Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Магнитная регулировка Afterload в инженерных тканях сердца

5.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/60811

⸱

5 мая 2020 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Experimental Pharmacology and Toxicology, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, 2DZHK (German Centre for Cardiovascular Research)

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол содержит подробные методы, описывающие изготовление и внедрение магнитной платформы посленагрузки для инженерных тканей сердца.

Аннотация

После нагрузки, как известно, диск развития как физиологических, так и патологических сердечных состояний. Таким образом, изучение результатов измененных состояний послегруза может дать важное представление о механизмах, контролирующих эти критические процессы. Тем не менее, экспериментальный метод для точной тонкой настройки afterload в ткани сердца с течением времени в настоящее время отсутствует. Здесь описана недавно разработанная методика на основе магнитных технологий для достижения этого контроля в инженерных сердечных тканях (EHT). Для получения магнитно отзывчивых ЭГТ (MR-EHT), ткани устанавливаются на полые силиконовые столбы, некоторые из которых содержат небольшие постоянные магниты. Второй набор постоянных магнитов является пресс-вписываются в акриловую пластину, так что они ориентированы с той же полярности и аксиально выровнены с пост магнитов. Для регулировки послегруза, эта пластина магнитов переводится в сторону (более высокая посленагрузка) или прочь (нижняя посленагрузка) от почтовых магнитов с помощью пьезоэлектрической стадии, оснащенной кодером. Программное обеспечение для управления движением, используемое для регулировки позиционирования стадии, позволяет развивать пользовательские схемы посленагруза, в то время как кодировщик гарантирует, что этап корректирует любые несоответствия в своем местоположении. Эта работа описывает изготовление, калибровку и внедрение этой системы, чтобы позволить разработку подобных платформ в других лабораториях по всему миру. Репрезентативные результаты двух отдельных экспериментов включены для примера спектра различных исследований, которые могут быть выполнены с помощью этой системы.

Введение

После нагрузки систолическая нагрузка на желудочек после того, как он начал выбрасывать кровь1. Во время сердечного развития, соответствующие посленагрузка имеет решающее значение для кардиомиоцитов созревания2. В зрелом возрасте низкий уровень желудочковой послегрузки (например, у прикованных к постели пациентов с травмой спинного мозга высокого уровня3 или в особых случаях, таких как космический полет4)может привести к гипотрофии сердца. И наоборот, высокая послегрузка может привести к сердечной гипертрофии5. В то время как сердечная гипертрофия у спортсменов на выносливость или беременных женщин считается полезной и физиологической, гипертрофия, связанная с длительной артериальной гипертензией или тяжелой стенозом аортального клапана, вредна, так как предрасполагает к сердечной аритмии и сердечной недостаточности6. Хотя 5-летняя смертность пациентов с сердечной недостаточностью снизилась с 70% в 1980-х годах6 до 40-50%7 в настоящее время, по-прежнему существует большая потребность в новых вариантах терапевтического лечения для этого весьма распространенного состояния (в настоящее время 2,2% населения в западном мире)8.

Для изучения молекулярных механизмов патологической сердечной гипертрофии и тестирования профилактических или терапевтических стратегий лечения этого заболевания были разработаныinvivo модели послегруза9,10,,11,,12. Хотя эти модели дали полезную информацию о воздействии послегруза на производительность желудочков, они не позволяют тонко контролировать величину послегруза. Кроме того, исследования in vitro посленагрузки, выполненные на вырезанных сердцах и мышечных препаратах, позволяют более тонко контролировать загрузку тканей, но эти модели не способствуют продольным исследованиям13,,14,15.

