Bouw en karakterisatie van een nieuw Vocal Fold Bioreactor

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

doi:10.3791/51594

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Bouw en karakterisatie van een nieuw Vocal Fold Bioreactor

9K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/51594

⸱

1 augustus 2014

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

In dit artikel

Samenvatting

Een nieuwe bioreactor voor vocale vouwen, die in staat is om fysiologisch relevante, trillende stimulatie te leveren aan gekweekte cellen, is geconstrueerd en gekarakteriseerd. Dit dynamische kweekapparaat, in combinatie met een vezelachtig poly(ε-caprolacton) scaffold, creëert een vocalevouwen-mimeticum dat het gedrag van mesenchymale stamcellen moduleert.

Samenvatting

In vitro engineering van mechanisch actieve weefsels vereist het presenteren van fysiologisch relevante mechanische omstandigheden aan gekweekte cellen. Om de dynamische omgeving van stembanden na te bootsen, wordt een nieuwe stembandenbioreactor gebouwd en gekarakteriseerd die in staat is om trillingsstimulaties bij fundamentele fonatiefrequenties te produceren. Het apparaat bestaat uit een functiegenerator, een vermogensversterker, een luidsprekerkeuzer en parallelle vibratiekamers. Individuele vibratiekamers worden gecreëerd door een op maat gemaakte siliconenmembraan tussen een paar acrylblokken te plaatsen. De siliconenmembraan dient niet alleen als de bodem van de kamer, maar biedt ook een mechanisme om het celbevattende scaffold te bevestigen. Trillingsignalen, gegenereerd door een luidspreker gemonteerd onder de onderste acrylblok, worden aerodynamisch naar de membraan overgebracht door de oscillerende lucht. Acht identieke vibratiemodules, bevestigd aan twee stationaire metalen staven, zijn ondergebracht in een anti-vochtigheidskamer voor langdurige werking in een cellencultuurincubator. De vibratiekarakteristieken van de stembandenbioreactor worden niet-destructief geanalyseerd met behulp van een Laser Doppler Vibrometer (LDV). Het nut van het dynamische kweekapparaat wordt gedemonstreerd door cellulaire constructen te kweken in aanwezigheid van 200-Hz sinusvormige trillingen met een middenmembraanverplaatsing van 40 µm. Mesenchymale stamcellen gekweekt in de bioreactor reageren op de trillingssignalen door de synthese en afbraak van stemband-relevante, extracellulaire matrixcomponenten te veranderen. Het nieuwe bioreactorsysteem dat hier wordt gepresenteerd, biedt een uitstekend in vitro platform voor het bestuderen van trilling-geïnduceerde mechanotransductie en voor de engineering van functionele stembandweefsels.

Inleiding

De menselijke stembanden, samengesteld uit een epitheellaag, de lamina propria (LP) en de vocalis spier, is een gespecialiseerde zacht weefsel dat de luchtstroom uit de longen in akoestische golven voor verantwoorde productie zet. ¹ stemplooien regelmatig oscilleren tijdens normaal phonation, vertonen stammen tot 30% op fundamentele frequenties variërend 100-300 Hz. ² Volwassen stemplooien LP is een gradiënt structuur bestaande uit een oppervlakkige (SLP), tussenproduct (ILP) en diep (DLP) laag. Verdere indeling groepen het epitheel en de SLP als het slijmvlies laag, en combineert de ILP en DLP in de vocale ligament. ³ De SLP laag bev....