Abbiamo progettato un nuovo bioreattore carico meccanico in grado di applicare sollecitazioni meccaniche monoassiale o biassiale per un biocomposite cartilagine prima del trapianto in un difetto della cartilagine articolare.
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Articolo metodologico
Progettazione di un biassiale Carico meccanico bioreattore per l'ingegneria tissutale
In questo articolo
Sommario
Abstract
Abbiamo progettato un dispositivo di caricamento che è in grado di applicare sollecitazioni meccaniche monoassiale o biassiale ad un tessuto biocompositi costruiti fabbricati per il trapianto. Mentre il dispositivo funziona principalmente come un bioreattore che imita le sollecitazioni meccaniche native, è anche dotato di una cella di carico per fornire forza feedback o prove meccaniche dei costrutti. I soggetti di dispositivi progettati costrutti cartilagine biassiale carico meccanico con grande precisione di dose di carico (ampiezza e frequenza) ed è abbastanza compatto per adattarsi all'interno di un tessuto culturale incubatore standard. Si carica campioni direttamente in una piastra di coltura tissutale, e molteplici dimensioni piatto sono compatibili con il sistema. Il dispositivo è stato progettato utilizzando componenti prodotti per applicazioni laser a guida di precisione. Carico biassiale è compiuta da due fasi ortogonali. Gli stadi hanno una gamma di corsa 50 mm e sono azionati in modo indipendente da stepper attuatori motore controllata daun passo-passo del driver a circuito chiuso del motore che dispone di funzionalità di micro-stepping, consentendo dimensioni passo inferiori a 50 nm. Un polisulfone caricamento platina è accoppiato alla piattaforma mobile biassiale. Movimenti delle fasi sono controllate da Thor-laboratori Advanced Positioning Technology (APT) software. Il driver motore passo-passo viene utilizzato con il software per regolare i parametri di carico di frequenza e ampiezza di taglio e compressione sia indipendente e simultaneo. Retroazione di posizionamento è fornita da encoder ottici lineari che hanno una ripetibilità bidirezionale di 0,1 micron e una risoluzione di 20 nm, traducendo ad una precisione di posizionamento inferiore a 3 micron sulla intero 50 mm di corsa. Questi encoder forniscono la necessaria retroazione di posizione per l'elettronica di azionamento per garantire reali capacità nanopositioning. Per fornire la retroazione di forza per rilevare contattare e valutare le risposte di carico, una cella di carico miniatura precisione è posizionato tra la piastra di carico e la movinpiattaforma g. La cella di carico è elevata precisione di 0,15% al 0,25% del fondo scala.
Introduzione
Abbiamo progettato un bioreattore di carico che è in grado di applicare sollecitazioni meccaniche monoassiale o biassiale ad un tessuto biocompositi costruiti fabbricati per il trapianto. Questo dispositivo è progettato principalmente come bioreattore per sostituzioni ingegnerizzati per cartilagine articolare, ma potrebbe essere utilizzato anche per altri tessuti portanti nel corpo umano. La nostra motivazione in questo disegno bioreattore nasce da Drachman e Sokoloff 1, che ha fatto l'osservazione seminale di formazione anomala di cartilagine articolare in embrioni di pollo paralizzati a causa di assenza di movimento. Analogamente, l'esercizio fis....
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Protocollo
1. Biassiale Caricamento bioreattore design
- Il bioreattore impiega due stadi fabbricati da Thor-laboratori (Newton, MA) per applicazioni laser a guida di precisione per l'applicazione di sollecitazioni meccaniche uniassiale o biassiale per tessuti ingegnerizzati, con grande precisione di dose di carico (ampiezza e frequenza) e applicata a una vasta gamma di condizioni di coltura di tessuto da sola a piastre da 24 pozzetti (Figura 1).
- Carico biassiale è compiuta da due fasi travelmax (LNR50SE). Queste fasi sono montati ortogonalmente in una configurazione XZ. La fase orizzontale prevede movimenti di rottura dinamica oscillando....
