td>----</td><td>----</td><td>3.3 ואומגה; כמות: 2</td></tr><tr><td>קבלי פוליאסטר</td><td>----</td><td>----</td><td>1 nF כמות: 2</td></tr><tr><td>קבלי פוליאסטר</td><td>----</td><td>----</td><td>100 nF כמות: 1</td></tr><tr><td>טרנזיסטור מגבר פס VHF JFET</td><td>Toshiba</td><td>2SK161</td><td>---- כמות: 1</td></tr><tr><td>טרנזיסטור כוח BJT NPN</td><td>Mospec</td><td>TIP 31C</td><td>---- כמות: 1</td></tr><tr><td>דיודת זנר</td><td>Microsemi</td><td>1N4148</td><td>---- כמות: 1</td></tr><tr><td>מתג</td><td>מתג</td><td>מתג SPDT - T13</td><td>---- כמות: 3</td></tr><tr><td>ליבת פריט טורואידלית</td><td>Caracol</td><td>----</td><td>T*22*14*8 כמות: 1</td></tr><tr><td>חוט קופר</td><td>Greenshine</td><td>----</td><td>AWG &ndash; 24 כמות: 1</td></tr><tr><td>כותרת Relimate עם בית נקבה</td><td>ADAFRUIT</td><td>----</td><td>מחברי 8 פינים כמות: 1</td></tr><tr><td>כותרת Relimate עם בית נקבה</td><td>מחברי ADAFRUIT</td><td></td>----<td>2 פינים כמות: 1</td></tr><tr><td>מחבר מסוף תקע נקבה</td><td>JIALUN</td>----<td></td><td>4 מ"מ תקעי פנס (תקע + שקע) 15 A כמות: 1</td></tr><tr><td>גוף קירור מאלומיניום</td><td>AWIND</td><td></td>----<td>עבור טרנזיסטור TIP 31C כמות: 1</td></tr><tr><td>לד</td><td>CHANZON</td><td></td>----<td>5 מ"מ אדום כמות: 1</td></tr><tr><td>מחבר שקע מעגל משולב</td><td>Te Electronics Co., Ltd.</td><td>----</td> <td>שורה כפולה 8 פינים DIP כמות: 1</td></tr><tr><td>סט מחברים 3 פינים</td><td>STAR</td>----<td></td><td>JST PH 2.0 כמות: 3</td></tr><tr><td>מחברי בורג 2 פינים</td><td>STAR</td><td></td>----<td>עבור PCB כמות: 1</td></tr><tr><td>מחברי בורג 3 פינים</td><td>STAR</td><td></td><td>----עבור PCB כמות: 1</td></tr><tr><td>מוליך בדיקת מחבר בננה</td><td>JIALUN</td><td></td>----<td>P1041 - 4 מ"מ - 15 A כמות: 7</td></tr><tr><td>מחברי כדורים לעופרת טעינת תקע בננה</td><td>JIALUN</td><td></td>----<td>4 מ"מ זכר-זכר/נקבה-נקבה - 15 A כמות: 1</td></tr><tr><td>מארז</td><td>----</td><td>----</td><td>ABS כמות: 1</td></tr><tr><td>אלקטרודות</td><td>----</td><td>----</td><td>אל חלד&ndash; פלדה כמות: 2</td></tr><tr><td>תמיכת אלקטרודות</td><td>----</td><td>----</td><td>טפלון כמות: 2</td></tr><tr><td>מעגלים</td><td></td><td></td> מודפסים <td>כמות: 1</td></tr><tr><td><חזק>ממריץ מגנטי</חזק></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>חוט קופר</td><td>Greenshine</td><td>----</td><td>AWG &ndash; 18 כמות: 1</td></tr><tr><td>תקעי חשמל AC</td><td>----</td><td>----</td><td>120 וולט AC &ndash; 60 הרץ כמות: 1</td></tr><tr><td>עופרת בדיקת מחבר נקבה בננה</td><td>JIALUN</td><td>----</td><td>1 סט הזרקה כפולה - 4 מ"מ &ndash; 15 A כמות: 2</td></tr><tr><td>עופרת בדיקת מחבר זכר בננה</td><td>JIALUN</td>----<td></td><td>1 סט הזרקה כפולה - 4 מ"מ 15 A כמות: 1</td></tr><tr><td>תמיכת צלחת באר תרבית תאים</td><td>--------</td><td></td><td>PMMA כמות: 1</td></tr><tr><td>נתיך</td><td>Bussmann</td><td>2A</td><td>---- כמות: 1</td></tr><tr><td>שנאי</td><td>----</td><td>----</td><td>1A &ndash; 6 וולט AC כמות: 1</td></tr><tr><td>שפופרת</td><td></td><td>--------</td><td>PVC כמות: 1</td></tr><tr><td>ריאוסטט משתנה</td><td>MCP</td><td>BXS150</td><td>10 ואומגה; כמות: 1</td></tr><tr><td><חזק>ציוד כללי</חזק></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>דיגיטלי מקור כפול&nbsp;</td><td>PeakTech</td><td>DG 1022Z</td><td>2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo כמות: 1</td></tr><tr><td>אוסילוסקופ דיגיטלי</td><td>Rigol</td><td>DS1104Z Plus</td><td>100 מגה-הרץ, רוחב פס, 4 ערוצים כמות: 1</td></tr><tr><td>מולטימטר דיגיטלי</td><td>Fluke</td><td>F179</td><td>מתח CC &ndash; CA (1000 וולט). CC נוכחי &ndash; CA 10 A. תדר 100 קילו-הרץ כמות: 1</td></tr></tbody></table>

