Name: 조직 공학을위한 이축 기계 로딩 생물 반응기의 설계 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: 배우세요 조직 공학을 위한 이축 기계 로딩 생물 반응기 설계 방법입니다. 연골 생체 복합재에 정밀한 기계적 변형을 적용하여 세포의 생물물리적 자극을 증가시키고 조직 발달을 촉진하는 기술을 익힙니다.

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이 작품은 연구 및 개발, RR &amp; D 서비스, 재향 군인의 미국학과, NIH 코 브레 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 및 방위 W81XWH-10-1-0643학과 사무실에 의해 지원되었다.

1. 이축 로딩 생물 반응기 설계 <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. 이 운동 중지 그렇지 않으면 손으로 달성 할 수없는 정확한 정렬을 허용하도록 미세 조정 나사가 있습니다. 베이스 플레이트의 모듈 형 설계는 서로 다른 크기와 모양 (배양 접시 대 멀티 - 웰 플레이트)의 판을 수용하기 위해 이러한 운동 정지를 유연하게 배치 할 수 있습니다. </li><li> 맞춤 가공 폴리 설폰 로딩 플래 튼은 정밀 가공 오른쪽 꺾쇠 괄호를 통해 양방향 축 이동 플랫폼에 결합된다. 폴리 술폰 재료는 가공의 용이성 및 살균의 용이성 인해 생체 적합성에 선택되었다. </li><li> 단계의 움직임은 철저히 연구소 &#39;고급 포지셔닝 기술 (APT) 소프트웨어에 의해 제어됩니다. 스테퍼 모터 드라이버는 우리입니다주파수 및 전단 독립적으로 동시에 압축을 모두 진폭의 부하 매개 변수의 조정을 허용하는 소프트웨어와 함께 ED. </li><li> 위치 피드백은 각 이동 플랫폼에 연결되고 소프트웨어와 통합 된 선형 광 인코더에 의해 제공됩니다. 엔코더 시스템은 여행의 전체 50mm 이상 이하 3 ㎛의 위치 정확도로 번역, 0.1 ㎛의 양방향 반복성과 20 나노 미터의 해상도를 가지고 있습니다. 이 인코더는 진정한 나노 포지셔닝 기능을 보장하기 위해 드라이브 제품 및 절대 위치의 직접 판독하는 데 필요한 위치 피드백을 제공합니다. </li><li> 플래 튼과 샘플 사이의 접촉을 감지하는 데 필요한 힘 피드백을 제공하고로드 응답 로딩 플래 튼 및 이동 플랫폼 (그림 2) 사이에 위치 정밀도 소형 로드셀 (하니웰 모델 31) 평가하기 위하여. 로드 셀은 높은 정확도의가0.15 % 0.25 % 풀 스케일. 로드 셀의 표시 장치 (SC500)는 5 소수 자릿수까지의 하중 측정을 제공 할 수 있습니다. 또한, 그것은 컴퓨터에 데이터 수집이 가능하도록 RS-232 포트가 있습니다. </li></ol> 2. 셀 시드 아가로 오스 구문 <ol><li> 4 % 아가로 오스 준비 20 ML 50 ML 플라스크에 DMEM (무첨가), 종기, 그리고 70에서 계속 사용할 때까지 ° C 오븐에 0.8 g 아가로 오스를 추가합니다. </li><li> 원하는 세포 시딩 밀도의 두 배 금액에 대한 세포 현탁액의 볼륨을 조정합니다. 이 서스펜션은 원하는 시딩 밀도에서 2 % 아가로 오스 겔을 만드는 4 % W / V 아가의 동량으로 혼합된다. </li><li> 인큐베이터에있는 세포 현탁액 한 10 ㎖ 피펫을 모두 놓습니다. </li><li> 겔 캐스팅 시스템을 설정합니다. 하나의 1.5 mm 한 0.75 mm 스페이서 플레이트 2.25 mm 두께의 젤을 만들어 함께 넣어해야합니다. 다른 크기 스페이서 플레이트는 다른 겔 두께 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 겔 캐스팅 시스템이 접시 toget을 보관 유지하는데 충분한 크기가 아닌 경우그녀는, 그래서 그들은 안전하게 누출을 방지하기 위해 녹화해야합니다. </li><li> 다음 단계는 아가로 오스는 응고되기 전에 빨리 겔 금형에 앞서 준비 아가 피펫으로 세포 현탁액을 혼합하는 것입니다. 오븐에서 액체 아가로 오스를 제거하고있는 멸균 온도계를 배치합니다. 아가로 오스는 ° C 세포와 혼합하기 전에 42-43로 냉각해야합니다. 37 ° C.에 세포 현탁액을 따뜻하게 아가로 오스는 43 명중하면 ° C, 신속하게 원하는 금액을 피펫 다음 즉시 혼합하는 몇 번을 세포 현탁액을 피펫. 다음 즉시 젤 금형에 전체 혼합물을 피펫. </li><li> 젤 15 분 동안 응고 후 조심스럽게 수평 위치로 기울 수 있습니다. </li><li> 상단 유리 접시 생검 펀치 펀치 디스크를 제거합니다. 