Механическая стимуляция хондроцитов-агарозы Гидрогели
Summary
Биосинтез внеклеточного матрикса хрящевой хондроцитами могут быть затронуты применением механических раздражителей. Этот метод описывает технику применения динамической деформации сжатия в хондроциты заключены в 3D конструкций и оценки изменений, вызванных в метаболизм хондроцитов.
Abstract
Суставной хрящ страдает от ограниченной возможности ремонта при повреждении механических оскорбление или деградировали от болезней, таких как остеоартрит. Чтобы исправить этот недостаток, несколько медицинских вмешательств были разработаны. Одним из таких методов является выплывут поврежденную область с тканевой инженерии хряща, однако, инженерные ткани обычно не хватает биохимические свойства и долговечность родной хряща, ставят под сомнение его долгосрочной жизнеспособности. Это ограничивает применение хряща тканевой инженерии для ремонта небольших дефектов координационные, опираясь на окружающие ткани для защиты имплантированных материалов. Для улучшения свойств разработанных тканей, механическое раздражение это популярный метод используется для повышения синтеза хрящевой внеклеточного матрикса, а также результирующий механических свойств инженерии тканей. Механическое раздражение распространяется силы на ткани строит аналогичные тем, которые имели в естественных условиях. Этооснован на предпосылке, что механические окружающей среды, в частности, регулирует развитие и поддержание родной 1,2 ткань. Наиболее часто применяются формы механического раздражения в тканевой инженерии хряща динамического сжатия при физиологических штаммов примерно 5-20% на частоте 1 Гц 1,3. Несколько исследований изучали эффекты динамического сжатия и показали, что это оказывает положительное влияние на метаболизм хондроцитов и биосинтеза, в конечном счете, влияет на функциональные свойства разработанных тканей 4-8. В этой статье мы проиллюстрируем метод механической стимуляции хондроцитов-агарозы конструкций гидрогеля при динамическом сжатии и анализировать изменения в биосинтезе путем биохимического и радиоизотопного анализа. Этот метод также может быть легко модифицирован для оценки любых потенциально индуцированные изменения в клеточной реакции в результате механических раздражителей.
Protocol
Discussion
Описанный способ применения управляемых механических раздражителей на мобильный семенами агарозном гидрогелей позволяет прямое расследование эффекты динамического сжимающих сил на метаболизм хондроцитов. Использование пользовательского тестирования установки в сочетании с с…
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).
