Doku Mühendisliği için iki eksenli Mekanik Yükleniyor Biyoreaktör tasarımı

Aşağıdaki deneyin genel amacı, transplantasyon için fonksiyonel doku mühendisliği biyokompozitleri üretmektir. Bu, üç boyutlu biyomalzeme kompozitlerindeki hücrelere biyofiziksel uyaranlar sağlamak için hassas tek eksenli veya biyo eksenli mekanik gerinim uygulanarak elde edilir. İkinci adım olarak, biyoreaktör, yükleme sırasında biyo kompozitlerin kuvvet geri bildirimini ve mekanik testini sağlayan bir yük hücresi ile donatılmıştır.

Daha sonra biyokompozitler, yapı biyokimyasal içeriğinde makro ölçekli değişiklikleri indüklemek için haftalar boyunca kültürlenir ve glikozaminoglikan ve kollajen içeriği, iskele, kalınlık ve denge modülündeki önemli farklılıklara dayalı olarak farklı yükleme türlerinin etkisini gösteren mukavemet sonuçları elde edilir. Bu yöntem, çift eksenli yüklemenin tasarlanmış kıkırdak dokusu üzerindeki etkileri hakkında fikir verebilse de, kemik ve tendon gibi diğer düşük taşıyıcı dokulara da uygulanabilir, bu da prosedürün laboratuvarımızdan Amy May ve Rob Stefani olacağını göstermektedir. Bu prosedüre başlamak için, burada gösterildiği gibi bir biyoeksenel biyoreaktör kurun.

Biyoreaktörün tabanı, 25 santimetre x 30 santimetre x 12,5 milimetre ölçülerinde bir alüminyum plakadan oluşur. Mevcut değişken konumlandırma seçenekleri, farklı şekil ve boyutlardaki doku kültürü plakalarının esnek bir şekilde monte edilmesini sağlar. Ardından, aşamaların tabana monte edildiğinden emin olun, böylece yatay aşama yalnızca x ekseni boyunca salınarak dinamik kesme sağlar.

Ve dikey aşama, yalnızca Z ekseni boyunca salınarak dinamik sıkıştırma sağlar. Bir sonraki adım, özel bir polisülfon yükleme plakası üretmektir. Polisülfon malzeme, biyouyumluluğu, işleme kolaylığı ve sterilizasyon kolaylığı nedeniyle idealdir.

Plakayı, çift eksenli hareketli platformu hassas işlenmiş bir dik açılı braket ile birleştirin. Taban plakasına takılan kinematik durdurucular, elle elde edilemeyen kültür plakalarının hassas bir şekilde hizalanmasını sağlamak için ince ayar vidalarına sahiptir. Ardından, yazılım için konumsal geri bildirim alacak olan step motor aktüatörünü her platforma takın.

Burada gösterilen step motor aktüatörleri, 0,1 mikrometrelik çift yönlü tekrarlanabilirliğe ve 20 nanometrelik bir çözünürlüğe sahiptir, bu da üç mikrometreden daha az bir hassasiyete dönüşür: 50 milimetreden fazla hareket, Thor Lab'ın gelişmiş konumlandırma teknolojisi yazılımını kullanarak aşamaların hareketlerini kontrol eder. Yazılım, hem şeffaf hem de sıkıştırmanın frekans ve genlik yük parametrelerini bağımsız ve eş zamanlı olarak ayarlamak için step motoru kontrol eder. Daha sonra, platin ile yapılar arasındaki teması tespit etmek ve yükleme tepkilerini değerlendirmek için gerekli kuvvet geri bildirimini sağlamak için yükleme platini ile hareketli platform arasına minyatür beş kiloluk bir yük hücresi yerleştirin.

Yük hücresinin %0,15 ila %0,25 tam ölçek gibi yüksek doğruluklara sahip olduğundan ve yük hücresinin görüntüleme biriminin, bilgisayarda veri toplamaya izin vermek için bir RS 2 32 bağlantı noktasına sahip olduğundan emin olun. Numuneleri 24 oyuklu bir plakanın oyukları içinde hareketsiz hale getirmek için, 1,5 milimetre ara parçalı bir jel döküm sistemi kullanarak 1,5 milimetre kalınlığında bir aros jeli için bir kalıp hazırlayın. Birleştirildikten sonra, iki cam plaka arasına %4'lük bir aros çözeltisi dökün ve karışımın soğumasını bekleyin.