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Risultati
Il dispositivo è stato testato utilizzando gel di agarosio seminato con 20 milioni di cellule / ml e condrociti coltivati in presenza di monoassiale (compressione) o biassiale (compressione e taglio) carico meccanico. Condrociti suina primari sono stati isolati dalla cartilagine articolare di 2-4 mesi di età maiali. Diametro di 5 mm e 1,5 campioni mm di spessore sono stati coltivati in 2 ml di definito terreno di coltura condrogenico (High glucosio DMEM, 1% ITS + premiscela, 100 U / ml penicillina, 100 ug / ml strep.......
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Discussione
Abbiamo progettato un dispositivo di carico, che è in grado di applicare sollecitazioni meccaniche monoassiale o biassiale di tessuto costrutti ingegnerizzati fabbricato per il trapianto. Il dispositivo può essere utilizzato come un bioreattore per la coltura in vitro di biocompositi ingegnerizzati o come un dispositivo di prova per descrivere le caratteristiche meccaniche del tessuto nativo o dopo altri trattamenti precedenti. I soggetti dispositivi progettati costrutti di tessuto biassiale a carico meccanico .......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto da parte dell'Ufficio di Ricerca e Sviluppo, RR & D Service, Department of Veterans Affairs, NIH COBRE 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 e Dipartimento della Difesa W81XWH-10-1-0643.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| DMEM, High glucose, piruvato | Invitrogen | 11995 | |
| Agarosio Tipo II | Sigma | CAS 39346-81-1 | |
| Penicillina Streptomicina Glutammina 100X | Invitrogen | 10378-016 | |
| ITS+ Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| Pen Strep Glutammina | Invitrogen | 10378-016 | |
| Amfotericina B | Invitrogen | 041-95780 | |
| Acido ascorbico | Sigma | A-2218 | |
| Soluzione di aminoacidi non essenziali 100x | Sigma | M-7145 | |
| L-prolina | Sigma | P-5607 | |
| Desametasone | Sigma | D-2915 | |
| Ricombinante umano Trasformare il fattore di crescita β 1 | R& D Systems | 240-B-010 | |
| EQUIPMENT | |||
| Cella di carico modello 31 (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| modello 31 (1000 g) | Display | AL311 | |
| Honeywell | SC500 | ||
| Tavolino Travelmax codificato lineare da 50 mm con attuatore passo-passo | Thorlabs | LNR50SE/M | |
| Controller per motori passo-passo a due canali | Thorlabs | BSC102 | |
| Azionamento per motore passo-passo trapezoidale da 50 mm (2) | Thorlabs | DRV014 | |
| Localizzatore cinematico regolabile (4) | Thorlabs | KL02 | |
| Piastra ad angolo retto di precisione | Thorlabs | AP90/M | |
| Staffa di montaggio verticale | Thorlabs | LNR50P2/M | |
| Breadboard in alluminio solido | Thorlabs | MB3030/M | |
| Sistema di colata di gel con piastre distanziatrici da 1,5 mm e 0,75 mm | BioRad | #1653312 e punzone | |
| , 5 mm | Miltex, Inc. | 33-35 | |
| Punzone cavo da 16 mm | Neiko Tools | ||
| Piastre trattate per colture non tissutali, 24 pozzetti, fondo piatto | BD Biosciences | 351147 | |
| Foglio di polisulfone ultraresistente all'umidità per piastre di caricamento | McMaster-Carr | 86735k19 | Lavorato su misura |
Riferimenti
- Drachman, D. B., Sokoloff, L. The role of movement in embryonic joint development. Devl. Biol. 14, 401-420 (1966).
- Buschmann, M. D., Gluzband, Y. A., Grodzinsky, A. J., Hunziker, E. B. Mechanical compression modulates matrix biosynthesis in chondrocyte/agarose culture. J. Cel....
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Ristampe e permessi
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