Name: Projeto de um biorreator de pressão cíclica para o Ex Vivo Estudo de válvulas cardíacas Aórtica (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-08-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Aprenda a projetar um biorreator de pressão cíclica para estudo ex vivo de válvulas cardíacas aórticas. Este método permite analisar respostas biológicas a diferentes condições de pressão em tecido valvar.

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Os autores são gratos a Shad Schipke Chesser e Daniel para a sua assistência com o design e fabricação do sistema e Myles Valtresa de assistência com a preparação do manuscrito.

1. Colheita e Preparação dos tecidos <ol><li> Valva aórtica devem ser coletadas de suínos adultos pesando não mais de £ 120 imediatamente após a morte. </li><li> Lavar as válvulas duas vezes com solução salina tamponada estéril de fosfato (PBS) e transporte para o laboratório em gelo. </li><li> Todas as etapas subseqüentes devem ser realizados em condições estéreis. </li><li> Assegurar que os folhetos não mostram qualquer sinal de degeneração, rasgar ou calcificação. Remover folhetos a partir da raiz da aorta, cortando 1 / 3 da distância entre o anel. </li><li> Folhetos lugar em poços individuais de uma placa de seis poços e incubar durante a noite com média de 3 ml de Dulbecco Modificado Águia suplementado com 1% de solução anti-biotic/anti-mycotic e 10% de soro fetal bovino a 37 ° C e 5% de CO 2. </li><li> Como alternativa, células isoladas podem ser semeados em placas de seis cultura e bem utilizada no dispositivo de pressão. Isolamento de células endoteliais e válvula de células intersticiais podem ser realizados conforme descrito anteriormente 13, 14. </li></ol> 2. Estudos pressão <ol><li> Um sistema de pressão feito por encomenda foi projetado para estudar os efeitos de pressão cíclica mechanobiological em tecido de válvula aórtica 15. </li><li> Faça logon no computador e abra o programa LabVIEW (Figura 1). </li><li> Calibração: <ol><li> Antes da experimentação, o sistema deve estar devidamente calibrado. </li><li> Ligue o fornecimento de energia para a placa de circuito. Esta fornece energia para as válvulas solenóides que controlam o fluxo de ar para dentro e para fora da câmara. </li><li> Verifique se o ar comprimido é conectado ao sistema e abrir o suprimento de ar à velocidade total. </li><li> Ligar o amplificador de sinal. Certifique-se a leitura da tensão é de 0,00. Ajustar conforme necessário </li><li> A interface LabVIEW tem um interruptor marcado "TEST / RECORD". Verifique se a chave é definido como "TEST". Clique no botão "Air Supply" para abrir a válvula solenóide de entrada. </li><li> Usando o regulador de pressão de gás, pressurizar a câmara com ar comprimido a um PSI. A pressão na câmara pode ser lido através do indicador de pressão digital localizado na parte traseira de placa terminal da câmara. Uma vez que a pressão tem equilibrado, gravar a leitura da tensão do amplificador de sinal. Repita o procedimento para PSI 2, 3, 4 e 5. </li><li> Construir uma curva de calibração de pressão versus tensão. A pressão deve ser convertido de PSI para mmHg. A equação do gráfico pode ser colocado no código do programa LabVIEW </li></ol></li><li> Remova a placa frontal de alumínio da câmara de pressão e pulverizar a câmara com etanol 70%. Deixe por um mínimo de 10 minutos para permitir que vapores de etanol residual a se dissipar. </li><li> Coloque a placa de seis poços contendo as amostras de folheto para a câmara e substituir a placa dianteira. Garantir a vedação é hermética, apertando as porcas localizados nas quatro hastes rosqueadas (localizado em cada canto da placa de final) com a mão. Coloque a câmara de pressão nos 37 ° C incubadora. Um diagrama esquemático da câmara de pressão é mostrado na figura 2. </li><li> A interface irá solicitar ao usuário para fornecer a quantidade de tempo que o sistema de ciclos entre entrada de ar comprimido e de saída. Estes devem ser definidos para 0.6s e 0.4s para imitar as condições diastólica e sistólica, respectivamente, a uma freqüência de 1Hz. O usuário também deve inserir um caminho de arquivo de dados. </li><li> No LabVIEW, clique em Executar e mudar o "TEST / RECORD" alternar para "RECORD". </li><li> Certifique-se que a pressão está no nível desejado usando o gráfico na interface do LabVIEW. Pressão pode ser ajustado com o regulador de pressão de gás. </li><li> Executar o programa de período de tempo desejado. </li><li> Uma vez que a experiência é completa, clique no botão parar em LabVIEW, desligue a alimentação de ar e abrir a válvula de escape na câmara de pressão. </li><li> Remova a placa frontal da câmara e recuperar amostras de seis bem placa contendo. Amostras podem agora ser analisados ​​para a expressão do gene, a expressão da proteína, histologia, propriedades mecânicas, etc </li></ol> 3. Resultados representativos: O sistema de pressão é capaz de simular as pressões máxima transvalvar observado sob normotensos, estágios I e II condições hipertensos. No entanto, a pressão não foi capaz de imitar o gradiente de pressão sistólica, que é essencialmente zero in vivo. Freqüência é mantida em 1Hz, com um tempo de entrada de ar 0.6s e um tempo de escape de 0.4s. Pressão representante formas de onda de condições normais de pressão e elevada obtidos a partir do sistema pode ser visto na figura 3. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig1.jpg" alt="Figura 1"> Figura 1: Captura de tela da interface do LabVIEW. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig2.jpg" alt="Figura 2"> Figura 2: Desenho esquemático da câmara de pressão de vista Isometric A. da câmara de pressão; B. Vista lateral da câmara de pressão;C. Vista superior da câmara de pressão. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig3.jpg" alt="Figura 3"> Figura 3: Gráfico de simulação de pressão dentro da câmara de pressão (A) normotensos, (B) Fase I hipertensos, e (C) Estágio II condições hipertensos.