Чтобы преодолеть эти проблемы, мы разработали в пробирке модель повышенной afterload в инженерных сердечных тканей (EHTs)16,17. Эта модель представляет собой трехмерный формат культуры для клеток сердца крыс, встроенных в фибрин матрицы приостановлено между гибкими полыми силиконовыми столбами. Эти ткани бьются спонтанно (против сопротивления силиконовых столбов) и выполняют вспомогательную работу. Мы увеличили послегрузование применяется к EHTs в 12 раз в предыдущих экспериментах по вставке жестких металлических скобки в полые силиконовые столбы в течение одной недели. Это привело к множеству изменений, характерных для патологической сердечной гипертрофии18,,19,,20: кардиомиоцитной гипертрофии, частичного некропкоза, снижения сократительной силы, нарушения релаксации тканей, реактивации программы генов плода, метаболического перехода от окисления жирных кислот к анаэробному гликолиззу, а также к увеличению инфиколита. Хотя эта процедура была успешно использована в нескольких исследованиях17,21,22, она имеет некоторые недостатки. Есть только два состояния, низкие или очень высокие (12-кратная) послегруза, и процедура требует ручного обращения с EHTs, что ограничивает его временную гибкость и создает риск загрязнения.

В последнее время, Леонард и др. использовали аналогичную технику модулировать afterload в EHTs культивируется на силиконовые должности23. Брекеты различной длины были размещены вокруг внешней части столбов, чтобы ограничить их изгиб движения. Авторы этого исследования сообщили, что сингулярный малый и средний увеличение нагрузки повышенной силовой разработки и созревания человека iPS полученных EHTs, в то время как более высокие нагрузки привели к патологическому состоянию. Однако, подобно нашей собственной системе, этот метод позволяет только сингулярное увеличение послегруза, величина которой продиктована длиной скобки. Таким образом, тонкие изменения в послегрузке, изменения в послегрузке с течением времени, и точные схемы загрузки невозможны с этими методами.

Здесь мы предоставляем протокол для системы, которая может быть использована для модулирования пост-сопротивления, т.е. послезагрузки EHTs магнитно24. Эта платформа облегчает тонкую настройку послегруза, позволяет определяться пользователями схемпослезагрузки и обеспечивает стерильность EHT.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка тюнинг-платформы Afterload

ПРИМЕЧАНИЕ: Шаги, участвующие в этой части протокола, не являются чувствительными к времени.

