다 잘 판에 대 한 시스템을 삽입 하는 결단 력과 침투성 막에 3 차원 조직 모델에서 보급의 시뮬레이션 하는 방법

이 프로토콜의 전반적인 목표는 작은 멤브레인 삽입 시스템에서 3D 피부 모델의 투과성 및 확산 계수를 결정하는 것입니다. 이러한 문제는 투과성과 확산 계수가 필수적인 품질 요소인 제약 및 미용 응용 분야를 위한 3D 피부 조직 엔지니어링에 대한 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 작은 다중 웰 인서트 내에서 이러한 계수를 직접 측정할 수 있다는 것입니다.

시뮬레이션의 작은 멤브레인 삽입 시스템은 선박 장치의 장기 및 멤브레인 삽입 시스템을 사용하는 기타 응용 프로그램에 사용하기 위해 추가로 수정할 수 있습니다. 아가로스 겔을 준비하려면 먼저 96웰 멤브레인 삽입 시스템의 각 멤브레인에 갓 준비된 80°C 액체 아가로스 젤 28.6마이크로리터를 도포하는 것으로 시작합니다. 10 분 후에, 젤은 응고되고 침투성 분석실험을 위해 ebe 사용될 수 있습니다.

콜라겐 세포 모델을 준비하려면 먼저 얼음에 HBSS 125마이크로리터와 콜라겐 R 용액 1ml를 혼합한 다음 수산화나트륨으로 중화합니다. 다음으로, 125마이크로리터의 1차 섬유아세포를 완전한 배지에 현탁하여 혼합물에 첨가합니다. 그리고 생성된 세포 용액 28.6마이크로리터를 새로운 96웰 멤브레인 삽입 시스템의 각 웰에 추가합니다.

세포 배양 인큐베이터에서 30분 후, 75마이크로리터의 완전 배지를 겔 표면에 추가하고 300마이크로리터의 완전 배지를 각 웰 바닥에 추가하여 세포 배양 인큐베이터에서 하룻밤 동안 배양합니다. 다음 날, 배지를 75마이크로리터의 인간 성인 저칼슘, 고온 각질 세포로 각 콜라겐 세포 모델에 교체하고 플레이트를 세포 배양 인큐베이터에 다시 3일 동안 넣습니다. 4일째에는 세포 모델의 표면에서 배지를 흡인하고 플레이트를 다시 7일 동안 인큐베이터에 다시 넣습니다.

투과성 분석을 수행하려면 75마이크로리터의 공여체 물질을 관심 있는 작은 우물 삽입 모델 시스템에 분배하고 각 우물의 바닥에 300마이크로리터의 수용체 물질을 추가합니다. 플레이트를 섭씨 37도, 습도 95%, 약 480RPM의 셰이커에 5시간 동안 놓고 멤브레인 인서트 시스템을 매시간 한 번씩 빈 96웰 플레이트로 옮기고 플레이트 리더에서 실험 플레이트의 하단 웰 내에서 확산된 형광을 측정합니다. 투과성 실험이 끝나면 적절한 모델링 소프트웨어를 열고 새 모델을 시작합니다.

모델 마법사 및 3D 모델을 선택합니다. Transport of Diluted Species를 추가하고 연구를 클릭합니다. 그런 다음 Time Dependent(시간 종속)를 선택하고 done(완료)을 클릭합니다.

Global Definitions에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 매개변수를 추가하고 기하학적 및 물리적 매개변수를 그리드에 입력합니다. 실험에서 멤브레인 삽입 시스템의 형상을 설정하고 Definitions를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 두 개의 도메인 프로브를 추가하고 한 프로브를 수용체 도메인으로, 다른 프로브를 도너 도메인으로 선택합니다. 두 도메인을 표현식 C와 세제곱미터당 몰의 단위를 사용하여 평균으로 설정합니다.

그리고 transport properties 1 및 transport of diluted species에서 확산 계수를 설정합니다. transport of diluted species(희석된 종의 수송)를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 두 번째 수송 속성을 추가하고 도메인 선택에서 두 번째 장벽을 선택합니다. 희석된 종의 운송 중, 초기 값 1에 대해 농도를 0으로 정의합니다.

transport of diluted species를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 두 번째 초기 값 2를 추가하고 donor를 세 번째 domain으로 선택합니다. 농도를 형광 공여체 물질의 초기 농도로 설정합니다. Transport of Diluted Species를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 대칭 하나를 추가하고 전체 형상을 반영하는 경계 선택의 모든 표면을 선택합니다.

mesh를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 두 개의 자유 사면체를 추가하고 두 번째 장벽을 도메인으로 설정합니다. free tetrahedral one을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 미리 정의된 메쉬의 크기를 extra-fine에 추가합니다. 두 번째 자유 사면체에서 수용체와 공여체를 도메인으로 설정하고 사전 정의된 메쉬를 더 미세하게 설정합니다.

