우리는 관절 연골 결손에 이전의 이식 연골의 BioComposite을 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 할 수 있습니다 소설 기계적 하중 생물 반응기를 설계했습니다.
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이 논문에서
요약
초록
우리는 이식을 위해 제작 된 조직 공학적 바이오 복합 재료를 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 할 수있는 로딩 장치를 설계했다. 장치가 주로 네이티브 기계 계통을 모방 생물 반응기로서 기능하지만, 그것은 또한 포스 피드백 또는 구조의 기계적 테스트를 제공하는로드 셀이 장착되어 있습니다. 장치 과목 로딩 용량의 큰 정밀도 (진폭과 주파수)과 축이 둘있는 기계적 부하에 연골 구조를 설계하고 표준 조직 문화 인큐베이터 안에 들어갈 정도로 컴팩트합니다. 그것은 바로 조직 배양 플레이트에 샘플을로드하고 여러 플레이트 크기는 시스템과 호환됩니다. 이 장치는 정밀 유도 레이저 응용 프로그램에 대한 제작 구성 요소를 사용하여 설계되었습니다. 이중 축 방향 하중은 두 개의 직교 단계로 이루어집니다. 단계 50 밀리미터 이동 범위를 가지고 스테퍼 모터 액츄에이터에 의해 독립적으로 구동에 의해 제어50nm 이하의 스텝 크기를 가능 마이크로 스테핑 기능을 특징으로하는 폐 루프 스텝 모터 드라이버. 폴리 설폰 로딩 플래 튼은 이중 축 이동 플랫폼에 결합된다. 단계의 움직임은 철저히 실험실 고급 위치 정보 기술 (APT) 소프트웨어에 의해 제어됩니다. 스테퍼 모터 드라이버는 주파수 및 전단 독립적으로 동시에 압축을 모두 진폭의 하중 매개 변수를 조정하는 소프트웨어와 함께 사용됩니다. 위치 피드백은 여행의 전체 50mm 이상 이하 3 ㎛의 위치 정확도로 번역, 0.1 ㎛의 양방향 반복성과 20 나노 미터의 해상도가 선형 광 인코더에 의해 제공됩니다. 이 인코더는 진정한 나노 포지셔닝 기능을 보장하기 위해 드라이브 전자 장치에 필요한 위치 피드백을 제공합니다. 감지하는 힘 피드백이로드 반응을 연락하고 평가할 제공하기 위해, 정밀 소형 로드셀 하중 플래 튼 나아 갔다 사이에 위치G 플랫폼입니다. 로드 셀은 0.15 %로 0.25 % 풀 스케일의 높은 정확도를 가지고 있습니다.
서론
우리는 이식을 위해 제작 된 조직 공학적 바이오 복합 재료를 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 할 수있는로드 생물 반응기를 설계했습니다. 이 장치는 주로 관절 연골을위한 설계 교체를위한 생물 반응기로 설계, 그것은 또한 인간의 신체의 다른 하중 조직에 사용될 수 있습니다. 이 생물 반응기 디자인에있는 우리의 동기는 운동의 부재로 인해 마비 병아리 배아 관절 연골의 비정상적인 형성의 정액 관찰 한 Drachman 및 Sokoloff 1에서 유래한다. 마찬가지로 운동은 정상 근육과 뼈의 개발에 필수적이다. 이 개념을 유지, 많은 연구 그룹은 체외 재배시 물리적 자극의 방법을 다른 모드를 조사 한 것은 세포 생체 재료 바이오 복합 재료 및 조직 절편 2-7의 생화학 적 및 기계적 성질을 조절한다. 기능 조직 공학의 개념조직의 기능적 특성을 향상시키기 위해 기계적 자극의 체외 사용을 포함, 조직 생체 스트레스에서 예상을 견딜 8,9를 변형 할 수있는 기계적 특성을 즉. 많은 연구 관절 조인트 설계 연골 구조를 자극하는 전단 및 압축의 측면에서 사용 기계적 부하를보고합니다. Mauck 등. 10 만 기계적 하중도 중요한 고려 성장 인자의 부....
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프로토콜
1. 이축 로딩 생물 반응기 설계
- 생물 반응기는 큰 적재 용량의 정밀도 (진폭과 주파수) 및 다양한 종류의에 응용 프로그램과 함께, 설계 조직에 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 정밀 유도 레이저 응용 프로그램에 대해 철저히 연구소 (뉴턴, MA)에 의해 제조 두 단계를 사용합니다 Single에서 24 잘 플레이트 (그림 1)의 조직 배양 조건.
- 이중 축 방향 하중은 두 TravelMax 단계 (LNR50SE)에 의해 수행됩니다. 이 단계는 XZ 구성에 직교 장착되어 있습니다. 수평 단계는 X 축을 따라 진동에 의해 동적 전단 동작을 제공합니다. 수직 단계는 Z 축을 따라 진동에 의해 동적으로 압축 하중을 제공합니다. 이 단계 미만의 스텝 크기를 사용, 50mm 이동 범위를 가지고 마이크로 스테핑 기능을 특징으로하는 폐 루프 스텝 모터 드라이버 (BSC102)에 의해 제어 스테퍼 모터 액츄에이터 (DRV014)에 의해 독립적으로 구동됩니다50 nm의.
