Человеческий голосовой складки, состоит из эпителиального слоя, собственная пластинка (LP) и Vocalis мышц, является специализированным мягких тканей, который преобразует поток воздуха из легких в акустических волн для звукоизвлечения. 1 голосовых складок регулярно колебаться при нормальной фонации, экспонирование штаммы до 30% на основных частотах в диапазоне от 100-300 Гц. 2 взрослых голосовой складки LP градиент структура состоит из поверхностного (SLP), промежуточный (ILP) и глубокий слой (DLP). Дальнейшие классификации групп эпителия и SLP как слизистой слоя, и сочетает в себе НРП и DLP в вокальной связки. 3 SLP слой содержит первую очередь аморфную матрицу с редко разбросанных коллагеновых волокон, в то время как связки обогащается зрелой волокон коллагена и эластина обеспечить достаточную прочность. 4 Структура и механика новорожденных голосовых складок значительно отличаться от своих зрелых коллег. Хотя механизмс регулирующими вокальный развитие раза и созревание еще не до конца понял, экспериментальные доказательства указывали на определяющих ролей вокализации, полученных механическим воздействиям.
Несколько медицинские условия, в том числе злоупотребления голоса, инфекций, химических раздражителей и хирургических процедур, может привести к повреждению голосовых связок. Вокальные расстройства раза повлиять оценкам 3-9% населения США. Современные методы лечения голосовых расстройств сгиба ограничены 5 и на основе клеток тканевой инженерии подход стволовых стала перспективной стратегии для восстановления голосовой функции раза. Мезенхимальные стволовые клетки (МСК), являются подходящей альтернативой первичных голосовых фибробластов сгиба для голосовой складки тканевой инженерии. 6-9 судьба стволовых клеток спецификация и развитие последующее ткани опосредованы конкретной нише они проживают в, из которых механическое состояние является жизненно важным фактором. 10 Механические силы являются важнейшими регуляторами тканевого морфогенеза ай гомеостаз, особенно для тканей, которые обычно подвергнутых Загрузка. 11 из ткани инженерной точки зрения, было показано, что воздействие физиологически соответствующие механические стимуляции способствует дифференциации клеток и тканей конкретной матрицы ремоделирование стволовых. 12-15
Культуры ткани биореакторы предназначены для имитации нужного физиологического среды для клеток или тканей роста в пробирке. Для голосовой складки тканевой инженерии, это особенно важно для воссоздания механическую среду из phonating голосовых складок. Идеальный вокал биореактор раз должны эффективно доставлять вибрационные сигналы, чтобы культуры клеток, позволяя поспешное контроль над частоты, амплитуды и длительности колебаний. Titze и его коллеги разработали вокальный биореактор раза (T1 биореактора) 16, который сочетает статического растяжения с высокой частотой (20-200 Гц) колебаний, чтобы стимулировать клеточное производство матричных протеинов. Усинг этот биореактор, Уэбб и его коллеги 17 изучали эффекты 10-дневных, 100-Гц колебаний на фибробластов кожи, культивируемых в гиалуроновой кислоты (HA) на основе гидрогеля. Конструкции подвергается вибрации выставлены повышенной экспрессии HA-2-синтазы (HAS2), Decorin, Фибромодулин и матриксной металлопротеиназы-1 (MMP1), относительно статических элементов управления. Стимулирующие эффекты оказались зависит от времени. Совсем недавно, наша группа 18 собрал вокальную биореактор раза (J1 биореактора) с использованием усилителя мощности, генератор функцию, закрытый громкий динамик и окружности-якорь силиконовую мембрану, которая передает колебательное воздух на прилагаемые клеток. Неонатальной крайней плоти фибробласты культивируемых в биореакторе J1 были подвергнуты 1 ч вибрации в 60, 110 или 300 Гц, с в плоскости деформации до 0,05%. Результаты КПЦР предположили, что экспрессия некоторых генов ECM был умеренно изменены в ответ на различных частотах колебательныхи амплитуды.
Эти биореакторы конструкции, в то время интригует, есть несколько ограничений. Например, система T1 требуется большое количество разъемов и баров для механического соединения, что ограничивает максимальные частоты достижимы. Кроме того, клетки могут быть подвергнуты нежелательному механического перемешивания и жидкости возмущения, что усложняет интерпретацию данных. J1 биореактор, с другой стороны, показывает относительно низкую эффективность преобразования энергии и не удобно. Кроме того, вибрация часто отделяет клеточные нагруженные конструкции из базового силиконовая мембрана. J2 голосовой складки биореактор сообщили здесь, разработаны на основе той же принципу, что и версии J1, оптимизирован для последовательности и воспроизводимости. Вибрации фонации имитирующие генерируются аэродинамически в индивидуально подобранной камер вибрационных где MSC населенных волокнистый поли (ε-капролактон) (PCL) леса являются effectivелы обеспечено. Лазерная доплеровская виброметрия (LDV) позволяет пользователю проверить вибрационный профиль мембрана / эшафот сборки. В нашей демонстрации, МСК подвергаются 200-Гц синусоидальной вибрации с (всего) модель 1-ч-на-1-ч-офф в общей сложности 12 час в день в течение 7 дней. Сотовые ответы на введенных вибрационных сигналов исследованы систематически. В целом, вокал раза J2 обеспечивает наиболее удобные функции, позволяя динамическое клеточных культур исследования, которые будут проводиться в высокой пропускной способности и воспроизводимым способом.