디스크는 작은 멸균 주걱 포착 할 수 있습니다. 우리의 경험에서, 9 ML 젤보다 백 5 mm 직경의 디스크를 만들 정도로 컸다. </li></ol> 3. 문화 디스크 </p&gt; <ol><li> 24도 아닌 조직 문화 처리 플레이트의 각 우물에서 개최 한 디스크. </li><li> 각 well에 혈청이없는 연골 분화 매체 2 ML을 추가합니다. </li><li> (37 ° C, 5 % CO 2) 배양기에서 접시를 넣어. </li><li> 미디어 변경, 1 mL을 잘 2-3 일마다 교체합니다. </li></ol> 4. 기계적 하중에 대한 샘플의 고정 <ol><li> 4 % 아가로 오스 (어떤 세포 현탁액을 추가 없음)와 젤 샘플 자체 (로드하는 동안 간섭을 방지하기 위해)보다 얇은해야한다를 준비합니다. 권장 두께는 1.5-1.9 mm (2.25 mm 두께 샘플)입니다. </li><li> 일단 24 잘 플레이트 펀치 16mm 직경의 디스크, 겔화. 원하는 경우 각 디스크에서 샘플 펀치 한 5 개 mm 구멍 펀치에게 미디어 변경하는 동안 배치 할 피펫의 디스크의 가장자리에 다른 5mm 구멍 안으로 배치 수 있습니다. </li><li> 일단 아가 웰은 24 잘 플레이트의 장소는 그림 3과 같이,되었습니다. </li><li> 아가로 오스 W 번ELL 학생이 24 웰 플레이트에 각 잘 샘플을 맞는 누릅니다. 샘플은 아가로 오스 우물의 정상에서 돌출한다. </li></ol> 5. 기계적 하중 <ol><li> 플래 튼 (그림 2) 소독. </li><li> 셀을로드하는 알루미늄 플레이트를 고정합니다. 보안 플래 튼 / 스테이지로로드 셀 / 알루미늄 플레이트 어셈블리를로드. </li><li> 스테퍼 모터 컨트롤러 (뒷면 스위치)를 켭니다. </li><li> PC 및 열기 &quot;APT 사용자&quot;프로그램 (그림 4)를 켭니다. <ol><li> 화면 왼쪽 수평 스테퍼 모터를 제어합니다. 화면 오른쪽 수직 스테퍼 모터를 제어합니다. 각 화면에서, &quot;그래픽 제어&quot;탭은 수동 위치 결정이 가능하며 이동 &quot;시퀀서&quot;탭을 자동화 할 수 있습니다. 모든 객실에는 mm입니다. </li></ol></li><li> 두 화면의 &quot;그래픽 컨트롤&quot;탭으로 이동하여 &quot;홈 / 제로&quot;버튼을 누릅니다. 두 스테퍼 모터 50 mm의 범위가 있습니다. &quot;홈 / 제로&quot;를 누르면 제로 위치 (상단과 가장 오른쪽 위치)에 두 스테퍼 모터를 보내드립니다. </li><li> 준비 할 것이다E 각 우물에서 일부 미디어를 제거하여로드 24 잘 플레이트의 샘플입니다. 미디어 더 1보다 ㎖를로드하는 동안 오버플로를 방지하기 위해 각 잘 남아 있어야합니다. 충분한 미디어 샘플을 커버 유지하기 위해 잘 남아 있는지 확인합니다. <ol><li> 인큐베이터가 기기 고장을 방지하기 위해 습도가 낮은 조건에서 보관합니다. </li></ol></li><li> 장소에 24도 생물 반응기에서 플레이트와 플래 튼과주의를 줄. <ol><li> 플레이트는 네 개의 조정 운동 로케이터를 사용하여 생물 반응기에 고정되어 있습니다. 쉽게 플래 튼을 줄 수 있도록, 두 왼쪽 로케이터는 미리 배치되어있다. 플레이트가 안전하도록 오른쪽 두 로케이터를 조입니다. 생물 반응기베이스의 전면까지 세척 접시를 줄 수 있는지 확인하십시오. </li><li> &quot;그래픽 컨트롤&quot;탭에서 특정 스테퍼 모터의 위치를​​ 수동으로 위치 상자를 클릭하여 입력 할 수 있습니다. 천천히 플래 튼을 낮추고 접시 줄을 수평으로 이동하려면이 기능을 사용합니다. </li> &lt;/ OL&gt; </li><li> 플래 튼은 샘플의 만남에 가까운되면 매우 느린 단위로 플래 튼을 가지고 시작 (0.1 mm)는 소정의 시작 위치에 도달 할 때까지 (파트 6 참조). </li><li> 시작 위치에 도달하면, 탭 &quot;시퀀서를 이동&quot;을 눌러 원하는 이동 순서를로드로 이동 &quot;로드.&quot; 그런 다음 시작 &quot;실행&quot;을 누릅니다. (그림 5) 제 7 부 참조하십시오. 주입 프로토콜을 작성합니다. </li><li> 로드가 완료되면 수동으로 플래 튼을 올립니다. 모든 샘플은 플래 튼에 붙어있는 경우, 신중하게 잘 멸균 주걱을 사용하여 적절한에 다시 넣습니다. </li><li> 생물 반응기에서 24 잘 플레이트를 제거하고 용지를 교체하십시오. </li><li> 조심스럽게로드 셀에서 플래 튼을 제거하고 악기의 전원을 끕니다. </li></ol> 6. 