Metodologia elastografii rezonansu magnetycznego do oceny wzrostu konstruktu opartego na inżynierii tkankowej

Badanie inżynieryjnych konstruktów tkankowych jest niedopuszczalne przy użyciu tradycyjnych testów mechanicznych, które często prowadzą do zniszczenia próbki. Metoda ta wykorzystuje mikroskopową elastografię rezonansu magnetycznego lub mikro MRE jako nieinwazyjną technikę pomiaru właściwości mechanicznych małych tkanek miękkich. Najpierw komórki są umieszczane na rusztowaniu z biomateriału w celu wytworzenia tkanki.

Tkanka jest zawieszona w żelu aros, a końcówka siłownika jest umieszczana w żelu. Następnie, aby scharakteryzować ruch siłownika, jest przenoszony do próbki i wykrywany za pomocą lasera. Wituł dopplerowski.

Próbka i siłownik są przenoszone do magnesu i rezonansu magnetycznego. Pozyskiwane są obrazy elastograficzne. Analiza uzyskanych obrazów pokazuje zmianę sztywności zarówno dla konstruktów osteogennych, jak i adipogennych.

Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej techniki i obserwowaliśmy ftografię rezydencji magnetycznej w celu zastosowania w diagnostyce chorób i zdaliśmy sobie sprawę, że można ją rozszerzyć na inżynierię tkankową. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi istniejącymi technikami, takimi jak testy mechaniczne, jest to, że stosuje ona nieinwazyjną technologię MRI do głównych właściwości mechanicznych tkanek. Zastosowania tej techniki rozciągają się na inżynierię tkankową, ponieważ wiedza na temat właściwości mechanicznych zapewni, że jest ona odpowiednia do zamierzonych zastosowań w inżynierii kości i chrząstek.

Chociaż metody te dostarczają cennych informacji na temat inżynierii tkankowej, mogą być również wykorzystywane do diagnozowania chorób różnych narządów, takich jak na przykład zwłóknienie wątroby, urazowe uszkodzenie mózgu lub rak mózgu. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ obejmuje kroki, które są trudne do nauczenia, a także wcześniejszą wiedzę na temat inżynierii tkankowej i obrazowania rytmu wielkości. Gars. Proces przygotowania konstruktu tkankowego składa się z trzech głównych etapów: ekspansji populacji komórek, wysiewu komórek na rusztowanie biomateriałowe i różnicowania poprzez zastosowanie chemicznych cząsteczek sygnałowych.

Po hodowli i ekspansji linii komórkowej wysiewa się ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste lub HMC na gąbkę żelatynową o gęstości od jednego razy 10 do sześciu komórek na mililitr w celu wytworzenia kości. Około trzy dni później komórki powinny pojawić się zlewające się na rusztowaniu, aby wywołać różnicowanie. Usuń podłoże i zastąp je medium do indukcji tłuszczu.

Następnie po trzech dniach inkubuj komórki w temperaturze 37 stopni Celsjusza z 5% dwutlenkiem węgla. Zastąp pożywkę pożywką podtrzymującą, która składa się z pożywki ekspandującej zawierającej 10 mikrogramów na mililitr ludzkiej rekombinowanej insuliny. Po inkubacji przez 24 godziny zastąp pożywkę konserwacyjną pożywką indukcyjną.

Powtórz ten cykl trzy razy. Następnie należy wymieniać pożywkę podtrzymującą co dwa dni przez cztery tygodnie, aby wywołać osteogenezę. Zastępować świeżą pożywką osteogenną co dwa dni przez cały czas trwania badania.

W tym przypadku badanie trwa cztery tygodnie, a MRE jest wykonywane co tydzień. Elastografia rezonansu magnetycznego polega na rozchodzeniu się mechanicznych fal ścinających w celu oceny lokalnych wartości właściwości mechanicznych. Dlatego te drgania mechaniczne muszą być generowane i charakteryzowane w tkance będącej przedmiotem zainteresowania za pomocą siłownika elektrycznego piso Aby przygotować próbkę, przenieś kulturę tkankową do probówki o średnicy 10 milimetrów zawierającej stałą podstawę i warstwę 0,5% żelu AGROS.

Następnie dodaj ciepły żel 0,5 acro. Aby go zamknąć. Pozostaw żel agros na pięć minut do zastygnięcia.

W temperaturze pokojowej włóż końcówkę elektrycznego silnika gnącego piso w powierzchnię żelu. Następnie przymocuj rurkę zawierającą próbkę i siłownik do sztywnego wspornika. Skieruj wiązkę laserowego barometru dopplerowskiego w kierunku końcówki siłownika mechanicznego.

Dostosuj położenie systemu, aby zoptymalizować siłę odbitego sygnału, który jest wyświetlany na barometrze. Aby zmaksymalizować odbicie, w razie potrzeby użyj taśmy odblaskowej, aby ustawić siłownik tak, aby generował nieszkodliwe fale czyste o znacznych amplitudach około 250 mikronów. Ustaw generator funkcyjny tak, aby przemiatał żądany zakres częstotliwości przy użyciu napięcia roboczego 20 woltów szczytowego z sygnałem białego szumu.

W tym eksperymencie pożądany zakres częstotliwości wynosi od 20 do 2000 herców. Aby view scharakteryzowane widmo w programie Polytech Rsof, wybierz prędkość i wyświetlacz FFT. Rozpocznij przechwytywanie sygnału i zidentyfikuj częstotliwość rezonansową systemu na podstawie szczytów spektrum.

