新規声帯バイオリアクターの構築とキャラクタリゼーション

Aidan B. Zerdoum; Zhixiang Tong; Brendan Bachman; Xinqiao Jia

doi:10.3791/51594

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方法論記事

新規声帯バイオリアクターの構築とキャラクタリゼーション

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DOI:

10.3791/51594

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2014年8月1日

Aidan B. Zerdoum¹ , Zhixiang Tong² , Brendan Bachman² , Xinqiao Jia¹^,²

¹Biomedical Engineering Program, University of Delaware, ²Department of Materials Science and Engineering, Delaware Biotechnology Institute, University of Delaware

この記事について

サマリー

培養細胞に生理学的に関連性のある振動刺激を与えることができる新しい声帯バイオリアクターが構築され、特徴付けられています。このダイナミックな培養装置は、繊維状のポリ(ε-カプロラクトン)足場と組み合わせることで、間葉系幹細胞の振る舞いを調節する声帯模倣環境を作り出します。

要約

機械的に活性な組織のインビトロエンジニアリングでは、培養細胞に生理学的に関連する機械的条件を提示する必要があります。声帯の動的環境をエミュレートするために、基本的な発声周波数で振動刺激を生成することができる新しい声帯バイオリアクターが構築され、特徴付けられます。このデバイスは、ファンクションジェネレータ、パワーアンプ、スピーカーセレクタ、および並列振動チャンバで構成されています。個々の振動チャンバーは、カスタムメイドのシリコン膜を一対のアクリルブロックの間に挟むことによって作成されます。シリコーンメンブレンは、チャンバーの底部として機能するだけでなく、細胞を含んだ足場を固定するためのメカニズムも提供します。底面のアクリルブロックの下に取り付けられたスピーカーから発生する振動信号は、振動する空気によって空気力学的に膜に伝達されます。2本の固定金属バーに固定された8つの同一の振動モジュールが、細胞培養インキュベーターでの長期運転のために抗湿度チャンバーに収納されています。声帯バイオリアクターの振動特性は、レーザードップラー振動計(LDV)を使用して非破壊で分析されます。動的培養デバイスの有用性は、膜中央変位が40μmの200Hz正弦波振動の存在下で細胞構築物を培養することによって実証されます。バイオリアクターで培養された間葉系幹細胞は、声帯に関連する細胞外マトリックス成分の合成と分解を変化させることにより、振動シグナルに応答します。ここで紹介する新しいバイオリアクターシステムは、振動誘発性メカノトランスダクションの研究や機能的な声帯組織のエンジニアリングのための優れたin vitroプラットフォームを提供します。

概要

上皮層、固有層（LP）と声帯の筋肉から構成される人間の声帯は、健全な生産のための音波への肺からの空気の流れを変換する専門的なソフトな組織である^。1声帯が通常の発声時に定期的に振動し、 100〜300 Hzの範囲の基本周波数で最大30％の株を示す^。2アダルト声帯のLPは、表面的な（SLP）で構成される傾斜構造、中間（ILP）と深い（DLP）の層である。さらに分類群上皮と粘膜層として、SLP、およびボーカル靭帯へのILPとDLPを兼ね備えています^。3靭帯が成熟したコラーゲンとエラスチン繊維で強化されている間、SLP層は、まばらに分散された膠原繊維と主にアモルファスマトリックスが含まれています十分な強度を提供する^。4新生児声帯の構造や力学は、その成熟した対応とは大きく異なります。もののメカニズム声帯の開発と成熟を調節するのは、まだ完全には理解されていない、実験的証拠は、発声由来の機械的ストレスの決定的な役割を指摘しています。

音声乱用、感染症、化学的刺激物および外科的手技を含むいくつかの医学的条件は、声帯を損傷する可能性があります。声帯障害は米国の人口の推定3から9パーセントに影響を与える。声帯障害のための現在の治療法は^、5を限定され、幹細胞を用いた組織工学アプローチは、声帯機能を回復するための有望な戦略として浮上している。間葉系幹細胞（MSC）は、声帯組織工学のための主要....