교정 로딩 플래 튼 적절한 긴장이 샘플에 적용되어 있는지 확인하려면 각 플래 튼은 신중하게 실험을 시작하기 전에 보정해야합니다. <ol><l난&gt; 5.8 단계 5.1를 수행합니다. </li><li> 수동으로 25mm 위치에서 수평 스테퍼 모터를 넣어. </li><li> 그냥 간신히 생물 반응기의 바닥에 접촉 조심스럽게 낮은 플래 튼을 때까지. 로드셀이 시점에서 증가 된 부하를 표시합니다. 수직 스테퍼 모터 (모든 압축 변형률 측정은이 값으로 계산되므로, 가능한 한 정확하게)의 정확한 위치를 적어 둡니다. </li><li> 위치를 기록합니다. 이 값은 샘플 크기와 원하는 변종에 따라 투약 프로토콜을 작성하는 데 사용됩니다. </li></ol> 7. 주입 프로토콜을 작성 <ol><li> 생물 반응기는 동시에 또는 개별적으로 압축 및 전단을 모두 변형을 적용 할 수 있습니다. 용기를 압축 변형, 동적 변형률 진폭, 주파수를로드 : 세 가지 주요 매개 변수를 결정해야합니다. </li><li> 용기의 변형이 샘플에서 플래 튼의 이륙을 방지하기 위해 적용됩니다. </li><li> 샘플 동적 변형률 진폭과 주파수 하중주파수가 선택됩니다. </li></ol> 이 연구에서 우리는 다음과 같이 압축 및 전단 변형을 정의 <img alt="식 1" fo:content-width="3.26in" fo:src="/files/ftp_upload/50387/50387eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50387/50387eq1.jpg" /> 예를 이축 분배 프로토콜 샘플 두께 : 2.25 mm 자체 스트레인 (압축) : 샘플 간격의 10 % (0.225 mm) 동적 변형률 진폭 (압축) : 10 % (+ / - 시료 두께의 5 %) 주파수 (압축) : 1 Hz에서 동적 변형률 진폭 (전단) : 샘플 간격 (0.5625 ㎜)의 25 % : 전단 응력은 수평으로 이동하는 플래 튼하여 샘플에 적용. 주파수 (전단) : 0.5 Hz에서 일반적인 투약 프로토콜은 하루에로드 3 시간이다. 이 예제에서는 동적 및 전단 하중이 동시에보다는 순차적으로 적용됩니다. 우리는이 패턴을 잘 MIM 믿는다인간의 무릎에 ICS는 복잡한 로딩 환경을 제공합니다. <ol start="4"><li> 투약 프로토콜이 선택되면, 압축 이동 시퀀스 프로그램을 작성해야합니다. </li><li> 이동 순서는 스테퍼 모터가 지정된 가속과 최대 속도로 이동됩니다 위치의 목록처럼 소리를 정확히 것입니다. </li><li> 프로토콜 및 플래 튼 보정 값 (파트 6에서) 배치에 따라 원하는 수직 위치를 계산합니다. </li><li> 플래 튼 1 예 계산은 아래에 제공됩니다 : </li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> 보정 값의 차이 </td><td> 수직 위치 </td></tr><tr><td> 원고 교정 값 (생물 반응기의 접촉 하) </td><td> 0mm </td><td> 29.7700 mm </td></tr><tr><td> 플래 튼은 샘플과 접촉 (2.25 mm 샘플)를 만드는 </td><td> 4.4140 mm </td><td> 25.3560 mm </td></tr><tr><td> 생비 (5 % 간격) </td><td> 4.3015 mm </td><td> 25.4705 mm </td></tr><tr><td> 스트레인 (10 % 두께) </td><td> 4.1890 mm </td><td> 25.5810 mm </td></tr><tr><td> 스트레인 (15 % 두께) </td><td> 4.0765 mm </td><td> 25.6955 mm </td></tr></tbody></table><ol start="8"><li> 일단 위치는, 가속과 정확한 주파수를 얻을 수있는 최대 속도 값으로 실험을 계산됩니다. 사이클의 수 (1 Hz에서 3 시간 예 : 10,800 사이클) 따라서 선택해야합니다. </li><li> 예를 들어 동적 압축 이동 시퀀스 프로그램 (10 % 자체 압축, 10 %의 동적 변형률 진폭, 1 Hz에서) (그림 5) </li><li> 동적 전단 이동 시퀀스 프로그램 : 사이클의 수는 원하는 주파수 및 기간 (0.5 Hz에서 3 시간 동안 예를 들어, 5,400 사이클)에 따라 선택되어야한다. </li><li> 예를 들어 동적 전단 이동 시퀀스 프로그램 (10 % 자체 압축, 0.5625 mm (두께의 25 %) 동적 전단 변형률 진폭 0.5Hz에서) (그림 5). </li></ol>