Następnie, aby zmierzyć ugięcie siłownika, ustaw siłownik tak, aby dostarczał ciągłą sinusoidę o scharakteryzowanej częstotliwości rezonansowej. Używając napięcia roboczego 200 woltów szczytowego i oznacz wygenerowane przemieszczenie dostarczane przez siłownik do powierzchni miękkiego włókna zestawu żelowego, aby wyświetlić FFT z przemieszczeniem jako oś Y. Po scharakteryzowaniu siłownika umieść probówkę zawierającą próbkę i siłownik w szczelinie w 10-milimetrowej cewce RF, umieść próbkę i siłownik na środku skanera MRI.

Zdobądź obraz zwiadowcy, aby zidentyfikować lokalizację konstrukcji. Po zlokalizowaniu konstruktu tkankowego ustaw parametry akwizycji. Typowy skan strzałkowy in vitro będzie miał czas powtórzenia 1000 milisekund.

Czas echa od 20 do 40 milisekund, grubość warstwy od 0,5 do jednego milimetra i pole widzenia 12 na 10 milimetrów do kwadratu, przy rozmiarze matrycy 1 28 na 1 28 pikseli. Dla parametrów elastografii należy ustawić częstotliwość siłownika na wartość określoną przez charakterystykę witera laserowego dopplera. Dla tej próbki potrzebna jest jedna para bi o amplitudzie gradientu 50 gausów na centymetr i opóźnieniu MRE ustawionym na zero.

Zmień generator funkcji na tryb serii i dostosuj parametry generatora funkcji, aby odpowiadały parametrom akwizycji elastografii, w tym częstotliwości i liczbie cykli. Ustaw również generator funkcji tak, aby był wyzwalany zewnętrznie. Aby uzyskać obraz strzałkowy, ustaw czułość na ruch w kierunku dodatniego przekroju i rozpocznij skanowanie po akwizycji.

Sprawdź obraz, aby ocenić jakość sygnału w konstrukcie tkankowym. Jeśli obraz wygląda na zbyt ciemny, dostosuj parametry MR i wykonaj kolejny skan. Następnie zmień uczulenie na ujemny kierunek wycinka.

Przenieś pliki ze skanera MRI na inny komputer wyposażony w MATLAB i uruchom program MATLAB, który wykona skomplikowany podział w celu wygenerowania obrazu przedstawiającego propagację fal poprzecznych. Oceń obraz pod kątem obecności fal ścinających, a możliwe artefakty, takie jak profile linii owijania fazowego, można wykreślić, aby lepiej ocenić jakość i amplitudę fali. Jeśli dojdzie do zawijania, zmniejsz amplitudę gradientu i wykonaj kolejny skan.

Jeśli nie są konieczne żadne korekty obrazu. Dostosuj rozmiar tablicy parametrów do ośmiu równomiernie rozmieszczonych wartości w zakresie od zera sekund do pełnego okresu scharakteryzowanej częstotliwości rezonansowej. Po uzyskaniu obrazów można wykonać skan zarówno w orientacji dodatniej, jak i ujemnej.

Użyj programu MATLAB przeznaczonego do generowania danych o fali czystej i odpowiadającego jej filmu przedstawiającego falę rozchodzącą się w próbce. Jest to plik, który będzie potrzebny do oszacowania właściwości mechanicznych. Ostatnim krokiem MRE jest obliczenie czystej sztywności na podstawie obrazów fal czystych.

Zacznij od umieszczenia danych w programie MATLAB, który oceni trójwymiarowy zestaw danych, określi parametry obrazowania, w tym pole widzenia, gradient, amplitudę i liczbę par bipolarnych, a następnie uruchom kod. Algorytm pozwala na wybór obszarów zainteresowania, dla których obliczana jest średnia i odchylenie standardowe każdego parametru. Narysuj kontury konstruktu tkanki, aby wybrać interesujący Cię obszar.

Wyświetlana jest średnia i odchylenie standardowe sztywności, przechowywania, modułu i modułu strat w wybranym obszarze zainteresowania. Program zapewnia również wyniki pośrednie, w tym filtry falowe po, filtrowanie falowe po kierunkowym oraz profile linii, które pomagają w oszacowaniu wierności odzyskiwania. Aby uzyskać dokładne oszacowanie, przefiltrowana fala musi być gładka.

Odchylenie standardowe parametru w określonym obszarze zainteresowania jest również wskaźnikiem jakości obliczeń, w razie potrzeby dostosuj inne parametry w razie potrzeby, aby uzyskać dokładne wartości właściwości mechanicznych i obserwować zmiany właściwości mechanicznych konstrukcji inżynieryjnych w miarę ich rozwoju. Testy MRE stosowano przez okres czterech tygodni. Ta mapa rozwoju konstruktu pokazuje konstrukty adipogenne oznaczone literą A i osteogenne oznaczone literą O z odpowiednimi obrazami wielkości, obrazami fal stromych, ELA i wyświetlaną średnią sztywnością na ścinanie.

Mapa kolorów dla ELA odpowiada schematowi kolorów paska. Wykres i słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe w każdym obszarze zainteresowania konstrukcji. Z biegiem czasu konstrukty adipogenne stawały się mniej sztywne, co wskazuje na właściwości zbliżone do tkanki tłuszczowej.

Podobnie, konstrukty osteogenne stały się sztywniejsze w ciągu czterech tygodni, co wskazuje na różnicowanie kości Po opanowaniu tej techniki można wykonać w około dwie godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby w pełni scharakteryzować siłownik Postępując zgodnie z tą procedurą. Metody takie jak analiza biochemiczna i histologia mogą być wykorzystane do udzielenia odpowiedzi na pytania, takie jak potwierdzenie osadzania się minerałów.

Nie zapominaj, że podczas pracy z ludzkim materiałem komórkowym i rezonansem magnetycznym może to być niezwykle niebezpieczne i świadomość prawidłowego BL dwa i MRI. Podczas wykonywania tych procedur należy zachować środki ostrożności.