התקני שדה חשמליים ומגנטיים לגירוי רקמות ביולוגיות

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

שדות חשמליים (EFs) ושדות מגנטיים (MFs) נמצאים בשימוש נרחב על ידי הנדסת רקמות כדי לשפר את הדינמיקה של התאים כגון התפשטות, הגירה, בידול, מורפולוגיה וסינתזה מולקולרית. עם זאת, משתנים כגון גירויים חוזק זמני גירוי צריך להיחשב בעת גירוי תאים, רקמות או פיגומים. בהתחשב בכך ש- EFs ו- MFs משתנים בהתאם לתגובה התאית, עדיין לא ברור כיצד לבנות מכשירים המייצרים גירויים ביופיזיים נאותים כדי לעורר דגימות ביולוגיות. למעשה, יש חוסר ראיות לגבי החישוב וההפצה כאשר גירויים ביופיזיים מוחלים. פרוטוקול זה מתמקד בתכנון וייצור של מכשירים ליצירת EFs ו- MFs ויישום מתודולוגיה חישובית לחיזוי התפלגות גירויים ביופיזיים בתוך ומחוץ לדגימות ביולוגיות. מכשיר ה- EF הורכב משתי אלקטרודות נירוסטה מקבילות הממוקמות בחלק העליון והתחתון של תרבויות ביולוגיות. אלקטרודות היו מחוברות מתנד כדי ליצור מתחים (50, 100, 150 ו 200 Vp-p) ב 60 kHz. התקן ה- MF היה מורכב מסליל, אשר היה אנרגטי עם שנאי כדי ליצור זרם (1 A) ומתח (6 V) ב 60 הרץ. תמיכה בפולימתיל מתאקרילטה נבנתה כדי לאתר את התרבויות הביולוגיות באמצע הגליל. הסימולציה החישובית הבהירה את ההתפלגות ההומוגנית של EFs ו- MFs בתוך ומחוץ לרקמות ביולוגיות. מודל חישובי זה הוא כלי מבטיח שיכול לשנות פרמטרים כגון מתחים, תדרים, מורפולוגיות רקמות, סוגי לוחות היטב, אלקטרודות וגודל סליל כדי להעריך את EFs ו- MFs כדי להשיג תגובה סלולרית.

הדמיה חישובית הפצות של מסמכי EFs ו- MFs מוצגות באיור 3. מצד אחד, ניתן היה להתבונן בהתפלגות ההומוגנית של EFs במערכת ההקפתית(איור 3A). ה-EF תוכנן להתבונן בפירוט בעוצמת השדה בתוך המדגם הביולוגי (איור 3B). סימולציה זו הייתה שימושית כדי parametrize את גודל האלקטרודות ולייצר אותם כדי למנוע את אפקט הקצה. מצד שני, ניתן היה לצפות בהתפלגות ההומוגנית של MFs שנוצרה על ידי סליל סולנואיד(איור 3C)....

פרוטוקול זה מתאר את התהליך שלב אחר שלב לבניית גירויים חשמליים ומגנטיים המשמשים להמרצת רקמות ביולוגיות. הפרוטוקול כולל קו מנחה לדמות שדות חשמליים ומגנטיים חישוביים וייצור התקני גירוי.