  1. Производство магнитно отзывчивых силиконовых стеллажей
    ПРИМЕЧАНИЕ:     Эти стеллажи служат культурной платформой для EHT. Каждый EHT приостанавливается между двумя силиконовыми столбами, которые прививаются после загрузки ткани. Степень послегруза напрямую связана с жесткостью этих должностей. Для включения магнитной настройки посленагрузки некоторые столбы должны быть магнитно отзывчивыми.
    1. Приобретите 24-хорошую пластину совместимые стойки силиконовых столбов (размеры, приведенные в дополнительной рисунке 1). Стойки, используемые в этом исследовании, были произведены коммерческим поставщиком силиконовых товаров в соответствии с этими размерами с использованием силикона с береговой твердостью 40.
    2. Определите полярность почтовых магнитов (например, д 0,5 мм, ч 2,0 мм; см. Таблицу Материалов), поместив их на более крупный постоянный магнит.
    3. Сохраняя фиксированную полярность, смазайте магниты водой и вставьте их по одному в внешние столбы силиконовых стеллажей.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы попытаетесь вставить более одного магнита за один раз, дополнительное сопротивление сделает его более трудным, чтобы нажать магниты в нижней части поста.
    4. Используйте притупленный кусок зубной проволоки из нержавеющей стали (d - 0,4 мм, см. Таблица материалов),чтобы осторожно подтолкнуть их к нижней части полой полости столба. Вы можете стек до пяти магнитов в каждом сообщении.
    5. Используйте (круглый нос) плоскогубцы, чтобы согнуть зубную проволоку из нержавеющей стали (d ' 0,4 мм, см. Таблица материалов) в скобки 11,25 мм в ширину и 15 мм в длину. Используйте проволочные резцы, чтобы сократить скобки и файл, чтобы сгладить поверхность резки. Для обеспечения правильных размеров достигается, можно использовать самодельные джиг, чтобы помочь в изгибе провода.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пост иммобилизация также может быть достигнуто с помощью скобки из других материалов, до тех пор, пока они немагнитные и жесткие.
    6. Смазать скобки с водой и вставить их в силиконовую стойку, фиксируя второй- и третий до внешнего поста в этом процессе (см. Рисунок 1 для полной установки силиконовой стойки).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительно, для того, чтобы адаптировать базовую жесткость контрольных постов в соответствии с магнитно отзывчивыми столбами, фрагменты стирола круглого стержня (см. Таблица материалов)могут быть вставлены в пустые столбы (те, без скобки или магнита).
    7. Пусть стеллажи стоять в течение 1-2 дней, чтобы для любой оставшейся воды в сухой воздух.
    8. Когда столбы сухие, печать отверстия в верхней части полых силиконовых столбов, содержащих магниты с помощью капли силиконового клея.
  2. Настройка посленагрузки
    ПРИМЕЧАНИЕ:     Как магниты в послегрузо-тюнинг овтернинг устройство перемещается к или от тех, в силиконовых должностей, привлекательные магнитные силы увеличиваются или уменьшаются соответственно, в результате изменения жесткости силиконовых столбов. Это движение достигается с помощью пьезоэлектрической стадии. Из-за прототипа послегрузного тюнингового устройства подробные пошаговые инструкции о том, как его реплицировать, предоставляться не будут. Вместо этого, обобщенные руководящие принципы для построения аналогичного устройства настройки послегруза подробно описаны в настоящем.
    1. Получить высокоточный пьезоэлектрический линейный двигатель, чтобы вертикальный перевод магнитной пластины к и от EHTs (см. Таблица материалов).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Настоятельно рекомендуется, чтобы этот двигатель был оснащен линейным кодером для коррекции для позиционирования сценического.
    2. Расположите набор постоянных магнитов внутри немагнитного держателя таким образом, чтобы они адышно выровнены с почтовыми магнитами при размещении непосредственно под ними. Здесь крупные цилиндрические магниты (d - 13 мм, ч 14 мм; см. Таблица материалов)были пресс-подтянуты в акриловой пластиковой пластине ("магнитная пластина").
    3. Прикрепите держатель магнита к пьезоэлектрической стадии с помощью немагнитного материала. Это может быть достигнуто с помощью L-образного куска алюминия (см. рисунок 2).
    4. Постройте раму, в ней могут разместиться компоненты прибора после загрузки. Как минимум, эта структура должна иметь место, на котором вертикально смонтировать пьезоэлектрическую сцену, а также жесткую раму, на которой можно разместить 24-ну колодую пластину.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Предполагается, что расположение этого крепления может быть изменяемым в горизонтальной плоскости, с тем чтобы обеспечить корректировку осевого выравнивания между двумя наборами магнитов. Для достижения этой маневренности в представленной системе(рисунок 3)использовалась система механических приводов. Описанное здесь устройство настройки послегрузо-загрузки было разработано таким образом, чтобы быть совместимым с системой анализа контрактности EHT (см. Таблица материалов). Таким образом, его размеры были ограничены до 29 см в ширину, 29 см в глубину, и 16 см в высоту, чтобы поместиться в эту систему.