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</ol>

저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

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...

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 부재에서 중간 엽 줄기 세포의 연골을 유도 할 수 있습니다하는 것이 좋습니다. 이러한 조직 배양시 압축이나 전단 등의 간헐적 인 기계적 하중의 응용 프로그램이 연골과 뼈 형성을 조절하기 위해 표시되었습니다, 그러나 부하의 최적 선량은 세포와 조직 속성을 11으로 다릅니다. 관절 연골의 가장 중요한 기능은 내 압축 및 전단 힘을 견딜 수있는 능력입니다관절, 따라서 높은 압축 및 전단 탄성 계수를 가지고있다. 설계 연골의 기능을 기계적 강도와 생리 학적 미세 구조의 부족은 생체 내에서 신 연골의 파괴 및 관절 연골의 교체 전략의 실패로 귀착되었다. 압축 및 전단은 일반적으로 조절하고 관절 연골 바이오 복합 재료의 기계적 강도를 개선하기 위해 입증되어 있지만, 조합 방식은 드문 6,12-15입니다. Wartella 웨인 16 반월 상 연골 교체를 생산하는 긴장과 압축을 적용 생물 반응기를 설계했습니다. 왈드 등. 15 다공성 칼슘 인산염 기판에서 배양 연골 세포로 압축 및 전단을 적용하는 장치를 설계했다. 총통 등. 17 체외 젤의 성인 개 연골 세포의 배양 및 이축 기계화의 응용 프로그램과 기본 연골 일치하는 기계적 특성을 보여anical로드 (압축 변형 된로드 및 미끄럼 접촉 로딩). 축이 둘있는 기계적 하중 생물 반응기는 원래 조직 설계 연골의 형태 학적 적응을 유도하는 전반적인 목표와 우리의 실험실에있는 다니엘 추에 의해 설계되었습니다 현재 18보다 높은 압축 및 전단 계수의 결과로 생성합니다. 우리는이 연구는 크게 mechanotransduction의 임상 관련 조직을 설계하기 위해 변조 될 수있는 방법을 우리의 폭 넓은 이해를 증가 할 전망이다.

