Metodologia Elastografia risonanza magnetica per la valutazione dei Tissue Engineered Construct crescita

Esaminare i costrutti di tessuti ingegnerizzati i tradizionali test meccanici, che spesso comportano la distruzione del campione, non sono accettabili. Questo metodo utilizza l'elastografia a risonanza magnetica microscopica o micro MRE come tecnica non invasiva per misurare le proprietà meccaniche dei piccoli tessuti molli. Le prime cellule vengono posizionate su un'impalcatura di biomateriale per generare il tessuto.

Il tessuto viene sospeso in aros gel e la punta di un attuatore viene inserita nel gel. Quindi, per caratterizzare l'attuatore, il movimento viene trasferito al campione e rilevato utilizzando un laser. Vitere Doppler.

Il campione e l'attuatore vengono trasferiti a un magnete e a una risonanza magnetica. Vengono acquisite le immagini elastografiche. L'analisi delle immagini risultanti mostra il cambiamento della rigidità pura sia per i costrutti osteogenici che per quelli adipogenici.

Abbiamo avuto l'idea di questa tecnica per la prima volta e abbiamo osservato la ftografia a residenza magnetica per l'uso della diagnosi delle malattie e ci siamo resi conto che poteva essere estesa all'ingegneria tissutale. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altre tecniche esistenti come i test meccanici, è che applica la tecnologia non invasiva della risonanza magnetica alle principali proprietà meccaniche dei tessuti. Le applicazioni di questa tecnica si estendono all'ingegneria tissutale perché la conoscenza delle proprietà meccaniche garantirà che sia appropriata per gli usi previsti nell'ingegneria ossea e cartilaginea.

Sebbene questi metodi forniscano preziose informazioni sull'ingegneria tissutale, possono anche essere utilizzati per diagnosticare malattie in diversi organi, come la fibrosi epatica, le lesioni cerebrali traumatiche o il cancro al cervello, ad esempio. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale perché include i passaggi difficili da apprendere e la conoscenza preliminare dell'ingegneria tissutale e dell'imaging del ritmo di magnitudo. Gars. Il processo di preparazione del costrutto tissutale consiste in tre fasi principali: espansione della popolazione cellulare, semina delle cellule su un'impalcatura di biomateriale e differenziazione attraverso l'uso di molecole di segnalazione chimica.

Dopo la coltura e l'espansione della linea cellulare, seminare le cellule staminali mesenchimali umane o HMC su una spugna di gelatina a una densità di una volta 10 per le sei cellule per millilitro per la formazione ossea. Circa tre giorni dopo, le cellule dovrebbero apparire confluenti sullo scaffold per indurre la differenziazione. Rimuovere il mezzo e sostituirlo con un mezzo di induzione adiposa.

Quindi incubare le cellule a 37 gradi Celsius con il 5% di anidride carbonica dopo tre giorni. Sostituire il terreno con un terreno di mantenimento, che consiste in un terreno di espansione contenente 10 microgrammi per millilitro di insulina ricombinante umana. Dopo l'incubazione per 24 ore, sostituire il mezzo di mantenimento con un mezzo di induzione.

Ripeti questo ciclo tre volte. Sostituire il terreno di mantenimento ogni due giorni per quattro settimane per indurre l'osteogenesi. Sostituire con un terreno osteogenico fresco ogni due giorni per tutta la durata dello studio.

Qui lo studio dura quattro settimane e la risonanza magnetica viene eseguita ogni settimana. L'elastografia a risonanza magnetica si basa sulla propagazione delle onde trasversali meccaniche per valutare i valori locali delle proprietà meccaniche. Pertanto, queste vibrazioni meccaniche devono essere generate e caratterizzate all'interno del tessuto di interesse utilizzando un attuatore elettrico piso Per preparare il campione, trasferire la coltura tissutale in una provetta di 10 millimetri di diametro contenente una base solida e uno strato di gel AGROS allo 0,5%.

Quindi aggiungere 0,5 acro di gel caldo. Per racchiuderlo. Lasciare agire il gel agros per cinque minuti.

A temperatura ambiente, inserire la punta del motore elettrico di piegatura piso nella superficie del gel. Quindi, fissare il tubo contenente il campione e l'attuatore a un supporto rigido. Orientare il raggio del barometro laser doppler verso la punta dell'attuatore meccanico.

Regolare il posizionamento del sistema per ottimizzare la potenza del segnale riflesso, che viene visualizzata sul barometro. Per massimizzare la riflessione, utilizzare un nastro riflettente, se necessario, per impostare l'attuatore in modo da generare onde trasparenti innocue con ampiezze significative di circa 250 micron. Impostare il generatore di funzioni in modo che esegua lo sweep della gamma di frequenza desiderata utilizzando una tensione di esercizio di 20 volt di picco con un segnale di rumore bianco.

Per questo esperimento, la gamma di frequenza desiderata è compresa tra 20 e 2000 hertz. Per visualizzare lo spettro caratterizzato sul programma Polytech Rsof, selezionare la visualizzazione della velocità e della FFT. Inizia a catturare il segnale e identifica la frequenza di risonanza del sistema in base ai picchi dello spettro.