    5. Для визуального анализа тканей установите источник света в приборе послезагрузки. Здесь, массив светодиодов был использован (Рисунок 4) для освещения EHTs снизу (Рисунок 5).
  3. Калибровка системы настройки послегрузо-загрузки
    Примечание:    Для точного увеличения Послегруза EHT до желаемого значения необходимо определить взаимосвязь между интервалом между магнитом и результирующей жесткостью поста.
    1. Измерьте ближайший(dмин)и самый дальний(dmax)интервал магнита возможно в вашей установке. Эти расстояния будут диктовать максимальные и минимальные достижимые послегрузы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дно культуры пластины предотвратит прямой контакт между магнитной пластиной и магнитно отзывчивыми силиконовыми столбами.
    2. Производить диапазон немагнитных весов и смонтировать их на строку, чтобы служить в качестве испытательных нагрузок.
    3. Определите вес тестовых нагрузок с помощью тонкой шкалы и маркируйте их в соответствии с этим весом. Здесь были использованы шесть различных акриловых стеклянных весов в диапазоне от 30 мг до 200 мг.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Выберите весы, которые достаточно тяжелы, чтобы согнуть пост, но не настолько тяжелым, что они согнуть пост более чем на несколько миллиметров. Использование большего количества тестовых нагрузок гарантирует более точное калибровку, но также отнимает больше времени.
    4. Смонтировать одну из силиконовых стеллажей вертикально (с использованием немагнитных материалов), так что магнитно отзывчивые силиконовые столбы ориентированы горизонтально.
    5. Установите один из магнитов пластины ("калибровочный магнит") на горизонтально путешествующей линейной стадии таким образом, чтобы он аксиально выровнен с магнитно отзывчивым столбом.
    6. Расположите калибровочный магнит на определенном расстоянии от магнитно отзывчивого силиконового столба с помощью горизонтальной стадии (желательно, начните на расстоянии, равном максимальному интервалу магнитного интервала, достижимому устройством настройки посленагрузки).
    7. Поместите камеру (например, см. Таблица Материалов) в сторону этой настройки, чтобы иметь возможность оптически записывать отклонение поста под влиянием тестовых нагрузок.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Предлагается, чтобы пользователь использовал камеру с разрешением не менее 2 мегапикселей для обеспечения точного определения отклонения поста.
    8. Сфотографировать сообщение в отсутствие каких-либо весов для использования в качестве ссылки на "нейтральную" позицию поста.
    9. Не изменяя перспективу камеры, прикрепите одну из нагрузок к самому концу силиконового столба и сфотографировать столб изгиб ампенсинга под влиянием веса.
    10. Повторите это измерение для всех весов.
    11. Оптически определить отклонение силиконового столба, вызванного гравитационной силой каждого веса.
    12. График отклонения силиконовой должности(x, на x-оси) против гравитационных сил каждого испытательного веса(мг, на оси y). Это должно привести к линейной взаимосвязи между силой и отклонением.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если данные нелинейны, это может означать, что сообщение находится за пределами линейного диапазона отклонений, т.е. использованные веса были слишком тяжелыми.
    13. Участок линейной функции регрессии, проходя через (0,0) и приобретенные данные (см. рисунок 6A для примеров). Склон этой функции(мг и ккс)является жесткость k магнитно отзывчивый силиконовый столб на испытанном интервале магнита.
    14. Повторите эти шаги на нескольких интервалах между dмакс и dмин. Здесь были проанализированы отклонения в девяти различных позициях магнита в диапазоне от 31 мм до 5 мм.
    15. Определите базовую жесткость магнитно отзывчивого силиконового столба при отсутствии калибровочным магнита с использованием той же техники.
    16. Также определить жесткость мобильного, немагнитно отзывчивый контрольный пост с использованием той же техники.
    17. Участок результирующих значений k на соответствующих магнитных расстояниях. Это должно привести к негативным экспоненциальным отношениям.
    18. Участок функции регрессии через эти значения. Например, используйте нелинейный подгонка Функция однофазного распада в программном обеспечении анализа (см. Таблицу материалов). Эта функция регрессии описывает связь между интервалом между магнитом и послегрузом (см. рисунок 6B для примера).