<table><tbody><tr><td colspan = "4">< 강> 시약< / 강></td></tr><tr><td>DMEM, 고 포도당, 피루브 산</td><td>Invitrogen</td><td>11995</td><td></td></tr><tr><td>아가로 스 유형 II</td><td>시그마</td><td>CAS 39346-81-1</td><td></td></tr><tr><td>페니실린 스트렙토 마이신 글루타민 100X</td><td>Invitrogen</td><td>10378-016</td><td></td></tr><tr><td>ITS + Premix</td><td>BD Biosciences</td><td>354352</td><td></td></tr><tr><td>펜 연쇄상 구균 글루타민</td><td>Invitrogen</td><td>10378-016</td><td></td></tr><tr><td>Amphotericin B</td><td>, Invitrogen</td><td>041-95780</td><td></td></tr><tr><td>Ascorbic Acid</td><td>Sigma</td><td>A-2218</td><td></td></tr><tr><td>Nonessential Amino Acid Solution 100x</td><td>Sigma</td><td>M-7145</td><td></td></tr><tr><td>L-proline</td><td>Sigma</td><td>P-5607</td><td></td></tr><tr><td>Dexamethasone</td><td>Sigma</td><td>D-2915</td><td></td></tr><tr><td>Recombinant Human 성장 인자 변화 &#946; 1</td><td>R& D Systems</td><td>240-B-010</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">EQUIPMENT</td></tr><tr><td>Model 31 로드셀 (1000 g)</td><td>Honeywell</td><td>AL311</td><td></td></tr><tr><td>모델 31 로드셀 (1000 g)</td><td>Honeywell</td><td>AL311</td><td></td></tr><tr><td>단일 채널 디스플레이</td><td>Honeywell</td><td>SC500</td><td></td></tr><tr><td>50 mm 선형 인코딩 Travelmax 스테이지 with Stepper Actuator</td><td>Thorlabs</td><td>LNR50SE/M</td><td></td></tr><tr><td>2채널 스테퍼 모터 컨트롤러</td><td>Thorlabs</td><td>BSC102</td><td></td></tr><tr><td>50mm 사다리꼴 스테퍼 모터 드라이브 (2)</td><td>Thorlabs</td><td>DRV014</td><td></td></tr><tr><td>조정 가능한 운동학적 로케이터 (4)</td><td>Thorlabs</td><td>KL02</td><td></td></tr><tr><td>정밀 직각 플레이트</td><td>Thorlabs</td><td>AP90/M</td><td></td></tr><tr><td>수직 장착 브래킷</td><td>Thorlabs</td><td>LNR50P2/M</td><td></td></tr><tr><td>솔리드 알루미늄 브레드보드</td><td>Thorlabs</td><td>MB3030/M</td><td></td></tr><tr><td>겔 주조 시스템, 1.5mm 및 0.75mm 스페이서 플레이트, </td><td>BioRad</td><td>#1653312 및 #1653310</td><td></td></tr><tr><td>일회용 생검 펀치, 5mm</td><td>Miltex, Inc.</td><td>33-35</td><td></td></tr><tr><td>16mm 중공 펀치</td><td>Neiko Tools</td><td></td><td></td></tr><tr><td>비조직 배양 처리 플레이트, 24 웰, 평평한 바닥</td><td>BD Biosciences</td><td>351147</td><td></td></tr><tr><td>압반 적재용 초방습 폴리설폰 시트</td><td>McMaster-Carr</td><td>86735k19</td><td>맞춤형 가공</td></tr></tbody></table>

조직 공학을위한 이축 기계 로딩 생물 반응기의 설계

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

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.

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...

