Bu çalışmada, biyolojik bir aktüatör ve fonksiyonelleştirilmiş elastomerik konsol kollarıyla birlikte kendinden stabilize olan yüzme biorobotuna kardiyomiyositler ekildi, kültürlendi ve biyokimyasal ve biyomekanik özellikleri zamanla karakterize edildi.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Kardiyak Kas Hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - Bölüm 2
* These authors contributed equally
Bu makalede
Özet
Özet
Son yıllarda, sentetik bir mekanik omurga ile entegre edilmiş canlı bir hücreden veya doku bileşeninden oluşan hibrid cihazlar geliştirildi. Biorobotlar adı verilen bu cihazlar, yalnızca yaşayan bileşenin kontraktil aktivitesinden üretilen kuvvetle güçlendirilir ve birçok içsel avantajlarından dolayı geleneksel tam yapay robotlara bir alternatif olabilir. Burada, biyolojik aktüatörü ve bu iki parçalı makalenin ilk bölümünde tasarlanmış, imal edilmiş ve işlevselleştirilen bir biorobot'u tohumlamak ve karakterize etmek için yöntemleri açıklıyoruz. Bir polidimetilsiloksan (PDMS) tabanı ve bir ince film konsolundan müteşekkil biyolojik harekete geçirici ve biorobot cihazlar fibronektin ile hücre bağlantısı için işlevselleştirildi. Fonksiyonelleştirmeden sonra, neonatal sıçan kardiyomiyositleri PDMS konsol koluna yüksek yoğunlukta tohumlandı ve konfluent bir hücre tabakası elde edildi. Cihazlar her gün görüntülendi ve kantinin hareketiKol kolları analiz edildi. Tohumlamadan sonraki ikinci günde, spontan kasılmalar sırasında hücrelerin uyguladığı kuvvetler nedeniyle konsol kollarının bükülmesini gözledik. Konsol bükülmesinin niceliksel analizi üzerine, hücrelerin zaman içinde olgunlaştıkça uyguladığı yüzey gerilmesinde kademeli bir artış gözlenmiştir. Aynı şekilde, bir kanatçık rolündeki PDMS konsol kolunun harekete geçirilmesinden dolayı biorobotun hareketini gözlemledik. Cihazların yüzme profillerinin nicelenmesi üzerine, fin'in dinlenme açısı tarafından etkilenen çeşitli tahrik modları gözlemlendi. Hareket yönü ve dayak frekansı da yüzgeçin dinlenme açısı ile belirlendi ve 142 μm / sn maksimum yüzme hızı gözlendi. Bu yazıda, fabrikasyon cihazları kardiyomiyositlerle doldurmanın yanı sıra biyolojik harekete geçiricinin ve biorobot aktivitesinin değerlendirilmesi için prosedürü açıklıyoruz.
Giriş
Biorobotlar, canlı hücrelere dayanan, genellikle PDMS ya da hidrojel 1 gibi yumuşak, elastik malzemelerden oluşan mekanik omurgaya dahil edilen cihazlardır. Hücreler, spontan olarak veya uyarılara yanıt olarak ritmik kasılmalara girerler ve böylece bir aktüatör olarak işlev görürler. Hücrenin kasılmasından elde edilen güç çeşitli biorobotları yönlendirir. Memeli kalp hücreleri (kardiyomiyosit) ve iskelet kası hücreleri biorobot hareketi için sıklıkla kontraktil özelliklerinden dolayı kullanılır. Kardiyomiyosit ve iskelet kası hücrelerinin yanı sıra, böcek kas dokuları 2 ve eksplante edilen kas dokuları
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
Burada açıklanan tüm prosedürler, onaylanmış bir protokol kullanılarak ve Notre Dame Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi düzenlemelerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir.
1. Hücre Tohumculuğu ve Kültürü
- Başlamadan önce gerekli öğeleri hazırlayın: küçük bir huni, pipetler ve% 10 Fetal Sığır Serumu (FBS) ve% 1 penisilin antibiyotiği (DMEM tamamlanmış) ile takviye edilmiş sıcak Dulbecco Modifiye Kartal Ortamı (DMEM).
- Içinde T-25 şişeleri işlevselleştirilmiş cihaz (biyolojik aktüatör veya biorobot) ile birlikte alın. Aygıt hazırlama, işlevselleştirme ve hücre ekiminden önce depolamayla ilgili ayrıntı....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Şekil 1'deki cihazların şematik ve ekran görüntüsünde gösterildiği gibi, ince bir PDMS konsoldan (kalınlık 25 μm) ve kardiyomiyositlerden yapılmış biyolojik harekete geçirici, yüzme biorobotunun çekirdeğini oluşturur. Hücreler kültürde 24 saat sonra kasılmalara başlamış ve konsol kollarının bükülmesi 2. günde gözlemlenmiştir. Cihazın yan profili her gün kaydedilmiştir ve yüzey gerilimi konsol kollarının bükülmesinden Özelleştirilmiş görüntü analizi betiği 7 . .......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Burada özetlenen prosedür, kardiyomiyositlerin bağlanmasını kolaylaştıran, PDMS tabanlı aktüatörler ve biorobotlar için başarılı bir ekim yöntemini anlatmaktadır. Dahası, görüntü elde etme süreci ve hücrelerin davranışını karakterize eden daha sonraki analizler ve cihazların performansı anlatılmıştır.