2. Поколение и культура EHT

ПРИМЕЧАНИЕ: Поколение и культура EHT подробно описаны в другой статье25. Поэтому мы рассмотрим эти аспекты лишь кратко в нашем протоколе. Пожалуйста, выполните следующие шаги в стерильных условиях, придерживаясь хороших методов клеточной культуры.

  1. Поколение EHT
    1. Погрузите ранее подготовленные силиконовые стеллажи в контейнер, наполненный 70% этанолом в течение не менее 20 мин.
      ПРЕДЕКТО: Не автоклавировать после нагрузки регулируемые силиконовые столбы, чтобы стерилизовать их, как высокие температуры могут повредить постоянные магниты.
    2. Принесите этот контейнер в шкаф биобезопасности, промойте стойки 2x стерильной водой, и дайте им высохнуть.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для уменьшения вероятности заражения этот процесс должен осуществляться в том же кабинете биобезопасности, который впоследствии будет использоваться для отливки ЭГТ.
    3. Приобрести (и оттепели, если это необходимо) неонатальной крысы сердце желудочковых клеток или hiPSC (человек индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) полученных кардиомиоцитов (также коммерчески доступны) и подготовить EHT восстановления смеси в соответствии с таблицей 1.
    4. Пипетка 1,5 мл теплого 2% агарозного раствора в левые 4 скважины 24-хорошо культурной пластины и сразу же вставьте прокладку политетрафторэтилена (PTFE) (см. Таблица материалов) в жидкий раствор агарозы.
    5. Повторите предыдущий шаг для остальных 20 скважин в пределах культурной плиты.
    6. После того, как агароуз затвердеть в течение 10 минут, тщательно удалите прокладки PTFE.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Агароза становится мутной, когда она затвердевается.
    7. Вставьте столбы магнитно чувствительных силиконовых стеллажей в агарозные пустоты, производимые прокладками PTFE.
    8. Пипетка 100 л реконституции смешивается в 3 мЛ аликот 100 мУ/л тромбина раствора. Пипетка вверх и вниз дважды, чтобы смешать и быстро передать смесь в пустоту в течение первой формы агарозы на культуре пластины.
    9. Повторите предыдущий шаг для остальных 23 форм, используя новый наконечник трубы для каждого EHT.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Аккуратно перемешать конституцию смесь каждые 6-8 EHTs для того, чтобы предотвратить отложения клеток.
    10. Храните 24-хорошую тарелку в инкубаторе (37 градусов по Цельсию, 7% CO2,40% O2) в течение 90 мин. В то же время, подготовить среду EHT путем дополнения Dulbecco в модифицированной среде Eagle (DMEM) с 10% лошади сыворотки, 1% пенициллин / стрептомицин, 10 мкг /мл инсулина и 33 мкг /мл апротинин.
    11. Добавьте 500 л теплой среды EHT к каждой скважине.
    12. Храните 24-хорошую тарелку в инкубаторе (37 градусов по Цельсию, 7% CO2,40% O2) в течение 30 мин. В течение этого времени, подготовить второй 24-хорошо пластины с 1,5 мл EHT среды в каждой скважине и поместить его в инкубатор.
    13. Аккуратно удалите магниточувствительные силиконовые стеллажи со свежевылитыми EHT на них из агарозных форм и перенесите их на вторую 24-ну колодую пластину.
  2. Культура EHT
    ПРИМЕЧАНИЕ:     После литья ткани, изменить среду три раза в неделю: в понедельник, среду и пятницу.
    1. Для среднего изменения, pipet 1.5 ml свежей среды EHT в наилучшим образом в новую плиту культуры 24-наилучшим образом и уместите эту плиту внутри инкубатор на 37 c, 7% CO2,и 40% O2 на хотя бы 30 минут.
    2. Перенесите силиконовые стеллажи со старой 24-хорошей пластины на новую пластину под капотом клеточной культуры.
    3. Храните закрытые пластины EHT в инкубаторе при 37 градусах По цельсии, 7% CO2и 40% O2.

3. Эксперименты модификации послегрузо-нагрузки

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие этапы протокола специфичны для пьезоэлектрической двигательной и оптической платформы анализа контрактности, перечисленных в таблице материалов.