우리는 관절 연골 결손에 이전의 이식 연골의 BioComposite을 일축 또는 이축 기계적 변형을 적용 할 수 있습니다 소설 기계적 하중 생물 반응기를 설계했습니다.

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

다음 실험의 전반적인 목표는 이식을 위한 기능성 조직 공학 바이오 복합체를 제작하는 것입니다. 이는 3차원 생체 재료 복합체 내의 세포에 생물물리적 자극을 제공하기 위해 정밀한 단축 또는 이축 기계적 변형을 가함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 바이오리액터에 로드셀을 장착하여 하중 인가 중 바이오 복합체의 힘 피드백과 기계적 테스트를 수행합니다.다음으로, 구조체의 생화학적 함량과 강도에 거시적 변화를 유도하기 위해 바이오 복합체를 수주 동안 배양합니다. 글리코사미노글리칸 및 콜라겐 함량, 스캐폴드 두께, 평형 탄성 계수의 유의미한 차이를 바탕으로 서로 다른 하중 유형의 효과를 보여주는 결과가 도출됩니다. 이 방법은 공학적 연골 조직에 대한 이축 하중의 영향에 대한 통찰을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 뼈나 힘줄과 같은 다른 저하중 지지 조직에도 적용될 수 있습니다. 본 실험 절차는 저희 연구실의 Amy May와 Rob Stefani가 시연하겠습니다. 절차를 시작하기 위해, 여기 보이는 것과 같이 이축 바이오리액터를 설치하십시오.바이오리액터의 베이스는 25 centimeters × 30 centimeters × 12.5 millimeters 크기의 알루미늄 플레이트로 구성되어 있습니다. 가변적인 위치 조정 옵션을 통해 다양한 모양과 크기의 조직 배양 플레이트를 유연하게 장착할 수 있습니다. 다음으로, 수평 스테이지가 x축 방향으로만 진동하여 동적 전단력을 제공할 수 있도록 베이스 위에 스테이지를 장착하십시오.그리고 수직 스테이지는 Z축으로만 진동하여 동적 압축을 제공합니다. 다음 단계는 맞춤형 폴리설폰 로딩 플레이트를 제작하는 것입니다. 폴리설폰 재료는 생체 적합성, 가공의 용이성 및 멸균의 용이성 때문에 이상적입니다.정밀 가공된 직각 브래킷을 통해 플레이트와 이축 이동 플랫폼을 결합하십시오. 베이스 플레이트에 부착된 키네마틱 스톱(kinematic stops)에는 미세 조정 나사가 있어, 수작업으로는 불가능한 배양 플레이트의 정밀한 정렬이 가능합니다. 그다음, 각 플랫폼에 스테퍼 모터 액추에이터를 부착하여 소프트웨어에서 위치 피드백을 수집할 수 있도록 하십시오.여기에 표시된 스테퍼 모터 액추에이터는 0.1 µm의 양방향 반복 정밀도와 20 nm의 분해능을 갖추고 있어, 50 mm의 이동 범위 내에서 3 µm 미만의 정확도를 제공하며, Thor Lab의 고급 포지셔닝 기술 소프트웨어를 사용하여 스테이지의 움직

design-biaxial-mechanical-loading-bioreactor-for-tissue

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

우리 그룹은 심장 혈관 시스템의 생리 타악기의 스트레스가 implantable 작은 직경 혈관 이식을 다시 생성하기 위해 일일 생물 반응기 문화 시스템을 개발했습니다.

타악기 생물 반응기를 사용하여 생물 공학 기반 혈관의 이식

생리학 및 병리 학적 압력 조건에 심장 밸브 조직을 쓰는 수있는 순환 압력 생물 반응기는 설계되었습니다. LabVIEW 프로그램은 사용자가 압력 크기, 진폭 및 주파수를 제어할 수 있습니다. 이 장치는 심장 밸브 조직이나 격리 세포의 mechanobiology을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

의 순환 압력 생물 반응기 설계 예 VIVO</em대동맥 심장 밸브> 학습

Electrospun의 공사장 공중 발판은 조직 공학 응용 프로그램을위한 포스트 프로덕션을 처리할 수 있습니다. 여기 불임 (무균 생산 또는 멸균 포스트 생산)을 달성하기 위해하고 적절한 biomechanical 속성을 달성위한 두꺼운 공사장 공중 발판을 (멀티 layering이 열을 사용하거나 증기가 풀림으로) 제작을 위해, 복잡한 공사장 공중 발판을 (연속 회전으로) 회전하는 방법을 설명합니다.