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</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

O sistema de pressão com sucesso expostos folhetos da válvula aórtica a pressões cíclicas que eram representativas de pressão transvalvar diastólica. No entanto, não foi capaz de imitar a pressão sistólica transvalvar, como a única pressão caiu para 40 mmHg. Pressão transvalvar é a diferença entre a pressão na aorta ascendente e do ventrículo esquerdo. Durante a diástole, quando a válvula é fechada, a diferença de pressão é 80mmHg em condições normotensos e 90 mmHg e 100 mmHg na fase I e hipertensão estágio II, respecti...

<table border="1"><tbody><tr><th> Nome do reagente </th><th> Companhia </th><th> Número de catálogo </th><th> Comentários (opcional) </th></tr><tr><td> DMEM </td><td> Sigma </td><td> D5671 </td><td></td></tr><tr><td> PBS Dulbecco </td><td> Sigma </td><td> D5652 </td><td></td></tr><tr><td> Solução Anti-mycotic/antibiotic </td><td> Sigma </td><td> A5955 </td><td></td></tr><tr><td> Soro fetal bovino </td><td> ThermoScientific </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> Viton solenóide válvulas de diafragma </td><td> McMaster Carr </td><td> 4868K11 </td><td></td></tr><tr><td> Transdutor de pressão </td><td> Omega Engineering, Inc. </td><td> PX302-200GV </td><td></td></tr><tr><td> Condicionador de célula de carga </td><td> Encore Electronics, Inc. </td><td> 4025-101 </td><td></td></tr><tr><td> Módulo de Aquisição de Dados (DAQ) </td><td> Computing medição </td><td> PMD1608 </td><td></td></tr></tbody></table>

projeto de um biorreator de pressão cíclica para o ex vivo estudo de válvulas cardíacas aórtica

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A valva aórtica, localizada entre o ventrículo esquerdo ea aorta, permite um fluxo unidirecional do sangue, impedindo o refluxo para o ventrículo. Folhetos da válvula aórtica são compostas de células intersticiais suspenso dentro de uma matriz extracelular (ECM) e são revestidas com uma monocamada de células endoteliais. A válvula resiste a um ambiente adverso e dinâmico e está constantemente exposto ao cisalhamento, flexão, tensão e compressão. A pesquisa mostrou lesões calcificadas em válvulas doentes ocorrer em áreas de alta resistência mecânica, como resultado do rompimento ou dano endotelial matriz intersticial 1-3. Por isso, não é surpreendente que estudos epidemiológicos têm demonstrado a pressão arterial elevada ser um factor de risco mais importante no aparecimento da doença da válvula aórtica 4. A única opção de tratamento atualmente disponíveis para a doença da válvula é a substituição cirúrgica da valva doente com uma válvula de prótese biológica ou mecânica 5. Melhor compreensão da biologia da válvula em resposta ao stress físico ajudaria a elucidar os mecanismos de patogênese da válvula. Por sua vez, isso poderia ajudar no desenvolvimento de terapias não invasivas, como a intervenção farmacêutica ou de prevenção. Biorreatores várias tenham sido previamente desenvolvidos para estudar a mechanobiology de válvulas cardíacas nativas ou engenharia 6-9. Biorreatores pulsátil também têm sido desenvolvidos para estudar uma variedade de tecidos, incluindo cartilagens 10, 11 e osso da bexiga 12. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de pressão cíclica que poderia ser usado para elucidar a resposta biológica de folhetos da válvula aórtica a cargas de maior pressão. O sistema consistia de uma câmara de acrílico para colocar as amostras e produzir pressão cíclica, válvulas de diafragma viton solenóide para controlar o tempo do ciclo de pressão, e um computador para controle de dispositivos elétricos. A pressão foi monitorada através de um transdutor de pressão, eo sinal foi condicionado usando um condicionador de célula de carga. Um programa LabVIEW regulamentou a pressão utilizando um dispositivo analógico para bombear o ar comprimido para o sistema a uma taxa apropriada. O sistema imitou a dinâmica dos níveis de pressão transvalvar associado com a válvula aórtica, uma onda dente de serra produziu um aumento gradual na pressão, típico do gradiente de pressão transvalvar que está presente através da válvula durante a diástole, seguido por uma acentuada queda de pressão mostrando abertura da válvula em sístole. O programa permitiu que os usuários LabVIEW para controlar a magnitude ea freqüência de pressão cíclica. O sistema foi capaz de submeter amostras de tecido para condições de pressão fisiológicos e patológicos. Este dispositivo pode ser usado para aumentar a nossa compreensão de como válvulas cardíacas responder às mudanças no ambiente local mecânica.