그런 다음 study one(스터디 1)에서 compute(컴퓨팅)를 클릭하여 시뮬레이션을 시작합니다. 확산 시뮬레이션에서 생성된 데이터에 확산 계수를 맞추려면 Add psychic 메뉴를 열고 mathematics를 선택합니다. 최적화 및 민감도를 찾습니다.

최적화를 선택하고 구성요소에 추가를 클릭합니다. 그런 다음 definitions를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 변수를 추가하고 표 3의 변수를 수동으로 입력합니다. 그런 다음 component coupling 메뉴에서 definitions를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 average 1을 추가한 다음 연산자 이름으로 acceptor를 수동으로 추가하고 domain one을 선택합니다.

실험 데이터를 새 텍스트 문서로 내보냅니다. 세미콜론을 사용하여 데이터를 열로 구분하고 줄 바꿈을 사용하여 데이터를 행으로 구분합니다. 최적화를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 전역 최소 제곱 목표를 추가하고 텍스트 문서를 실험 데이터에 첨부합니다.

전역 최소 제곱 목표를 클릭하여 첫 번째 열을 시간 열 1로 정의하고 두 번째 열을 값 열 1로 정의합니다. expression of value 열에 변수 C를 입력합니다.최적화를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 전역 제어 변수를 추가합니다. 그리고 D 밑줄 검색을 초기 값이 1, 하한이 0, 상한이 1, 000인 변수로 선언합니다.

스터디 1을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 최적화를 추가합니다. 그리고 최적화 솔버 방법으로 SNOPT를 선택합니다. 최적성 허용 오차를 1로 설정하여 마이너스 8의 거듭제곱을 설정합니다.

그런 다음 장벽의 확산 계수를 D로 설정합니다.100초 간격으로 스터디 중 시뮬레이션 시간 설정을 0초에서 22, 000초로 설정하고 계산을 클릭하여 매개변수 최적화를 시작합니다. 콜라겐 세포 모델의 조직학적 분석은 중심 기질 내의 섬유아세포의 약간의 염색을 보여줍니다. 콜라겐 매트릭스의 맨 위에는 인간 성인의 저칼슘, 고온 각질 세포로 구성될 가능성이 있는 많은 핵을 포함하는 층이 관찰될 수 있습니다.

플루오레세인 나트륨 염 및 플루오레세인 이소티오시아네이트 덱스트란을 사용하여 확산 물질의 분자 크기의 영향을 검증하면 작은 분자 크기의 경우 시뮬레이션과 실험 데이터가 두 분자 모두에 대해 잘 일치한다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 분자 크기가 클수록 시뮬레이션에서 곡선 진행에서 더 높은 편차가 발생하며, 이는 그래프의 시작 부분에서 지연이 발생하고 후반 과정에서 더 강하게 상승함을 보여줍니다. 실제로, 투과 계수는 분자 크기가 증가함에 따라 감소하며, 시뮬레이션된 계수는 실험적 투과성 계수와 유사하게 동작합니다.

주목할 점은 인간 성인 저칼슘, 고온 각질 세포를 사용하는 대부분의 모델은 인간 성인 저칼슘, 고온 각질 세포가 없는 모델에 비해 투과 및 확산 계수가 낮다는 것입니다. 콜라겐 시뮬레이션 모델은 11일에서 12일 이내에 확립할 수 있으며 투과 측정은 적절하게 수행되면 6시간 이내에 완료할 수 있습니다. 절차를 수행하는 동안 투과 계수의 변동을 줄이기 위해 온도, 충전량, 적용 물질의 농도, 습도 및 멤브레인 공정과 같은 경계 조건을 일정하게 유지하는 것이 중요합니다.

이 모듈 시뮬레이션의 도움으로 실험 노력을 줄이고 장시간 성능을 예측할 수 있습니다. 또한 다른 투과 장치 또는 장기 소유권 시스템에도 적용할 수 있습니다. 이 기술은 제약 및 화장품 응용 분야의 연구자들뿐만 아니라 조직 공학의 상호 작용 개발이 인공 조직의 확산 투과 과정을 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다.