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

גירוי ביופיזי שימשו כדי לעורר את התא ואת הדינמיקה המולקולרית ברקמות שונות. מחקרים מסוימים העריכו את ההשפעה של שדות חשמליים ומגנטיים בסוגים שונים של תאים כגון כונדרוציטים, אוסטובלסטים ופיברובלסטים, שתלי רקמות ופיגומים. למרות שמכשירי גירוי שונים פותחו תחת התכונות הספציפיות כדי לעורר רקמות ביולוגיות, יש צורך לאשר מכשירים חשמליים ומגנטיים שבהם המתח והתדירות יכולים להיות מגוונים כדי לעורר מגוון רחב של דגימות ביולוגיות.הסימולציה החישובית לאימות הפצת השדה החשמלי בוצעה במולטי-פיזיקה COMSOL. כאן, נעשה שימוש בתצורה צירית כדי לדמות את המערכת הקיבולית המורכבת משתי אלקטרודות מקבילות, האוויר, צלחת התרבות שלנו, מדיית התרבות והמדגם הביולוגי, שבמקרה זה מיוצג על ידי פיגום. המאפיינים החומריים של כל יסוד היו המוליכות החשמלית וההיתר היחסי.המתח החל נקבע על 100 וולט, בעוד התדר נקבע על 60 קילוהרץ סינוס וינה עבור. לאחר שהוצגו כל הפרמטרים, המודל מחושב כדי לבחון את התפלגות השדה החשמלי בכל המשטחים. כדי להתבונן בצורה מפורטת יותר בחלוקת השדה החשמלי, ניתן לחבר את השדה החשמלי למערכת המלאה, בתוך הפיגום, במדיית התרבות, באוויר, ובתוך צלחת הבאר התרבותית ומחוץ לאלקטרודות.המעגל יפיק את השדות החשמליים, מבוסס על מתנד ווינ הגשר. זהו רצף RCnonthian של שבב פנים המשתמש במשוב חיובי ושלילי כאחד. מתנד הווינים של הגשר מורכב מרשת מעבדה מוארת שהיא מתח תגובתי המחולק בו מתח הכניסה מחולק על ידי השילוב בין R5 ל- C2 בסדרה ועל ידי השילוב בין R6 ל- C3 במקביל.כדי לחשב את התדירות, אנו משתמשים במשוואת תדירות מהדהדת שבה F Sub-Zero הוא התדירות R השווה ל- R5 השווה ל- R6 הם הנגדים ו- C השווה ל- C2 ו- C3 הם הקבלים. מעגל זה מתוכנן כך שהמתח ההתנגדותי המחולק עולה כאשר התפוקה המגדילה משרעת והמתח ההתנגדותי המחולק פוחת כאשר מתח היציאה יורד משרעת. לכן, רווח המתח של המגבר מתחיל באופן אוטומטי את השינויים משרעת של אות היציאה.לאחר מכן חושב שילוב של נגדים כדי ליצור את ארבעת המתחים העליונים. לבסוף, שלב תיקון אותות יושם לפני כדי להגביר את האות עם השנאי. לאחר שהמעגל היה מדומה, לוח המעגלים הצבועים יוצר כתוצאה מכך האות הסינוסואידי הסופי שנוצר על ידי המתנד הוא עלילה.ברגע שהמעגל מדומה השלב הבא הוא לבנות את מתנד גשר הווינה בלוח לחם כאן, אנחנו יכולים לבדוק את ארבעת מתחי היציאה ואת התדר שמייצר את המעגל. לאחר מכן אנו מייצרים בלוח מעגלים מודפס את המתנד שעשינו לפורמט ריד קרטיס ואת המתנגדים שאנו משתמשים בהם עבור המתחים שהמתנד מייצר. ולבסוף יש לנו כאן את ההרכבה הסופית של מחווני המעגל.