We ontwierpen een nieuwe mechanische belasting bioreactor die eenassige of bi-axiale mechanische spanning voorafgaand aan de transplantatie kan toepassen op een kraakbeen biocomposite in een gewrichtskraakbeendefect.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Ontwerp van een tweeassige Mechanische belasting Bioreactor voor Tissue Engineering
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
We ontwierpen een laadinrichting die van toepassing kan uniaxiaal of biaxiaal mechanische belasting een tissue engineered biocomposieten vervaardigd voor transplantatie. Terwijl het apparaat functioneert primair als een bioreactor die de natieve mechanische belasting nabootst, is ook uitgerust met een load cell te verschaffen force feedback of mechanische testen van de constructen. Het apparaat onderwerpen engineered kraakbeen constructies om biaxiale mechanische belasting met grote precisie van oplaaddosis (amplitude en frequentie) en is compact genoeg om te passen in een standaard weefselkweek incubator. Het laadt monsters direct in een weefselkweek plaat, en meerdere plaat maten zijn compatibel met het systeem. Het apparaat is ontworpen met behulp van onderdelen geproduceerd voor precisie-geleide laser-toepassingen. Bi-axiale belasting wordt bereikt door twee orthogonale fasen. De etappes hebben een 50 mm slaglengte en worden onafhankelijk aangedreven door stappenmotor actuatoren, bestuurd dooreen closed-loop stappenmotor driver die micro-stepping-mogelijkheden beschikt, waardoor stap kleiner dan 50 nm. Een polysulfon loading drukplaat gekoppeld met de bi-axiaal bewegend platform. Het verloop van de fasen worden gecontroleerd door Thor-labs Geavanceerde Positioning Technology (APT) software. De stappenmotor stuurprogramma wordt gebruikt met de software om bewakingsparameters frequentie en amplitude van zowel afschuiving en compressie onafhankelijk en gelijktijdig te passen. Positionele feedback wordt verstrekt door lineaire optische encoders die een bidirectionele herhaalbaarheid van 0,1 micrometer en een resolutie van 20 nm hebben, vertalen naar een positionele nauwkeurigheid kleiner dan 3 micrometer over de volledige 50 mm van reizen. Deze encoders zorgen voor de nodige terugmelding aan de aandrijfelektronica om ervoor te zorgen ware nanopositioning mogelijkheden. Om te voorzien in de force feedback op te sporen contact en evalueren laden reacties, wordt een precisie miniatuur load cell gepositioneerd tussen het laden plaat en de moving plateau. De load cell heeft een hoge nauwkeurigheid van 0,15% tot 0,25% volle schaal.
Inleiding
We hebben een loading bioreactor die van toepassing kan uniaxiaal of biaxiaal mechanische belasting een tissue engineered biocomposieten vervaardigd voor transplantatie gemaakt. Dit apparaat is hoofdzakelijk ontworpen als een bioreactor van technisch vervanging van kraakbeen, maar kan ook worden gebruikt voor andere dragende weefsels in het menselijk lichaam. Onze motivatie in deze bioreactor ontwerp komt voort uit Drachman en Sokoloff 1, die de rudimentaire observatie van abnormale vorming van gewrichtskraakbeen in verlamde kippenembryo's door het ontbreken van beweging gemaakt. Ook lichaamsbeweging is essentieel voor normale ontwikkeling van spieren ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Biaxiale Laden Bioreactor Ontwerp
- De bioreactor gebruikt twee fasen vervaardigd door Thor-labs (Newton, MA) voor precisie-geleide laser toepassingen aanbrengen uniaxiaal of biaxiaal mechanische stam gemanipuleerde weefsels, met grote nauwkeurigheid van ladingsdosis (amplitude en frequentie) en toepassing op allerlei weefselkweekomstandigheden van enkele tot 24 putjes (Figuur 1).
- Bi-axiale belasting wordt bereikt door twee travelmax etappes (LNR50SE). Deze stadia zijn orthogonaal in een XZ configuratie gemonteerd. De horizontale fase voorziet in dynamische scheren moties door oscillerende langs de X-as. De verticale trap levert....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Het apparaat werd getest door agarose gels geënt met 20 miljoen cellen / ml chondrocyten gekweekt in aanwezigheid van uniaxiale (compressie) of biaxiale (compressie en afschuiving) mechanische belasting. Primaire varkens chondrocyten werden geïsoleerd uit het kraakbeen van 2-4 maanden oude varkens. 5 mm diameter en 1,5 mm dikke monsters werden gekweekt in 2 ml van gedefinieerde chondrogene kweekmedium (hoog glucose DMEM, 1% ITS + Premix, 100 U / ml penicilline, 100 ug / ml streptomycine, 2 mM L-glutamine, 2,5 ug / ml am.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
We hebben ontworpen een laad-apparaat dat in staat is om het toepassen van eenassige of tweeassige mechanische belasting op weefselmanipulatieproducten constructies gefabriceerd voor transplantatie. De inrichting kan worden gebruikt als een bioreactor voor de in vitro kweek van gemanipuleerde biocomposieten of een testinrichting voor de mechanische eigenschappen van het natieve weefsel of als andere behandelingen voor beschrijven. De inrichting proefpersonen ontworpen weefselconstructen aan biaxiale mechanische.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door het Bureau van Onderzoek en Ontwikkeling, RR & D service, US Department of Veterans Affairs, NIH COBRE 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 en het ministerie van Defensie W81XWH-10-1-0643.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| DMEM, Hoge glucose, pyruvate | Invitrogen | 11995 | |
| Agarose Type II | Sigma | CAS 39346-81-1 | |
| Penicillin Streptomycin Glutamine 100X | Invitrogen | 10378-016 | |
| ITS+ Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| Pen Strep Glutamine | 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 Transforming Growth Factor β1 | R&D Systems | 240-B-010 | |
| EQUIPMENT | |||
| Model 31 Load Cell (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| Model 31 Load Cell (1000 g) | Honeywell | AL311 | |
| Single Channel Display | Honeywell | SC500 | |
| 50 mm Linear Encoded Travelmax Stage met Stepper Actuator | Thorlabs | LNR50SE/M | |
| Two Channel Stepper Motor Controller | Thorlabs | BSC102 | |
| 50 mm Trapeziumvormige Stepper Motor Drive (2) | Thorlabs | DRV014 | |
| Aanpasbare Kinematische Locator (4) | Thorlabs | KL02 | |
| Precisie Rechthoekige Plaat | Thorlabs | AP90/M | |
| Verticale Montagebeugel | Thorlabs | LNR50P2/M | |
| Solide Aluminium Breadboard | Thorlabs | MB3030/M | |
| Gel Casting Systeem met 1,5 mm en 0,75 mm ruimteplaten | BioRad | #1653312 en #1653310 | |
| Weggeef Biopsie Punch, 5 mm | Miltex, Inc. | 33-35 | |
| 16 mm holle punch | Neiko Tools | ||
| Niet-Weefsel Cultuur Behandelde Platen, 24 Well, Platte Bodem | BD Biosciences | 351147 | |
| Ultra-Vochtbestendig Polysulfon blad voor het laden van platen | McMaster-Carr | 86735k19 | Op maat gemaakt |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