Successivamente, per misurare la deflessione dell'attuatore, impostare l'attuatore in modo che fornisca una sinusoide continua alla frequenza di risonanza caratterizzata. Utilizzando una tensione di esercizio di 200 volt di picco tope e denotando lo spostamento generato erogato dall'attuatore alla superficie del set di gel fibra morbida per visualizzare la FFT con spostamento come asse Y. Una volta che l'attuatore è stato caratterizzato, posizionare la provetta contenente il campione e l'attuatore in una fessura in una bobina RF da 10 millimetri, posizionare il campione e l'attuatore al centro dello scanner MRI.

Acquisisci un'immagine scout per l'identificazione della posizione del costrutto. Una volta individuato il costrutto tissutale, impostare i parametri per l'acquisizione. Una tipica scansione sagittale in vitro avrà un tempo di ripetizione di 1000 millisecondi.

Tempo di eco da 20 a 40 millisecondi, spessore della fetta da 0,5 a un millimetro e campo visivo di 12 x 10 millimetri quadrati, con una dimensione della matrice di 1 28 x 1 28 pixel. Per i parametri dell'elastografia, impostare la frequenza dell'attuatore sul valore determinato dalla caratterizzazione del vier laser doppler. Per questo campione, è necessaria una bi coppia con un'ampiezza di gradiente di 50 gauss per centimetro e un ritardo MRE impostato a zero.

Modificare il generatore di funzioni in modalità burst e regolare i parametri del generatore di funzioni in modo che corrispondano a quelli dei parametri di acquisizione dell'elastografia, inclusi la frequenza e il numero di cicli. Impostare anche il generatore di funzioni in modo che venga attivato esternamente. Per ottenere un'immagine sagittale, impostare la sensibilizzazione al movimento in modo che sia nella direzione positiva della fetta e avviare la scansione dopo l'acquisizione.

Controllare l'immagine per valutare la qualità del segnale nel costrutto tissutale. Se l'immagine appare troppo scura, regolare i parametri RM e acquisire un'altra scansione. Quindi, modificare la sensibilizzazione nella direzione negativa della fetta.

Trasferisci i file dallo scanner MRI a un altro computer dotato di MATLAB ed esegui il programma MATLAB che eseguirà una divisione complessa per la generazione di un'immagine che raffigura la propagazione delle onde trasversali. È possibile tracciare l'immagine per valutare meglio la qualità e l'ampiezza dell'onda per valutare meglio la qualità e l'ampiezza dell'onda. Se si verifica l'avvolgimento, ridurre l'ampiezza del gradiente e acquisire un'altra scansione.

Se non sono necessarie regolazioni dell'immagine. Regola la dimensione dell'array di parametri su otto valori equidistanti che vanno da zero secondi a un periodo completo della frequenza di risonanza caratterizzata. Acquisire una scansione sia con l'orientamento positivo che negativo della fetta una volta acquisite le immagini.

Utilizza un programma MATLAB progettato per generare i dati dell'onda pura e il filmato corrispondente dell'onda che si propaga nel campione. Questo è il file che sarà necessario per stimare le proprietà meccaniche. Il passaggio finale della MRE consiste nel calcolare la rigidità pura dalle immagini delle onde trasparenti.

Inizia inserendo i dati nel programma MATLAB che valuterà il set di dati tridimensionale, specificherà i parametri di imaging, tra cui campo visivo, gradiente, ampiezza e numero di coppie bipolari, ed eseguirà il codice. L'algoritmo consente la selezione di regioni di interesse per le quali viene calcolata la media e la deviazione standard di ciascun parametro. Disegna i contorni del costrutto di tessuto per selezionare la regione di interesse.

Vengono visualizzate la media e la deviazione standard della rigidità, dell'accumulo, del modulo e del modulo di perdita all'interno della regione di interesse selezionata. Il programma fornisce anche risultati intermedi, tra cui onda dopo filtri, onda dopo filtrazione direzionale e profili di linea che aiutano a stimare la fedeltà del recupero. Per una stima accurata, l'onda filtrata deve essere liscia.

La deviazione standard di un parametro in una specifica regione di interesse è anche un indicatore della qualità del calcolo, se necessario, regolare altri parametri secondo necessità per ottenere valori accurati delle proprietà meccaniche per osservare i cambiamenti nelle proprietà meccaniche dei costrutti ingegnerizzati man mano che si sviluppano. Il test MRE è stato applicato per un periodo di quattro settimane. Questa mappa di sviluppo del costrutto mostra i costrutti adipogenici indicati dalla lettera A e osteogenici indicati dalla lettera O con le corrispondenti immagini di magnitudo, immagini di onde pure, ELA e rigidità di taglio media visualizzate.

La mappa dei colori per gli ELA corrisponde alla combinazione di colori della barra. Il grafico e le barre di errore rappresentano la deviazione standard all'interno di ogni regione di interesse dei costrutti. Nel corso del tempo, i costrutti adipogenici sono diventati meno rigidi, indicando proprietà simili al tessuto adiposo.

Allo stesso modo, i costrutti osteogenici sono diventati più rigidi nel corso del periodo di quattro settimane, indicando una differenziazione simile all'osso Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa due ore se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante caratterizzare completamente l'attuatore Seguendo questa procedura. Metodi come l'analisi biochimica e l'istologia possono essere utilizzati per rispondere a domande come la conferma della deposizione di minerali.

Non dimenticare che quando si lavora con materiale cellulare umano e risonanza magnetica, può essere estremamente pericoloso e la consapevolezza del corretto BL 2 e MRI. È necessario prendere precauzioni durante l'esecuzione di queste procedure.