Um biorreator pressão cíclica capaz de submeter o tecido de válvula cardíaca em condições de pressão fisiológicos e patológicos tem sido projetado. Um programa LabVIEW permite aos usuários controlar a pressão magnitude amplitude e frequência. Este dispositivo pode ser usado para estudar a mechanobiology do tecido cardíaco válvula ou células isoladas.

Projeto de um biorreator de pressão cíclica para o Ex Vivo Estudo de válvulas cardíacas Aórtica

A válvula aórtica, localizada entre o ventrículo esquerdo e a aorta, permite o fluxo sanguíneo unidirecional, prevenindo o refluxo para o ventrículo. Aórtica...

O objetivo geral deste procedimento é determinar a resposta biológica do tecido da valva cardíaca aórtica, ou de células, à pressão cíclica. Isso é realizado primeiramente isolando o tecido valvar de corações com sinais precários e incubando-os em meio de cultura tecidual durante a noite. O segundo passo do procedimento é garantir que o sistema de pressão esteja calibrado. Em seguida.O tecido ou as células valvares são colocados no sistema de pressão. A câmara é colocada em um incubador a 37 graus Celsius e o regime de pressão cíclica é iniciado pelo período desejado, com a magnitude e frequência especificadas. Por fim, o tecido é removido do sistema para análise biológica.No fim das contas, podem-se obter resultados que demonstram como a pressão elevada afeta a expressão gênica e proteica por meio de PCR em tempo real, Western blot ou microscopia. A principal vantagem dessa técnica é que somos capazes de separar os efeitos da pressão mecânica de outras forças mecânicas e estímulos bioquímicos. Essa é uma vantagem em comparação com outras técnicas, como modelos animais, embora esta última possa ser usada para nos ajudar a compreender a maneira pela qual forças mecânicas impactam a

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Nosso grupo desenvolveu um sistema de cultura biorreator que imita as tensões pulsátil fisiológica do sistema cardiovascular para regenerar implantáveis ​​de pequeno diâmetro enxertos vasculares.

Engenharia Biológica Baseado em enxertos vasculares Usando um biorreator pulsátil

Tem havido um interesse renovado no desenvolvimento de válvulas de polímeros. Aqui, os objetivos são demonstrar a viabilidade de modificação de um duplicador de pulso comercial para acomodar geometrias tri-folheto e definir um protocolo para apresentar polímero dados hidrodinâmicos de válvulas em relação aos dados de válvulas nativas e protéticas, recolhidos em condições quase idênticas.

Protocolo Relativo Avaliação hidrodinâmica de Tri-folheto polímero Válvulas

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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Construção de Engineered Definido cardíaca humana Tecidos para estudar os mecanismos da terapia celular cardíaca

Descrevemos um in-house projetado em vitro fluxo modelo de câmara, que permite a investigação de adesão bacteriana ao enxerto de tecidos.

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In vitro Avaliação da Regurgitação Aórtica usando ressonância magnética de fluxo quadridimensional

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Projetando um Biorreator para Melhorar a Aquisição de Dados e Modelar o Rendimento de Tecidos Cardíacos Projetados

Este protocolo apresenta a instalação e operação de um biorreator impresso em 3D recentemente desenvolvido para a cultura ex vivo de vasos sanguíneos em perfusão. O sistema foi projetado para ser facilmente adotado por outros usuários, prático, acessível e adaptável a diferentes aplicações experimentais, como biologia básica e estudos farmacológicos.

Ex Vivo Cultura de Perfusão de Grandes Vasos Sanguíneos em Biorreator Impresso em 3D

Apresentamos um método de montagem de uma valva aórtica porcina em um duplicador de pulso para testar suas propriedades hidrodinâmicas. Este método pode ser usado para determinar a mudança na hidrodinâmica após a aplicação de um procedimento experimental ou novo dispositivo médico antes do uso em um modelo animal de grande porte.

Um Modelo Ex Vivo Porcino para Testes Hidrodinâmicos de Procedimentos Experimentais de Valva Aórtica e Novos Dispositivos Médicos

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