  1. Подготовка прибора послезагрузки для экспериментов
    1. Для измерения воздействия послегрузо-нагрузочных манипуляций на контрактность EHT, отключения и удаления системы освещения из внутреннего отсека платформы анализа оптической контрактности и вставки устройства послегрузо-емкости, включая источник света.
    2. Установите программное обеспечение управления движением сцены (см. Таблица материалов) на компьютере, который будет использоваться для запуска устройства настройки после загрузки.
    3. Подключите пьезоэлектрический сценический двигатель к контроллеру движения (см. Таблицу Материалов),и контроллер движения к компьютеру. Убедитесь, что контроллер движения также подключен к источнику питания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Есть два света на лице контроллера движения. При подключении к власти, оба огня мигают красным цветом в течение нескольких секунд. Во время работы верхний свет остается зеленым, в то время как нижний должен покраснеть только в случае ошибки.
    4. Поместите пустую 24-хорошую культурную пластину на плите крепления в верхней части посленагрузки настройки устройства.
    5. Оптически выровнять пустую культурную пластину с магнитной пластиной ниже с помощью системы механического привода XY, прикрепленной к креплению.
  2. Эксплуатация устройства после загрузки-тюнинга
    1. Запустите программное обеспечение платформы контроллера движения.
    2. Подключите программное обеспечение к пьезо этап двигателя, выбрав порт, назначенный в качестве порта этап во время установки программного обеспечения управления движением, а затем нажмите кнопку открытого порта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: После завершения этого шага порт должен быть обозначен как "открытый" и отображаться в зеленом поле.
    3. Перейдите к панели Системы. Выберите Open Loop в меню выпадения петли.
    4. Ручно перемещайте магнитную пластину в самое высокое положение, т.е. на максимально близкое расстояние между магнитом dмин. Магнитная пластина должна ввести контакт с культурой пластины крепления.
    5. Перейти к движению панели. Нажмите кнопку «Зеро», чтобы сбросить текущее положение стадии пьезо до 0 мм.
    6. Вручную переместите магнитную пластину в самое низкое положение. Запишите положение кодера (указано в панели движения Enc), чтобы определить диапазон движения для пьезоэлектрического двигателя стадии.
    7. Установите ограничения движения в панели Системы на значения в пределах диапазона движения, определяемого на предыдущем этапе. Это предотвращает натыкаясь на магнитную пластину в культурную пластину или в нижней части прибора настройки после нагрузки.
    8. Еще раз переместите магнитную пластину в самое высокое положение и нажмите кнопку «Ноль».
    9. Перейдите к панели системы и измените режим обратной связи на замкнутый цикл. Это гарантирует, что этап будет исправлен для любых ошибок в его позиционировании.
    10. Нажмите кнопку Сохранить в поле Параметры сохранения для хранения этих параметров в системе.
    11. Поместите 24-колодую культурную пластину, содержащую EHT на магнитно отзывчивых силиконовых стеллажах на месте крепления пластины культуры.
    12. Для расчета магнитного интервала, необходимого для достижения желаемой послегрузки, решите нелинейную функцию регрессии со ступени 1.3.19 для параметра интервала между магнитом d. Например, если уравнение: figure-protocol-1 , d будучи магнитным интервалом (в мм), необходимым для достижения желаемой посленагрузки k в мН/мм, то для достижения послегруза 5 мН/мм потребуется магнитный интервал в 12,12 мм.
    13. Вычесть dмин из расчетного интервала магнита d. Результатом является расстояние магнитная пластина должна путешествовать от своего нулевого положения для достижения желаемой послегрузки.
    14. Введите это значение в поле ввода целевой позиции 1 в панели движения и нажмите Перейдите, чтобы настроить послезагрузку EHT s до расчетного значения.
  3. Дополнительно: Программирование стадии для режима интервала после загрузки
    ПРИМЕЧАНИЕ:     Предыдущий раздел описывает, как запрограммировать сцену, чтобы перейти и остаться в одной позиции. Тем не менее, также можно связать различные команды вместе в программу для достижения автоматически выполненной последовательности движений, которые могут быть повторены на непрерывном цикле. Для получения более подробных инструкций относительно программного обеспечения платформы контроллера движения, обратитесь к руководству по эксплуатации, предоставленному производителем этапов.
    1. После настройки устройства настройки послегрузо-загрузки, описанного в предыдущем разделе, откройте панель командования. Введите команду 1PGM1 и нажмите Enter, чтобы начать запись программы.
    2. Чтобы создать программу, которая, например, приведет к пьезоэлектрической стадии двигаться вниз 30 мм от 1MVA0 нулевой позиции (вдали от EHTs) и вернуться после 40 с, введите 1WST следующую цепочку команд: 1MVA30 1WST 1WTM 40000
    3. Используйте команду 1END, чтобы завершить запись программы и сохранить ее.
    4. Используйте команду 1EXC1 для выполнения записанной программы.
    5. Чтобы программа работала на непрерывном цикле, введите 1PGL1, за которым следует команда 1EXC1.
    6. Чтобы завершить программу циклов, введите команду 1EST.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Таблица 2 содержит некоторые полезные команды для экспериментов модификации послегруза. Полный список доступных команд для этой системы можно найти в справочном руководстве по модульной системе управления движением.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Магнит пост жесткость количественной
Горизонтально ориентированный магнитно отзывчивый силиконовый столб был установлен в фиксированном положении, и аксиally выровненный калибровочный магнит был помещен на нескольких определенных расстояниях ("магнитные интервалы") от этого поста. Тестовые нагрузки известного веса были приостановлены с конца силиконового столба, в результате чего пост согнуть. Это отклонение было количественно оптически. Линейная связь между гравитационной силой испытательной нагрузки...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В протоколе, изложенном в настоящем документе, описывается новая методика магнитного изменения послегрузки в инженерных тканях сердца. Этот метод опирается на использование пьезоэлектрической стадии для перевода пластины сильных магнитов к и от магнитно отзывчивых стеллажей силиконовых столбов. Чем ближе два набора магнитов, тем сильнее посленагрузка, испытаная EHTs, культивируется на них.