- 이 장치는 단단한 25cm에 장착되어 X 30cm X 12.5 기계 부품의 조립을위한 플랫폼 및 조직 배양 플레이트의 설치에 사용됩니다 mm 알루미늄베이스 플레이트. 조정 운동 정지는 알루미늄베이스 플레이트 자리에 조직 배양 플레이트를 잠그는 데 사용됩니다....
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결과
이 장치는 2,000 만 셀 / ML 연골 세포와 아가로 오스 젤 시드를 사용하여 테스트 단축 (압축) 또는 이축 (압축 및 전단) 기계적 하중의 존재에서 재배되었다. 기본 돼지 연골 세포는 2-4 개월 된 돼지의 관절 연골에서 분리되었다. 5 개 mm 직경 1.5 mm 두께의 샘플은 정의 연골 배양 배지 (높은 혈당 DMEM, 1 % ITS + 미리 섞은 것, 100 U / ML 페니실린, 100 ㎍ / ㎖ 스트렙토 마이신, 2 mM의 L-글루타민, 2.5 ㎍ / ㎖ 2 ㎖에서 배양 하였다 암포 테리 신 B, 37 24 - 웰 플레이트에 50 ㎍ / ㎖ 아스 코르 빈산, 0.1 mM의 불필요한 아미노산 (NEAA), 프롤린 0.4 밀리미터) ° C, 5 % CO 2. 10 -7 M의 덱사메타손 10 NG / ML TGF-β1은 문화의 처음 10 일 동안 제공 하였다. 샘플은 일 10-30 사이 3 시간 / 하루에로드 된. 단축로드가 10 % 압축 피크 - 투 - 피크 진폭으로 구성, 1.......
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토론
우리는 이식을 위해 제작 된 조직 공학적 구조로 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 할 수있는 로딩 장치를 설계했습니다. 장치가 기본 조직이나 이전에 다른 치료 후 기계적 특성을 설명하기 위해 설계된 바이오 복합 재료의 체외 배양에 대한 생물 반응기 나 테스트 장치로 사용할 수 있습니다. 장치 과목 24 잘 접시에 하나의 큰 부하 용량의 정밀도 (진폭과 주파수) 및 조직 배양 조건의 넓은 다양한 응용 프로그램과 축이 둘있는 기계적 하중에 조직 구조를 설계.
전단 하중의 응용 프로그램은이 시스템의 설계에 대한 독특한 도전의 세트를 발표했다. 영양 전송을 극대화하기 위해, 구조는 원래 24 잘 플레이트의 각 웰에 일축했다. 용기의 압축 변형이 보험으로 이것은 동적 압축에 대한 문제를 제시하지 않았다샘플 플래 튼 접촉이 손실되지 않았습니다. 전단 변형이 프로토콜에 추가 될 때, 그러나, 일축 샘플 플레이트의 하단 하락 및 플래 튼 일부 손실 문의하십시오. 또한, 이.......
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공개 사항
저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
감사의 글
이 작품은 연구 및 개발, RR & D 서비스, 재향 군인의 미국학과, NIH 코 브레 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 및 방위 W81XWH-10-1-0643학과 사무실에 의해 지원되었다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| < 강> 시약< / 강> | |||
| DMEM, 고 포도당, 피루브 산 | Invitrogen | 11995 | |
| 아가로 스 유형 II | 시그마 | CAS 39346-81-1 | |
| 페니실린 스트렙토 마이신 글루타민 100X | Invitrogen | 10378-016 | |
| ITS + Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| 펜 연쇄상 구균 글루타민 | Invitrogen | 10378-016 | |
| Amphotericin B | , Invitrogen | 041-95780 | |
| Ascorbic Acid | Sigma | A-2218 | |
| Nonessential Amino Acid Solution 100x | Sigma | M-7145 | |
| L-proline | Sigma | P-5607 | |
| Dexamethasone | Sigma | D-2915 | |
| Recombinant Human 성장 인자 변화 β 1 | R& D Systems | 240-B-010 | |
| EQUIPMENT | |||
| Model 31 로드셀 (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| 모델 31 로드셀 (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| 단일 채널 디스플레이 | Honeywell | SC500 | |
| 50 mm 선형 인코딩 Travelmax 스테이지 with Stepper Actuator | Thorlabs | LNR50SE/M | |
| 2채널 스테퍼 모터 컨트롤러 | Thorlabs | BSC102 | |
| 50mm 사다리꼴 스테퍼 모터 드라이브 (2) | Thorlabs | DRV014 | |
| 조정 가능한 운동학적 로케이터 (4) | Thorlabs | KL02 | |
| 정밀 직각 플레이트 | Thorlabs | AP90/M | |
| 수직 장착 브래킷 | Thorlabs | LNR50P2/M | |
| 솔리드 알루미늄 브레드보드 | Thorlabs | MB3030/M | |
| 겔 주조 시스템, 1.5mm 및 0.75mm 스페이서 플레이트, | BioRad | #1653312 및 #1653310 | |
| 일회용 생검 펀치, 5mm | Miltex, Inc. | 33-35 | |
| 16mm 중공 펀치 | Neiko Tools | ||
| 비조직 배양 처리 플레이트, 24 웰, 평평한 바닥 | BD Biosciences | 351147 | |
| 압반 적재용 초방습 폴리설폰 시트 | McMaster-Carr | 86735k19 | 맞춤형 가공 |
참고문헌
- 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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