24 saat sonra konsol kollarında spontan kontraksiyon hücreleri gözlemledik; Kasılmaların yoğunluğu zamanla istikrarlı bir şekilde artmaya devam etti ve 6. günde maksimuma ulaştı ve bundan sonra.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Teşekkürler
MT Holley, Regents Louisiana Board of Graduate Fellows programı tarafından desteklenmektedir ve C. Danielson, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Profesör Programı tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma NSF Grant No: 1530884 tarafından desteklenmektedir.
....Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Kimyasallar ve reaktifler | |||
| Kardiyomiyositler (birincil kardiyak hücreler) | Charles River | NA | 2 günlük yenidoğan Sprague Dawley sıçanlarından izole edildi |
| Dulbecco' s modifiye kartal' | 4500 mg/L glikoz, 4.0 mM L-glutamin ve 110 mg/L sodyum piruvat içeren Hyclone Laboratories 16750-074 | ||
| Fetalklon III serum | Hyclone endüstrileri, GE | 16777-240 | Fetal bovin serumu (FBS) |
| Dulbecco' s fosfat tamponu (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408-100ML | |
| Penisilin-G sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | P3032 | |
| Keçi serumu | Sigma-Aldrich | G9023 | |
| 4,6-diamidino-2-fenilindol dihidrokolür tozu (DAPI) | Sigma-Aldrich | D9542 | |
| Sığır plazmasından fibronektin | Sigma-Aldrich | F1141 | Çözeltisi (1 mg/ ml) |
| Calcein-ve etidyum homodimer-1 kiti (Canlı / Ölü Tahlil) | Moleküler Problar | L3224 | |
| Kalsiyum Fluo-4, | Moleküler Problar | F14217 | kalsiyum indikatör boyası |
| Tyrodes tuzu çözeltisi | Sigma-Aldrich | T2397 | tampon çözeltisi |
| Pluronic F-127 | Moleküler Problar | P3000MP | Dimetilsiloksan (DMSO) içinde noniyonik yüzey aktif madde-%20 çözelti |
| % 16 Parafomaldehit | Elektron mikroskobu | 15710 | Dikkat: Tahriş edici ve yanıcı |
| Triton x-100 | Sigma-Aldrich | X-100 100 mL | hücre lizeşleri deterjanı, (4-(1,1,3,3-Tetrametilbutil)fenil-polietilen glikol, t-Oktilfenoksipolietoksietanol, Polietilen glikol tert-oktilfenil eter) |
| ProLong altın antifade reaktifi | Moleküler Problar | P10144 | Montaj maddesi |
| Alexa Fluor 594 Phalloidin | Moleküler Problar | A12381 | Aktin filament işaretleyici |
| Keçi anti-tavşan IgG (H + L) ikincil antikor, Alexa Fluor 594 eşlenik | Moleküler Problar | A-11012 | |
| pha | Moleküler Problar | A-11001 | |
| Anti-konneksin 43 antikoru | Abcam | ab11370 | Boşluk bağlantı belirteci |
| Anti-kardiyak troponin I antikor | Abcam | ab10231 | Kasılma |
| proteini% 16 EM dereceli paraformaldehit çözeltisi | Elektron mikroskobu | 100503-916 | |
| Polidimetilsiloksan (PDMS) | Elsevier | Sylgard 184 | |
| < güçlü > Malzeme ve Ekipman < / güçlü > | |||
| Kamera | Thor Labs | DCC1545M | |
| LED ışık şerit | NA | NA | Spektrum emisyonu olmayan herhangi bir beyaz LED |
| Konfokal mikroskop | Nikkon C2 | NA | Üç filtre setli konfokal mikroskop. |
| Yakınlaştırma lensi | Infinity | Model # 252120 | |
| Software< / strong> | |||
| Matlab | Mathworks | NA | Bölüm 4'te Kullanılır) biyolojik aktüatör analizi için. |
| Resim J | Ulusal Sağlık Enstitüsü | NA | Java tabanlı görüntü işleme yazılımı. Bölüm 5'te kullanılır) biyorobot analizi için. Java'da ücretsiz Görüntü İşleme ve Analiz yazılımı. (https://imagej.nih.gov/ij/) |
| Thor Cam | Thor Labs | NA | Kamera işletim yazılımı |
Kaynaklar
- Feinberg, A. W. Biological Soft Robotics. Annu. Rev. Biomed. Eng. 17, 243-265 (2015).
- Akiyama, Y., et al. Room Temperature Operable Autonomously Moving Bio-Microrobot Powered by Insect Dorsal Vessel Tissue. PLOS ONE. 7, 38274(2012).
- Herr, H....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