Есть несколько шагов, которые имеют решающее значение для успешного производства и использования этой сис...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

TE и MNH являются соучредителями EHT Technologies GmbH. Всем остальным авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы благодарят Jutta Starbatty за ее поддержку в работе культуры тканей, Аксель Кирххоф за фотографию, Алиса Casagrande Cesconetto для редактирования работы, и особую благодарность Бюлент Aksehirlioglu за техническую поддержку в разработке этого устройства. B.B. был поддержан стипендиатом JK (Немецкий центр сердечно-сосудистых исследований) Грантом, M.L.R. Международным докторским стипендиатом Уитакера грантом и M.N.H. за счет средств ДЗК.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Цилиндрические пластинчатые магнитыHKCM9962-55184h = 14 мм, d = 13 мм
Цилиндрические стоечные магнитыHKCM9962-63571h = 2 мм, d = 0,5 мм
Стоматологическая проволокаOrmco266-1316d = 0,016 дюйма (0,406 мм)
GraphPad GraphPadSoftware, Ла-Хойя, Калифорния, СШАверсия 6.00 для Windows
Программное обеспечение для управления движением для пьезомотораMicronix СШАскачать бесплатно на главной странице производителя
Контроллер движения для пьезомотораMicronix СШАMMC-100-01000
Optical Separationity analysis platformEHT technologiesA0001
Пьезоэлектрический линейный двигательMicronix СШАPPS-20-15206оснащен линейным оптическим энкодером, инкубатор-среда совместимый
стирольный стерженьPlastructMR-15d = 0,015 дюйма (0,381 мм)USB-камера
Reichelt ElektronikREFLECTA 66142

