Nós projetamos um novo biorreator carga mecânica que pode aplicar uniaxial ou biaxial de tensão mecânica para um biocomposite cartilagem antes do transplante em um defeito da cartilagem articular.
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Artigo de método
Projeto de um biorreator Carregando Mecânica Biaxial para Engenharia de Tecidos
Neste artigo
Resumo
Resumo
Nós projectamos um dispositivo de carregamento que seja capaz de aplicar uniaxial ou biaxial de tensão mecânica para um tecido de engenharia biocompósitos fabricadas para transplante. Enquanto o dispositivo funciona principalmente como um biorreactor que imita as tensões mecânicas nativas, também está equipado com uma célula de carga para fornecer feedback força ou teste mecânico das construções. Os sujeitos dispositivo projetado construções cartilagem biaxial carga mecânica com grande precisão de dose de ataque (amplitude e freqüência) e é compacto o suficiente para caber dentro de uma cultura de tecidos incubadora padrão. Ele carrega amostras directamente numa placa de cultura de tecidos e em vários tamanhos de placas são compatíveis com o sistema. O dispositivo foi projetado com componentes fabricados para aplicações de laser guiadas com precisão. Carga bi-axial é realizada por duas fases ortogonais. As fases têm uma faixa de percurso 50 mm, e são conduzidos independentemente por actuadores do motor de passo, controlado porum motorista de circuito fechado do motor deslizante que possui capacidades de micro-stepping, permitindo tamanhos de passo de menos de 50 nm. Uma polissulfona de carregamento cilindro está acoplada à plataforma em movimento bi-axial. Movimentos dos estágios são controlados por Thor-laboratórios de Tecnologia Avançada de Posicionamento (APT) software. O excitador do motor de passo é usado com o software para ajustar os parâmetros de carregamento de frequência e amplitude de cisalhamento e compressão, tanto independentemente como simultaneamente. Realimentação de posição é fornecida por codificadores ópticos não lineares que têm uma repetibilidade bidireccional de 0,1 um e uma resolução de 20 nm, traduzindo-se uma precisão de posicionamento inferior a 3 um sobre o total de 50 mm de curso. Estes encoders fornecer o necessário feedback de posição no sistema eletrônico da unidade para garantir verdadeiras capacidades nanoposicionamento. A fim de proporcionar a realimentação de força para detectar e avaliar respostas contacto de carga, uma célula de carga em miniatura precisão está posicionado entre o cilindro de carregamento e o movendoplataforma g. A célula de carga tem grandes precisões de 0,15% a 0,25% da escala total.
Introdução
Nós projetamos um biorreator de carga que é capaz de aplicar uniaxial ou biaxial tensão mecânica a um tecido biocompósitos engenharia fabricados para transplante. Este dispositivo é concebido principalmente como um biorreactor para substituições de engenharia para a cartilagem articular, mas também poderia ser utilizado para outros tecidos estruturais no corpo humano. A nossa motivação neste projeto biorreator decorre Drachman e Sokoloff 1, que fez a observação seminal de formação anormal da cartilagem articular em embriões de galinha paralisadas devido à falta de movimento. Da mesma forma, o exercício físico é essencial para o desenvolvimento do músculo n....
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Protocolo
1. Biaxial Carregando biorreator projeto
- O biorreactor emprega duas fases produzidos pela Thor-labs (Newton, MA) para aplicações de laser guiadas com precisão para a aplicação uniaxial ou biaxial de tensão mecânica para engenharia de tecidos, com uma grande precisão da dose de carga (amplitude e frequência), e aplicação a uma ampla variedade de condições de cultura de tecidos a partir de único para placas de 24 poços (Figura 1).
- Carga bi-axial é realizada por duas fases Travelmax (LNR50SE). Esses estágios são montados ortogonalmente numa configuração XZ. A fase horizontal proporciona movimentos de cisalhamento dinâmico oscilando ....
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Resultados
O aparelho foi testado utilizando géis de agarose semeada com 20 milhões de células / ml e condrócitos cultivados na presença de uniaxial (compressão) ou biaxial (compressão e ao cisalhamento) a carga mecânica. Condrócitos porcinos primários foram isolados a partir da cartilagem articular de porcos de 2-4 meses de idade. Mm de diâmetro, e as amostras de espessura 1,5 milímetros 5 foram cultivados em 2 ml de meio de cultura condrogénica definida (glicose elevada DMEM, 1% de ITS + Premix, com 100 U / ml de penicilina, 100.......
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Discussão
Nós projetamos um dispositivo de carga que é capaz de aplicar uniaxial ou biaxial tensão mecânica de tecido construções engenharia fabricados para transplante. O dispositivo pode ser usado como um biorreactor de cultivo in vitro de biocompósitos engenharia ou como um dispositivo de teste para descrever as características mecânicas do tecido nativo ou após outros tratamentos anteriores. Os sujeitos de dispositivos concebidos para construções de tecido biaxial de carregamento mecânico com grande precisão da dose .......
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Divulgações
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Investigação e Desenvolvimento, RR & D Service, do Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA, NIH COBRE 1P20RR024484, NIH K24 AR02128 eo Departamento de Defesa W81XWH-10-1-0643.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| DMEM, glicose alta, piruvato | Invitrogen | 11995 | |
| Agarose Tipo II | Sigma | CAS 39346-81-1 | |
| Penicilina Estreptomicina Glutamina 100X | Invitrogen | 10378-016 | |
| ITS+ Premix | BD Biosciences | 354352 | |
| Caneta Strep Glutamina | Invitrogen | 10378-016 | |
| Anfotericina B | Invitrogen | 041-95780 | |
| Ácido Ascórbico | Sigma | A-2218 | |
| Solução de Aminoácidos Não Essenciais 100x | Sigma | M-7145 | |
| L-prolina | Sigma | P-5607 | |
| Dexametasona | Sigma | D-2915 | |
| Humano Recombinante Fator de Crescimento Transformador β 1 | 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 Codificado Travelmax Stage com Atuador de Passo | Thorlabs | LNR50SE/M | |
| Controlador de motor de passo de dois canais | Thorlabs | BSC102 | |
| Acionamento do motor de passo trapezoidal de 50 mm (2) | Thorlabs | DRV014 | |
| Localizador cinemático ajustável (4) | Thorlabs | KL02 | |
| Placa de ângulo reto de precisão | Thorlabs | AP90/M | |
| Suporte de montagem vertical | Thorlabs | LNR50P2/M | |
| Placa de Ensaio de Alumínio Sólido | Thorlabs | MB3030/M | |
| Sistema de Fundição em Gel com placas espaçadoras de 1,5 mm e 0,75 mm | BioRad | 1653312 e #1653310 | |
| Punção de Biópsia Descartável, 5 mm | Miltex, Inc. | 33-35 | |
| Punção oca de 16 mm | Neiko Tools | ||
| , 24 poços, fundo plano | BD Biosciences | 351147 | |
| Folha de polissulfona ultra-resistente à umidade para carregamento de placas | McMaster-Carr | 86735k19 | Usinado sob medida |
Referências
- 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....
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