의 순환 압력 생물 반응기 설계 예 VIVO 학습
Summary
생리학 및 병리 학적 압력 조건에 심장 밸브 조직을 쓰는 수있는 순환 압력 생물 반응기는 설계되었습니다. LabVIEW 프로그램은 사용자가 압력 크기, 진폭 및 주파수를 제어할 수 있습니다. 이 장치는 심장 밸브 조직이나 격리 세포의 mechanobiology을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.
Abstract
좌심실과 대동맥 사이에 대동맥 밸브, 뇌실에 역류 방지, 단방향 혈액의 흐름을 허용합니다. 대동맥 밸브 전단지는 세포외 매트릭스 (ECM) 내에 정지 및 내피 세포 monolayer로 채워져 있습니다 침입형 세포로 구성되어 있습니다. 밸브는 거칠고, 역동적인 환경을 withstands하고 지속적으로 전단, 굴곡, 인장 및 압축에 노출됩니다. 연구 내피 중단하거나 중간 매트릭스 손상 1-3의 결과로 높은 기계적 응력 영역에서 발생하는 질병 밸브에 calcific 병변을 보이지 않고있다. 따라서, 그것은 역학 연구 대동맥 밸브 질환 4 발병의 주요 위험 요인으로 고혈압을 보여준 것은 놀라운 일이 아니다.
밸브 질환에 대해 현재 사용할 수있는 유일한 치료 방법은 bioprosthetic 또는 기계적 밸브 5 낡고 밸브의 수술 대신합니다. 물리적 스트레스에 대한 응답으로 밸브 생물학의 개선 이해 밸브 pathogenesis의 메커니즘을 명료하게하다 도움이 될 것이다. 차례로,이 같은 제약 개입이나 방지와 같은 비침습 요법의 개발에 도움을 줄 수 있습니다. 여러 bioreactors는 이전에 다음 ID로 기본 설계 또는 심장 밸브 6-9의 mechanobiology을 연구하기 위해 개발되었습니다. 타악기 bioreactors 또한 연골 10 골 11 방광을 포함하여 12 조직의 범위를 연구하기 위해 개발되었습니다. 이 작품의 목적은 증가 압력 하중에 대동맥 밸브 전단지의 생물 학적 반응을 명료하게하다하는 데 사용할 수있는 순환 압력 시스템을 개발하는 것이었습니다.
이 시스템은 샘플을 장소와 순환 압력, 압력 사이클의 타이밍을 제어하는 viton의 격막 솔레노이드 밸브, 전기 장치를 제어하는 컴퓨터를 생산하는 아크릴 챔버로 구성되어. 압력은 압력 변환기를 사용하여 모니터링할 있었고, 신호는 부하 셀 컨디셔너를 사용하는 시설되었다. LabVIEW 프로그램은 적절한 속도로 시스템에 압축 공기를 펌프하는 아날로그 장치를 사용하여 압력을 규제. 시스템은 대동맥 밸브와 연결된 동적 transvalvular 압력 수준을 했었, 소우 치아 파의 밸브 개방을 묘사한 날카로운 압력 강하 다음 음절 연장 기간 동안 밸브에 걸쳐 존재하는 transvalvular 압력 구배의 전형적인 압력의 점진적 증가, 생산 수축기. LabVIEW 프로그램은 사용자가 주기적 압력의 크기와 주파수를 제어할 수있었습니다. 시스템은 생리와 병리 학적 압력 조건에 조직 샘플을 대상 수있었습니다. 이 장치는 심장 밸브가 로컬 기계 환경의 변화에 대응하는 우리의 이해를 높이기 위해 사용할 수 있습니다.
Protocol
Discussion
압력 시스템은 성공적으로 diastolic transvalvular 압력을 대표했다 순환 압력에 대동맥 밸브 전단지를 노출. 압력은 40 mmHg로 감소 그러나, 그것은 수축기 transvalvular 압력을 모방 수 없습니다. Transvalvular 압력은 오름차순 대동맥의 압력과 좌심실 사이의 차이입니다. 심장 확장하는 동안, 밸브가 닫힐 때, 압력 차이가 normotensive 조건 90 mmHg 이하 80mmHg이며 무대 II의 고혈압은 각각 단계 100mmHg. 수축기 동안, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 원고를 준비하여 시스템 및 지원 Valtresa의 마일즈의 설계 및 제조와 그들의 도움을 쉐그 Schipke, 다니엘 체서에게 감사하고 있습니다.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
|---|---|---|---|
| DMEM | Sigma | D5671 | |
| Dulbecco’s PBS | Sigma | D5652 | |
| Anti-mycotic/antibiotic solution | Sigma | A5955 | |
| Fetal Bovine Serum | ThermoScientific | SH30070 | |
| Viton diaphragm solenoid valves | McMaster Carr | 4868K11 | |
| Pressure Transducer | Omega Engineering, Inc. | PX302-200GV | |
| Load cell conditioner | Encore Electronics, Inc. | 4025-101 | |
| Data Acquisition (DAQ) Module | Measurement Computing | PMD1608 |
References
- 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. Cause of degenerative disease of the trileaflet aortic valve: review of subject and presentation of a new theory. Ann Thorac Surg. 73, 1346-1354 (2002).