Ссылки

  1. Zipes, D. P., Libby, P., Bonow, R. O., Mann, D. L., Tomaselli, G. F. Braunwald's Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine. 11th edn. , Elsevier. (2018).
  2. McCain, M. L., Yuan, H., Pasqualini, F. S., Campbell, P. H., Parker, K. K. Matrix elasticity regulates the optimal cardiac myocyte shape for contractility. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 306 (11), 1525-1539 (2014).
  3. de Groot, P. C., van Dijk, A., Dijk, E., Hopman, M. T. Preserved cardiac function after chronic spinal cord injury. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 87 (9), 1195-1200 (2006).
  4. Perhonen, M. A., et al. Cardiac atrophy after bed rest and spaceflight. Journal of Applied Physiology. 91 (2), 645-653 (2001).
  5. Levy, D., Larson, M. G., Vasan, R. S., Kannel, W. B., Ho, K. K. The progression from hypertension to congestive heart failure. Journal of the American Medical Association. 275 (20), 1557-1562 (1996).
  6. Levy, D., et al. Long-term trends in the incidence of and survival with heart failure. The New England Journal of Medicine. 347 (18), 1397-1402 (2002).
  7. Maggioni, A. P., et al. EURObservational Research Programme: regional differences and 1-year follow-up results of the Heart Failure Pilot Survey (ESC-HF Pilot). European Journal of Heart Failure. 15 (7), 808-817 (2013).
  8. Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics--2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131 (4), 29(2015).
  9. Klautz, R. J., Teitel, D. F., Steendijk, P., van Bel, F., Baan, J. Interaction between afterload and contractility in the newborn heart: evidence of homeometric autoregulation in the intact circulation. Journal of the American College of Cardiology. 25 (6), 1428-1435 (1995).
  10. Liedtke, A. J., Pasternac, A., Sonnenblick, E. H., Gorlin, R. Changes in canine ventricular dimensions with acute changes in preload and afterload. The American Journal of Physiology. 223 (4), 820-827 (1972).
  11. Toischer, K., et al. Differential cardiac remodeling in preload versus afterload. Circulation. 122 (10), 993-1003 (2010).
  12. Zhang, H., et al. Cellular Hypertrophy and Increased Susceptibility to Spontaneous Calcium-Release of Rat Left Atrial Myocytes Due to Elevated Afterload. PloS one. 10 (12), 0144309(2015).
  13. Hori, M., et al. Loading sequence is a major determinant of afterload-dependent relaxation in intact canine heart. The American Journal of Physiology. 249, 4 Pt 2 747-754 (1985).
  14. Schotola, H., et al. The contractile adaption to preload depends on the amount of afterload. ESC Heart Failure. 4 (4), 468-478 (2017).
  15. Sonnenblick, E. H., Downing, S. E. Afterload as a primary determinat of ventricular performance. The American Journal of Physiology. 204, 604-610 (1963).
  16. Hirt, M. N., et al. Increased afterload induces pathological cardiac hypertrophy: a new in vitro model. Basic Research in Cardiology. 107 (6), 307(2012).
  17. Hirt, M. N., et al. Deciphering the microRNA signature of pathological cardiac hypertrophy by engineered heart tissue- and sequencing-technology. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 81, 1-9 (2015).
  18. Dorn, G. W. The fuzzy logic of physiological cardiac hypertrophy. Hypertension. 49 (5), 962-970 (2007).
  19. Hill, J. A., Olson, E. N. Cardiac plasticity. The New England Journal of Medicine. 358 (13), 1370-1380 (2008).
  20. Maillet, M., van Berlo, J. H., Molkentin, J. D. Molecular basis of physiological heart growth: fundamental concepts and new players. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (1), 38-48 (2013).
  21. Stenzig, J., et al. DNA methylation in an engineered heart tissue model of cardiac hypertrophy: common signatures and effects of DNA methylation inhibitors. Basic Research in Cardiology. 111 (1), 9(2016).
  22. Werner, T. R., Kunze, A. C., Stenzig, J., Eschenhagen, T., Hirt, M. N. Blockade of miR-140-3p prevents functional deterioration in afterload-enhanced engineered heart tissue. Scientific Reports. 9 (1), 11494(2019).
  23. Leonard, A., et al. Afterload promotes maturation of human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes in engineered heart tissues. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 118, 147-158 (2018).
  24. Rodriguez, M. L., Werner, T. R., Becker, B., Eschenhagen, T., Hirt, M. N. Magnetics-Based Approach for Fine-Tuning Afterload in Engineered Heart Tissues. ACS Biomaterials Science & Engineering. 5 (7), 3663-3675 (2019).
  25. Mannhardt, I., et al. Automated Contraction Analysis of Human Engineered Heart Tissue for Cardiac Drug Safety Screening. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (122), e55461(2017).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Магнитная регулировка Afterload в инженерных тканях сердца
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.