הצעד הראשון לבדיקת התקן הגירוי החשמלי הוא לאמת את מתח היציאה של ספק הכוח כדי לעשות זאת, אנו מתאימים את ספק הכוח במקביל ומודדים את מתח היציאה של 12 ו -12 וולט בין הקרקע לבין המסופים החיוביים והשליליים. לאחר אימות מתח היציאה אנו יכולים להמשיך לחבר כל יציאה של ספק הכוח בקלט הנוכחי של התקן הגירוי החשמלי. הכבל הלבן הוא האדמה.הכבל השחור הוא המתח השלילי. וכבל אדום הוא המתח החיובי. כדי לבדוק את אות הפלט שמייצר את מכשיר הגירוי החשמלי, אנו מאתרים צלחת באר תרבות באמצע האלקטרודות.לאחר מכן, אנו מחברים את מתחי היציאה הנוצרים על ידי מכשיר הגירוי החשמלי לכל צלחת מקבילה. בהתחשב בכך שאנו עובדים בזרם חלופי אין סדר קפדני של חיבור מתח היציאה של המתנד למסופים של הלוח המקביל. כדי לאמת את אות הפלט אנו משתמשים באוסילוסקופ, המחובר ישירות לכל אלקטרודה.כאשר C תשע נלכד על ידי Oscilloscope שינינו את משרעת ותקופת האות כדי להתבונן בגל לחלוטין. בשלב זה, ניתן לאמת את ארבעת המתחים הנוצרים על ידי התקן הגירוי החשמלי. 50 וולט, 100 וולט, 150 וולט ו-200 וולט ב-60 קילו הרץ, פורום רוח סינוס.בדומה לשדות החשמליים, סימולציה חישובית יושמה כדי לאמת את התפלגות השדה המגנטי. תצורה צירית שימשה כדי לדמות את סליל אשר מורכב על ידי חוט קופר ואוויר. כאן נשקלו תכונות חומר שונות והתדירות החלה נקבעה על 60 הרץ.לאחר שהוצגו כל הפרמטרים, המודל חושב כדי לבחון את התפלגות השדה המגנטי. לבסוף, בוצעה דיאגרמה כדי לבחון כיצד השדה המגנטי מופץ הומוגנית במרכז הגליל. משוואת השדה הסולנואידית, הנגזרת מחוק אמפר, שימשה לחישוב השדה המגנטי שבו החדירות המגנטית של הוואקום נ' היא מספר הסיבובים של חוט קופר.אני הזרם והה'אשר יהיה מדורג בקוטרו, הוא אורך הסליל. הערכים של פרמטרים אלה נבחרו להעריך שדה מגנטי של שני מילימטרים. המעגל ליצירת השדות המגנטיים היה מדומה חישובית.כאן, השנאי מחובר ישירות לשקע. נגד משתנה שימש לגוף הזרם וליצור את השדות המגנטיים של 1 מילימטר אורך. נתיך היה מחובר כדי להגן על המעגל.לאחר ביצוע החישובים, התמיכה בפולימתיל מתאקרילאט והסליל נבנו לאחר ביצוע הסימולציה ייצרנו מכשיר מיוחד כדי להבטיח כי צלחות פטרי הולכים להיות ממוקמים באמצע מכשיר הגירוי. לאחר מכן, אנו מייצרים מטבע עם 450 הופך חוט קופר בצינור PVC כי הוא הולך להיות ממוקם באמצע התרבות כדי להבטיח שדה מגנטי הומוגני באמצע סליל. לאחר מכן, אנו מייצרים שנאי עם תפוקה של שישה וולט ואמפר אחד להמריץ את המעגל.כדי לבדוק את מכשיר הסימולטור המגנטי, מדדנו את הזרם שהסליל יוצר. מדד זה מבוצע על-ידי חיבור הרב-מטר בסידרה עם הסליל. ברגע שווידאנו שהזרם הוא בערך אמפר אחד השנאי מחובר לסליל כדי לסגור את המעגל.