조직 공학을위한 Electrospun의 Fibres의 Postproduction 처리

우리는이 문서에서 복잡한 이방성 축 기계적 변형에 하나의 세포 반응을 조사하고 생체 조직의 기계적 특성을 정량화하는 데 사용할 수있는 새로운 스트레칭 플랫폼을 제시한다.

세포와 조직 Mechanobiology의 응용 프로그램에 대한 새로운 스트레칭 플랫폼

이 연구에서는 콜라겐, 평활근 세포 및 내피 세포를 직접 배양하여 살아있는 혈관 조직을 신속하게 만드는 기술을 제시합니다. 또한 엔지니어링된 혈관 조직의 기계적 특성화를 위한 새로운 프로토콜이 설명됩니다.

혈관 조직 재생을위한 엔지니어링 3D Cellularized 콜라겐 젤

여기 선물이 순수 단축 선적 기계를 개발 하는 프로토콜. 중요 한 디자인 측면은 정확 하 고 재현 가능한 테스트 결과 보장 하기 위해 고용 됩니다.

단축 선적 기계 개발에 디자인 측면의 응용

3차원 단방향 기계적 자극 생물반응기 시스템은 힘줄 유래 줄기 세포 및 신힘주 형성의 테노겐 특이적 분화를 위한 이상적인 생물반응기입니다.

힘줄 유래 줄기 세포의 세포 분화를 유도하기 위해 3차원 동축 기계 자극 생물 반응기 시스템을 적용

이 프로토콜의 목표는 관형 전기 스캐폴드에서 인간 대식세포와 근섬유세포의 동적 공동 배양을 실행하여 재료 중심 조직 재생을 조사하는 것이며, 전단 응력과 순환 스트레칭의 분리를 가능하게 하는 생체 반응기를 사용하는 것입니다.

유량 및 스트레치 하에서 생체 재료의 염증 및 재생 능력을 평가하는 다중 큐 생물 반응기

줄기 세포 유래 심근 세포를 사용하여 생체 공학적으로 설계된 3차원 심장 조직은 건강한 심근과 병든 인간 심근 을 체외 에서 연구하는 동시에 천연 심장 틈새 시장의 주요 측면을 요약하기 위한 유망한 모델로 부상했습니다. 이 원고는 인간 유도 만능 줄기 세포 유래 심근세포에서 생성된 high-content engineered 심장 조직을 제작하고 분석하기 위한 프로토콜을 설명합니다.

공학적 심장 조직의 데이터 수집 및 모델 처리량을 개선하기 위한 바이오리액터 설계

이 프로토콜은 관류 중인 혈관의 체외 배양을 위해 새로 개발된 3D 프린팅 바이오리액터의 설정 및 작동을 제시합니다. 이 시스템은 다른 사용자가 쉽게 채택할 수 있도록 설계되었으며, 실용적이고 저렴하며 기초 생물학 및 약리학 연구와 같은 다양한 실험 응용 분야에 적용할 수 있습니다.

Ex Vivo (체외 주행) 3D 프린팅 생물반응기에서 큰 혈관의 관류 배양

이 프로토콜은 세포외 기질 하이드로겔 스캐폴드 위에서 A549 치포 상피세포와 MRC-5 폐 섬유아세포로부터 오가노이드를 생성한 후, 3D 콜라겐 겔에 삽입하고 세포 신장 바이오리액터를 이용한 기계적 변형에 노출되어 폐포 기계생물학을 연구하는 과정을 설명합니다.

기계적 세포 신장 생물반응기를 이용한 3D 콜라겐 내장형 A549/MRC-5 폐포 오가노이드 생성

배우세요 조직 공학을 위한 이축 기계 로딩 생물 반응기 설계 방법입니다. 연골 생체 복합재에 정밀한 기계적 변형을 적용하여 세포의 생물물리적 자극을 증가시키고 조직 발달을 촉진하는 기술을 익힙니다.

조직 공학을위한 이축 기계 로딩 생물 반응기의 설계

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