Un bioreattore pressione ciclica in grado di sottoporre valvola tessuto cardiaco alle condizioni fisiologiche e patologiche della pressione è stato progettato. Un programma di LabVIEW consente agli utenti di controllare la pressione portata, ampiezza e frequenza. Questo dispositivo può essere utilizzato per studiare la mechanobiology del tessuto cardiaco valvola o cellule isolate.
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Articolo metodologico
Progettazione di un bioreattore per la pressione ciclica Ex Vivo Studio delle valvole cardiache aortica
In questo articolo
Sommario
Abstract
La valvola aortica, che si trova tra il ventricolo sinistro e l'aorta, consente un flusso unidirezionale, impedendo il riflusso nel ventricolo. Lembi valvolari aortici sono composti da cellule interstiziali sospesi all'interno di una matrice extracellulare (ECM) e sono rivestiti con un monostrato di cellule endoteliali. La valvola resiste un ambiente duro, dinamico ed è costantemente esposto a taglio, flessione, trazione e compressione. La ricerca ha dimostrato lesioni calcifica delle valvole malate si verificano nelle zone di elevato stress meccanico a causa della interruzione o danno endoteliale matrice interstiziale 1-3. Quindi, non sorprende che gli studi epidemiologici hanno dimostrato l'alta pressione sanguigna per essere un fattore di rischio importante nell'insorgenza della malattia della valvola aortica 4.
L'unica opzione di trattamento attualmente disponibile per la malattia della valvola è la sostituzione chirurgica della valvola malata con una valvola di bioprotesi o meccanico 5. Una migliore comprensione della biologia della valvola in risposta a stress fisici aiuterebbe chiarire i meccanismi della patogenesi della valvola. A sua volta, questo potrebbe aiutare nello sviluppo di terapie non invasive come l'intervento farmaceutico o di prevenzione. Bioreattori Diversi sono stati precedentemente sviluppato per studiare la mechanobiology di valvole cardiache native o attrezzata 6-9. Bioreattori pulsatile sono stati sviluppati per studiare una vasta gamma di tessuti tra cui la cartilagine 10, 11 e osso della vescica 12. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di sviluppare un sistema ciclico di pressione che potrebbero essere utilizzati per spiegare la risposta biologica dei lembi valvolari aortici ai carichi di aumento della pressione.
Il sistema consisteva in una camera acrilico in cui collocare i campioni e produrre pressione ciclica, viton elettrovalvole a membrana di controllare i tempi del ciclo di pressione, e un computer per controllare dispositivi elettrici. La pressione è stata monitorata mediante un trasduttore di pressione, e il segnale è stato condizionato usando un condizionatore cella di carico. Un programma LabVIEW regolata la pressione utilizzando un dispositivo analogico per pompare aria compressa nel sistema al tasso appropriato. Il sistema ha imitato i livelli di pressione dinamica transvalvolare associati con la valvola aortica; un'onda dente di sega ha prodotto un aumento graduale della pressione, tipico del gradiente di pressione transvalvolare che è presente attraverso la valvola durante la diastole, seguito da un brusco calo di pressione che rappresenta l'apertura della valvola a sistole. Il programma LabVIEW ha permesso agli utenti di controllare l'entità e la frequenza della pressione ciclica. Il sistema è stato in grado di sottoporre campioni di tessuto a condizioni di pressione fisiologiche e patologiche. Questo dispositivo può essere utilizzato per aumentare la nostra comprensione di come valvole cardiache rispondere ai cambiamenti nell'ambiente locale meccanico.
Protocollo
1. Raccolta e preparazione dei tessuti
- Le valvole aortica devono essere raccolti da suini adulti peso non superiore a £ 120 subito dopo la morte.
- Lavare le valvole due volte con soluzione salina tampone fosfato sterile (PBS) e il trasporto al laboratorio in ghiaccio.
- Tutte le fasi successive devono essere eseguite in condizioni sterili.
- Assicurarsi che volantini non mostrano alcun segno di degenerazione, lacrimazione o calcificazione. Rimuovere volantini dalla radice aortica, tagliando 1 / 3 della distanza dal l'anello.
- Volantini in luogo singoli pozzetti di una piastra ben sei Incubare per una notte con medie da 3 m....
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Discussione
Il sistema di pressione con successo esposti lembi della valvola aortica a pressioni cicliche che erano rappresentativi della pressione diastolica transvalvolare. Tuttavia, non era in grado di simulare la pressione sistolica transvalvolare, come l'unica pressione è sceso a 40 mmHg. Pressione transvalvolare è la differenza tra la pressione in aorta ascendente e del ventricolo sinistro. Durante la diastole, quando la valvola è chiusa, la differenza di pressione è 80mmHg in condizioni normotesi e 90 mmHg e 100 mmHg in .......
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Dichiarazioni
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Ringraziamenti
Gli autori sono grati a Shad Schipke e Daniel Chesser per la loro assistenza con la progettazione e la realizzazione del sistema e Myles Valtresa per l'assistenza con la preparazione del manoscritto.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti (opzionale) |
| DMEM | Sigma | D5671 | |
| Dulbecco PBS | Sigma | D5652 | |
| Soluzione Anti-mycotic/antibiotic | Sigma | A5955 | |
| Siero bovino fetale | ThermoScientific | SH30070 | |
| Viton diaframma elettrovalvole | McMaster Carr | 4868K11 | |
| Trasduttore di pressione | Omega Engineering, Inc. | PX302-200GV | |
| Celle di carico condizionatore | Encore Electronics, Inc. | 4025-101 | |
| Acquisizione dati (DAQ) Modulo | Misurazione Computing | PMD1608 |
Riferimenti
- Freeman, R. V., Otto, C. M. Spectrum of calcific aortic valve disease: pathogenesis, disease progression, and treatment strategies. Circulation. 111, 3316-3326 (2005).
- Robicsek, F., Thubrikar, M. J., Fokin, A. A.
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Ristampe e permessi
