الميكانيكية حفز خلية غضروفية-الاغاروز الهلاميات المائية
Summary
يمكن أن تتأثر الحيوي من المصفوفة خارج الخلية الغضروفية غضروفية من قبل تطبيق محفزات الميكانيكية. يصف هذا الأسلوب أسلوب تطبيق سلالات الضغط الديناميكي للغضروفية مغلفة في بنيات 3D وتقييم التغيرات في التمثيل الغذائي الناجمة عن خلية غضروفية.
Abstract
الغضروف المفصلي يعاني من قدرة محدودة إصلاح عندما تضررت من إهانة أو الميكانيكية التي تدهورت بفعل المرض، مثل هشاشة العظام. لمعالجة هذا النقص، وقد وضعت العديد من التدخلات الطبية. أسلوب واحد من هذا القبيل هو لتطفو على السطح المنطقة المتضررة مع الأنسجة المهندسة الغضروف، إلا أن الأنسجة المهندسة تفتقر عادة خصائص البيوكيميائية ومتانة الغضروف الأصلي، والتشكيك في البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل. وهذا يحد من تطبيق هندسة الأنسجة الغضروف لإصلاح العيوب الصغيرة الاتصال، والاعتماد على الأنسجة المحيطة بها لحماية المواد مزروع. لتحسين خصائص الأنسجة المتقدمة، والتحفيز الميكانيكي هو وسيلة شعبية تستخدم لتعزيز توليف المصفوفة خارج الخلية الغضروفية وكذلك خصائص الميكانيكية الناتجة من الأنسجة المهندسة. التحفيز الميكانيكي ينطبق قوات إلى الأنسجة يبني مماثلة لتلك الخبرة في الجسم الحي. هذاويستند على أساس أن البيئة الميكانيكية، في جزء منه، ينظم تطوير وصيانة الأنسجة 1،2 الأصلية. الشكل الأكثر شيوعا من تطبيق التحفيز الميكانيكية في هندسة الأنسجة الحيوية ضغط الغضروف هو فيزيولوجي في سلالات من حوالي 5-20٪ على تردد 1 هرتز 1،3. العديد من الدراسات التي بحثت في الآثار المترتبة على دينامية وضغط أظهرت أن يكون لها تأثير إيجابي على التمثيل الغذائي والحيوي خلية غضروفية، مما يؤثر في نهاية المطاف على الخصائص الفنية لل4-8 الأنسجة المتقدمة. في هذه الورقة، ونحن توضيح طريقة لتحفيز ميكانيكيا يبني هيدروجيل خلية غضروفية-الاغاروز تحت ضغط دينامية وتحليل التغيرات في التركيب الحيوي من خلال فحوصات الكيمياء الحيوية والنظائر المشعة. ويمكن أيضا أن يتم تعديل هذا الأسلوب بسهولة لتقييم أي تغييرات محتملة في الاستجابة الناجمة الخلوية نتيجة للمؤثرات الميكانيكية.
Protocol
Discussion
الطريقة الموضحة لتطبيق محفزات الميكانيكية للرقابة إلى الهلاميات المائية الاغاروز الخلية المصنف يسمح للتحقيق مباشرة في تأثيرات القوى الديناميكية الضغط على عملية التمثيل الغذائي خلية غضروفية. شريطة أن يكون استخدام للتلاعب مخصص لاختبار بالتزامن مع الاحتفاظ الخو…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of the reagent or equipment | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Ham’s F-12 | Thermo Fisher Scientific | SH3001002 | |
| Collagenase A | Sigma Aldrich Ltd. | C0130 | |
| Protease | Sigma Aldrich Ltd. | P5147 | |
| Fetal Bovine Serum | Sigma Aldrich Ltd. | F1051 | |
| Ascorbate | Sigma Aldrich Ltd. | A4034 | |
| Antibiotics/antimycotics | Sigma Aldrich Ltd. | A5955 | |
| HEPES | Bioshop Canada Ltd. | HEP001 | |
| Trypan blue | Sigma Aldrich Ltd. | 93595 | |
| Reichert Bright-Line Hemacytometer | Hausser Scientific | 1490 | |
| Quant-iT PicoGreen | Invitrogen | P7589 | |
| Papain from papaya latex | Sigma Aldrich Ltd. | P3125 | |
| Ammonium Acetate | Sigma Aldrich Ltd. | A1542 | |
| Ethyldiaminetetraacetic Acid | Sigma Aldrich Ltd. | E9884 | |
| DL-Dithiothreitol | Sigma Aldrich Ltd. | 43819 | |
| Low Melting Point Agarose, Type VII | Sigma Aldrich Ltd. | A9045 | |
| Mesh Screen (200) Filter | Sigma Aldrich Ltd. | S4145 | |
| Mach-1 Micromechanical Tester | Biomomentum Inc. | V500cs | |
| Compression Loading Jig | Custom-built | Similar product could be supplied by Biomomentum Inc. | |
| Falcon 24 Well Culture Plate | Thermo Fisher Scientific | B353047 | |
| β-Liquid Scintillation Counter | Beckman Coulter | LS6500 | |
| [3H] Proline | Perkin-Elmer | NET323005MC | |
| [35S] Sulfur | Perkin-Elmer | NEX041005MC |
References
- Grodzinsky, A. J. Cartilage tissue remodeling in response to mechanical forces. Annual Review of Biomedical Engineering. 2, 691-713 (2000).