לאחר מכן, oscilloscope מחובר לתפוקות של סליל על מנת לאמת את אות סינוס ב 60 הרץ שנוצר על ידי גירוי מגנטי. כאשר תרביות תאים מגורות חשמלית זה רלוונטי כדי לשמור על התנאים הסטריליים כאשר שינויים במדיה התרבותית מבוצעים לדגימות הביולוגיות, מסיבה זו יש צורך להכניס את הבוחרים לתא. ברגע שתקשורת התרבות שינתה את צלחת התרבות היטב ממוקם מעל האלקטרודה.כדי להחזיר את תרביות התא לתוך החממה האלקטרודה התחתונה ממוקמת מעל משטח יציב כדי למקם את האלקטרודה העליונה על החלק העליון של תרבות התא. לאחר מכן, כבלי הפלט של התקן הסימולטור החשמלי מחוברים למסוף של כל אלקטרודה. לבסוף, הבוחרים ממוקמים בקפידה לתוך האינקובטור כדי להתחיל את הגירוי החשמלי.תנאים סטריליים דומים נחשבים כאשר התקשורת התרבותית משתנה לדגימות הביולוגיות המעוררות מגנטית. כאן, צלחות פטרי של 35 מילימטרים משמשים לתרבות תאים, explants, או פיגומים. לאחר שינוי המדיה התרבותית, תרביות התאים צריכות להיות ממוקמות בתמיכה בפולימטילמתאקרילאט.כאן כל צלחת פטרי ממוקמת אחת מעל השנייה. לאחר מכן, סליל ממוקם בקפידה על התמיכה כדי לכסות את תרביות התא. לבסוף, מכשיר הגירוי המגנטי ממוקם באינקובטור כדי להתחיל את הגירוי המגנטי.כפי שניתן לראות, מכשיר הגירוי החשמלי נבדק כדי לעורר כונדרוציטים ואוסטיובלסטים. כאן, הערכנו את ההתפשטות ואת הסינתזה המולקולרית. הממריץ החשמלי נבדק גם כדי לעורר chondroepiphysitis, explants כדי להעריך את השינויים המורפולוגיים בצלחת הצמיחה.בנוסף, תרבות, תאי STEM mesenchymal לתוך חומצה אורונית הידרוג'ל ג'לטין כבר מגורה חשמלית כדי להעריך את פוטנציאל הבידול condrogenic. מצד שני, מכשיר הגירוי המגנטי שלהם נבדק כדי לעורר כונדרוציטים כדי להעריך הן התפשטות סינתזה מולקולרית. המכשירים שפיתחנו, במחקר זה להימנע בעיות תאימות נחשב על ידי האלקטרודות כאשר הם נמצאים במגע ישיר עם החומר הביולוגי.יתר על כן, סוג זה של מכשירים מייצגים יתרון כי הם מונעים את השינויים ב- pH והפחתת רמות ג'ל התרבות המולקולרית. מתח ותדרים הם משתנים חשובים שיש לקחת בחשבון ברגע של גירוי רקמות ביולוגיות. מצד אחד, זה כבר ראיות כי הדינמיקה התא כגון הגירה, התפשטות, ביטוי גנים בין היתר, תלוי בכישרון של המתח החל.מצד שני, הוכח כי תדרים נמוכים וגבוהים יש השפעה על התאים במיוחד בפתיחה וסגירה של ערוצי קרום התא, אשר מפעילים מסלולי אות שונים ברמות תאיות נוספות. בסך הכל, מכשיר דומה זה יכול להיות extrapolated לסביבות קליניות כדי לשפר טיפולים רגנרטיביים כגון השתלה חלופית הסלולר. סוג זה של טיפול משלב במבחנה ובטכניקות vivo להתחדשות רקמות.כאן, ממריצים חשמליים ומגנטיים יכולים לשחק תפקיד מפתח בגירוי של חומרים ביולוגיים על ידי שיפור התכונות התאיות והמולקולריות של תאים, רקמות ופיגומים לפני שהושתלו בחולה.