Ardından üst plakayı çıkarın ve agro levhadan 16 milimetre çapında bir diski delin. Her biri için, her diskte iyi bir numune alın, numunenin yerleştirilmesi için bir delik açın. Tamamlanan diskleri 24 oyuklu bir plakanın kuyularına yerleştirin.

Daha sonra jel tutucuların her birine 2.25 milimetre kalınlığında, beş milimetre çapında doku yapılarına bastırın. Numune, her bir aeros tutucunun üstünden çıkıntı yapmalıdır. Daha sonra, her bir oyuğa 1,5 mililitre kültür ortamı ekleyin ve kapağı değiştirin.

Ardından, numune yükleme zamanı gelene kadar plakayı tekrar inkübatöre yerleştirin. Doku yapılarının mekanik olarak yüklenmesine başlamak için, alüminyum plakayı yük hücresine sabitleyin ve her zaman dikey aşamaya steril bir platin tertibatı takın. Alet arızasını önlemek için inkübatör, düşük nem koşullarında çalıştırılmalıdır.

Ardından, step motor denetleyicisini ve bilgisayarı açın. Gelişmiş konumlandırma teknolojisi kullanıcı programını açın ve her iki ekrandaki grafik kontrol sekmesine gidin. Her iki step motoru da en üst ve en sağ konum olarak tanımlanan sıfır konumuna göndermek için ana sayfa sıfır düğmesine basın.

Mekanik yükleme sırasında taşmayı önlemek için her bir kuyucuktan bir miktar ortam çıkararak numuneleri yüklemeye hazırlayın. Daha sonra 24 oyuklu plakayı biyoreaktöre yerleştirin ve dört ayarlanabilir kinematik konumlandırıcı kullanarak plakayı platin ile dikkatlice hizalayın, plakayı hizaladığınızdan emin olun. Grafik kontrol sekmesinde biyoreaktör tabanının ön tarafı ile yıkayın.

Manuel olarak iyi. Yatay olarak hareket ettirmek için konum kutusuna tıklayarak hizalamayı ayarlayın. Plaka, plakanın oyukları ile hizalandığında, numunelerle ilk temas edene kadar plakayı indirmeye başlayın.

Başlangıç konumuna ulaşıldığında, hareket sıralayıcı sekmesine gidin ve yükle'ye basarak istediğiniz hareket sırasını yükleyin veya bu videoya eşlik eden metin protokolünde açıklandığı gibi kendi programınızı oluşturun. Sonraki basın çalıştır Programı başlatmak için. Yazılım, motorları numunelere istenen şartlandırma rejimini uygulayacak şekilde yönlendirecektir.

Program bittiğinde, doku kültürü plakasının üstünü temizleyecek şekilde plakayı manuel olarak kaldırın. Ardından 24 tekerlek plakasını biyoreaktörden çıkarın ve ortamı değiştirin. Son olarak, platini yük hücresinden dikkatlice çıkarın ve ardından aletleri kapatın.

Bu videoda açıklanan çift eksenli biyoreaktörün kullanımı, doku mühendisliği yapıları içindeki hücreler tarafından salgılanan glikozaminoglikanlar ve kollajen miktarı üzerinde önemli bir etkiye sahipti. Şartlandırma, haftada beş gün, günde üç saat, bir hertz'de %10 sıkıştırma gerilimi ve %5 kesme gerilimi ile gerçekleştirildi. Kültürde 30 gün sonra, yükleme ile maruz kalınan kondrositler tarafından salgılanan gliko Amin, glikanlar ve kollajen miktarı, kontrol örneklerinden önemli ölçüde daha yüksekti Tek eksenli yükleme, glikosemi glikanlarının miktarını sadece önemli ölçüde artırdı.

Ek olarak, çift eksenli yükleme daha kalın yapılar oluşturdu, ancak yapıların esnekliği üzerinde hiçbir etki göstermedi. Bu dozlama protokolü çağrısı kullanılarak, 30 günlük şartlandırma ve kültürün ardından, doku yapılarının kesitleri, mavi safran ve o ve tip iki kollajen dahil olmak üzere tipik kıkırdak belirteçleri ile boyandı. Üç farklı grup, koşullandırma yok, tek eksenli yükleme ve çift eksenli yükleme içerir.

Tüm gruplar alium Blue ve Saffron ve O için pozitif boyama gösterirken, bixi yüklü numuneler, yüksüz ve tek eksenli yüklenmiş numunelere kıyasla artan miktarda tip iki kollajen gösterir. Bu videoyu izledikten sonra, doku mühendisliği yapılarının geliştirilmesinde tek eksenli veya çift eksenli yüklerin nasıl uygulanacağını iyi anlamış olmalısınız.