- Kuettner, K. E. Biochemistry of articular cartilage in health and disease. Clinical Biochemistry. 25, 155-163 (1992).
- Neu, C. P. The interface of functional biotribology and regenerative medicine in synovial joints. Tissue Engineering Part B: Reviews. 14, 235-247 (2008).
- Demarteau, O. Dynamic compression of cartilage constructs engineered from expanded human articular chondrocytes. Biochemical and Biophysical Research Communications. 310, 580-588 (2003).
- Waldman, S. D. Long-term intermittent compressive stimulation improves the composition and mechanical properties of tissue-engineered cartilage. Tissue Engineering. 10, 1323-1331 (2004).
- Hunter, C. J. Dynamic compression of chondrocyte-seeded fibrin gels: effects on matrix accumulation and mechanical stiffness. Osteoarthritis and Cartilage. 12, 117-130 (2004).
- Buschmann, M. D. Mechanical compression modulates matrix biosynthesis in chondrocyte/agarose culture. Journal of Cell Science. 108 (Pt 4), 1497-1508 (1995).
- Quinn, T. M. Mechanical compression alters proteoglycan deposition and matrix deformation around individual cells in cartilage explants. Journal of Cell Science. 111 (Pt 5), 573-583 (1998).
- Kuettner, K. E. Synthesis of cartilage matrix by mammalian chondrocytes in vitro. I. Isolation, culture characteristics, and morphology. The Journal of Cell Biology. 93, 743-750 (1982).
- Lee, D. A. Mechanical loading of chondrocytes embedded in 3D constructs: in vitro methods for assessment of morphological and metabolic response to compressive strain. Methods in Molecular Medicine. 100, 307-324 (2004).
- McGowan, K. B. Biochemical quantification of DNA in human articular and septal cartilage using PicoGreen and Hoechst 33258. Osteoarthritis and Cartilage. 10, 580-587 (2002).
- Fan, J. C. Y. The effect of intermittent static biaxial tensile strains on tissue engineered cartilage. Annals of Biomedical Engineering. 38, 1672-1682 (2010).
- Kaupp, J. A. Mechanical vibrations increase the proliferation of articular chondrocytes in high-density culture. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 222, 695-703 (2008).
- Waldman, S. D. Long-term intermittent shear deformation improves the quality of cartilaginous tissue formed in vitro. Journal of Orthopaedic Research. 21, 590-596 (2003).
- Waldman, S. D. A single application of cyclic loading can accelerate matrix deposition and enhance the properties of tissue-engineered cartilage. Osteoarthritis and Cartilage. 14, 323-330 (2006).
- Kisiday, J. D. Effects of dynamic compressive loading on chondrocyte biosynthesis in self-assembling peptide scaffolds. Journal of Biomechanics. 37, 595-604 (2004).
- Chowdhury, T. T. Temporal regulation of chondrocyte metabolism in agarose constructs subjected to dynamic compression. Archives of Biochemistry and Biophysics. 417, 105-111 (2003).