electric-magnetic-field-devices-for-stimulation-biological

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

גירוי מגנטי Transcranial (TMS) הוא כלי פולשני לקבל תובנות על הפיזיולוגיה והתפקוד של מערכת העצבים האנושית. כאן, אנו מציגים טכניקות TMS שלנו ללמוד רגישות קליפת המוח של הגפה העליונה שרירי הגב התחתון.

ניצול גירוי מגנטי Transcranial לחקר מערכת Neuromuscular האדם

מקור: Curado, M. et al., מונטאז'ים לא פולשניים של גירוי מוחי חשמלי לאפנון תפקוד מוטורי אנושי. J. Vis. Exp. (2016)סרטון זה מדגים את ההגדרה והמנגנון של גירוי זרם ישר טרנס-גולגולתי (tDCS) לווסת את התפקוד המוטורי האנושי. על ידי הצבת האנודה מעל קליפת המוח המוטורית הראשונית והקתודה מעל האזור העל-אורביטלי הנגדי, הגירוי החשמלי הממוקד מגביר את הריגוש בקליפת המוח, משפר את פעילות הנוירונים המוטוריים ומשפר את הביצועים המוטוריים.

גירוי מוחי חשמלי לא פולשני לוויסות פעילות הנוירונים המוטוריים האנושיים

סרטון זה מדגים שיטה לגירוי תרביות עצביות הגדלות בטבעת עגולה בדוגמת כיסוי באמצעות שדה מגנטי המשתנה בזמן.

גירוי של תרביות עצביות על ידי שדה מגנטי

גירוי המגנטי Transcranial (TMS) הוכיח להיות כלי שימושי בחוקר את התפקיד של הקורטקס המוטורי articulatory בתפיסת דיבור. מאמר זה מתאר כיצד להקליט מנוע פוטנציאלים מעורר (חברי הפרלמנט האירופי) משרירי השפתיים וכיצד לשבש את ייצוג השפתיים מנוע באמצעות TMS חוזר ונשנה.

מגרה את השפתיים מוטור קורטקס עם גירוי מגנטי Transcranial

לא פולשני גירוי המוח חשמלי יכול לווסת פונקציה והתנהגות קליפת מוח, היא למטרות מחקר קליניות. פרוטוקול זה מתאר גישות גירוי שונים במוח אפנון של מערכת התנועה האנושית.

מצרפי גירוי מוחי חשמל לא פולשני אפנון של תפקוד האדם מוטורי

תרבויות עצביים הם מודל טוב ללימוד טכניקות גירוי המוח החדש דרך השפעתם על נוירונים בודדים או אוכלוסייה של נוירונים. להלן שיטות שונות עבור גירוי של תרבויות עצביות בדוגמת על ידי שדה חשמלי המיוצר ישירות על ידי אלקטרודות אמבטיה או המושרה על ידי שדה מגנטי משתנה זמן.

עירור החיצוני של הנוירונים באמצעות שדות חשמליים ומגנטיים ב אחד&quot; ותרבויות דו ממדים

כאן אנו מציגים פרוטוקול על הדרכת אוכלוסיה התא באמצעות גירויים חשמליים ומכניים הדמיית פיזיולוגיה של הלב. גירוי מכאני חשמלי זה משפר את הפוטנציאל cardiomyogenic של תאים שטופלו, אסטרטגיה מבטיח טיפול בתאי נוספת, מידול המחלה, והתרופות הקרנה.

גירויים חשמליים ומכניים בו זמנית כדי לשפר את פוטנציאל Cardiomyogenic של תאים

כאן אנו מציגים פרוטוקול להקמת תא התרבות תאים שנועדו לחשוף תאים לסוגים שונים של גירוי חשמלי, ושימוש בו בטיפול גזע mesenchymal כדי לשפר את הבידול osteogenic.

בנייה ושימוש חדר גירוי חשמלי לשיפור Osteogenic התמיינות בתאי גזע Mesenchymal/סטרומה במבחנה

מאמר זה מתאר גישות חדשות כדי למדוד ולחזק מסלולים עצביים ספציפיים מבחינה פונקציונלית עם גירוי transcranial גנטי. מתודולוגיות גירוי מוחי מתקדמות שאינן פולשנית יכולות לספק הזדמנויות חדשות להבנת יחסי המוח-התנהגות ופיתוח של טיפולים חדשים לטיפול בהפרעות במוח.

מדידת ושינוי פונקציונלית מסלולים עצביים ספציפיים במערכת המנוע האנושי עם גירוי מגנטי Transcranial

במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול לבידול של גזע עצבי ותאי אב (NPCs) המושרה אך ורק על ידי גירוי דופק זרם ישיר (DC) במערכת מיקרופלואידית.

בידול תאי קודמן עצבי הנגרמת על ידי שדה חשמלי בהתקנים מיקרופלואידיים

מאמר זה מציג אסטרטגיה לבניית מודלים אלמנט סופי של חומרים מוליכים סיביים החשופים לשדה חשמלי (EF). ניתן להשתמש במודלים כדי להעריך את הקלט החשמלי שהתאים שזורעים בחומרים כאלה מקבלים ולהעריך את ההשפעה של שינוי תכונות החומר המרכיבות את הפיגומים, המבנה או הכיוון שלו.

מידול אלמנט סופי של מיקרו-סביבה חשמלית תאית

חקור בניית ממריצים חשמליים ומגנטיים לרקמות ביולוגיות באמצעות סימולציה חישובית ב-COMSOL Multiphysics. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לבחון השפעת שדות על תאים שונים.

התקני שדה חשמליים ומגנטיים לגירוי רקמות ביולוגיות

גלה סרטונים נוספים