- Thubrikar, M. J., Aouad, J., Nolan, S. P. Patterns of calcific deposits in operatively excised stenotic or purely regurgitant aortic valves and their relation to mechanical stress. Am J Cardiol. 58, 304-308 (1986).
- Agno, F. S., Chinali, M., Bella, J. N., Liu, J. E., Arnett, D. K., Kitzman, D. W. Aortic valve sclerosis is associated with preclinical cardiovascular disease in hypertensive adults: the Hypertension Genetic Epidemiology Network study. J Hypertens. 23, 867-8673 (2005).
- Cawley, P. J., Otto, C. M. Prevention of calcific aortic valve stenosis – fact or fiction. Annals of Medicine. 41, 100-108 (2009).
- Durst, C. A., Grande-Allen, J. K. Design and physical characterization of a synchronous multivalve aortic valve culture system. Ann Biomed Eng. 38, 319-3125 (2010).
- Engelmayr, G. C., Soletti, L., Vigmostad, S. C., Budilarto, S. G., Federspiel, W. J., Chandran, K. B. A novel flex-stretch-flow bioreactor for the study of engineered heart valve tissue mechanobiology. Ann Biomed Eng. 36, 700-712 (2008).
- Sucosky, P., Padala, M., Elhammali, A., Balachandran, K., Jo, H., Yoganathan, A. P. Design of an ex vivo culture system to investigate the effects of shear stress on cardiovascular tissue. J Biomech Eng. 130, 035001-03 (2008).
- Syedain, Z. H., Tranquillo, R. T. Controlled cyclic stretch bioreactor for tissue-engineered heart valves. Biomaterials. 30, 4078-4084 (2009).
- Lagana, K., Moretti, M., Dubini, G., Raimondi, M. T. A new bioreactor for the controlled application of complex mechanical stimuli for cartilage tissue engineering. Proc Inst Mech Eng H. 222, 705-715 (2008).
- Wartella, K. A., Wayne, J. S. Bioreactor for biaxial mechanical stimulation to tissue engineered constructs. J Biomech Eng. 131, 044501-044501 (2009).
- Wallis, M. C., Yeger, H., Cartwright, L., Shou, Z., Radisic, M., Haig, J. Feasibility study of a novel urinary bladder bioreactor. Tissue Eng Part A. 14, 339-348 (2008).
- Butcher, J. T., Nerem, R. M. Valvular endothelial cells regulate the phenotype of interstitial cells in co-culture: effects of steady shear stress. Tissue Eng. 12, 905-915 (2006).
- Metzler, S. A., Pregonero, C. A., Butcher, J. T., Burgess, S. C., Warnock, J. N. Cyclic Strain Regulates Pro-Inflammatory Protein Expression in Porcine Aortic Valve Endothelial Cells. J Heart Valve Dis. 17, 571-578 (2008).
- Schipke, K. J. . Design of a cyclic pressure bioreactor for the ex vivo study of aortic heart valve mechanobiology. , (2008).
- Smith, K. E., Metzler, S. A., Warnock, J. N. Cyclic strain inhibits acute pro-inflammatory gene expression in aortic valve interstitial cells. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. , (2009).
- Warnock, J. N., Burgess, S. C., Shack, A., Yoganathan, A. P. Differential immediate-early gene responses to elevated pressure in porcine aortic valve interstitial cells. J Heart Valve Dis. 15, 34-41 (2006).
- Brathwaite, D., Weissman, C. The new onset of atrial arrhythmias following major noncardiothoracic surgery is associated with increased mortality. Chest. 114, 462-468 (1998).
- Walsh, S. R., Oates, J. E., Anderson, J. A., Blair, S. D., Makin, C. A., Walsh, C. J. Postoperative arrhythmias in colorectal surgical patients: incidence and clinical correlates. Colorectal Dis. 8, 212-216 (2006).
- Walsh, S. R., Tang, T., Gaunt, M. E., Schneider, H. J. New arrhythmias after non-cardiothoracic surgery. BMJ. 7, 333-333 (2006).
- Walsh, S. R., Tang, T., Wijewardena, C., Yarham, S. I., Boyle, J. R., Gaunt, M. E. Postoperative arrhythmias in general surgical patients. Ann R Coll Surg Engl. 89, 91-95 (2007).
