이 프로토콜은 생물학적 조직을 자극하는 데 사용되는 전기 및 자기 자극기를 모두 구축하는 단계별 프로세스를 설명합니다. 이 프로토콜에는 전산 전기 및 자기장을 시뮬레이션하고 자극기 장치의 제조를 위한 지침이 포함되어 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
전기장(EF)과 자기장(MF)은 조직 공학에 의해 확산, 이주, 분화, 형태학 및 분자 합성과 같은 세포 역학을 개선하는 데 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 자극 강도와 자극 시간 변수는 세포, 조직 또는 비계중 하나를 자극할 때 고려될 필요가 있다. EF와 MF가 세포 반응에 따라 달라지는 것을 감안할 때, 생물학적 샘플을 자극하기 위해 적절한 생체 물리학 자극을 생성하는 장치를 구축하는 방법은 불분명합니다. 사실, 생물 물리학 자극이 적용될 때 계산 및 분포에 관한 증거의 부족이 있습니다. 이 프로토콜은 EF 및 MF를 생성하고 생물학적 샘플 안팎의 생물 물리학 자극 분포를 예측하는 계산 방법론의 구현을 위한 장치의 설계 및 제조에 중점을 두습니다. EF 장치는 생물학적 배양의 상단과 하단에 위치한 두 개의 병렬 스테인리스 스틸 전극으로 구성되었다. 전극은 60kHz에서 전압(50, 100, 150 및 200 Vp-p)을 생성하기 위해 발진기에 연결되었습니다. MF 장치는 60Hz에서 전류(1A) 및 전압(6V)을 생성하기 위해 변압기로 동력화된 코일로 구성되었다. 코일 한가운데에 있는 생물학적 배양을 찾기 위해 폴리메틸 메타크릴레이트 지원이 구축되었습니다. 계산 시뮬레이션은 생물학적 조직의 내부 와 외부의 EF및 MF의 균일 한 분포를 해명. 이 계산 모델은 전압, 주파수, 조직 형태학, 잘 플레이트 유형, 전극 및 코일 크기와 같은 매개 변수를 수정하여 세포 반응을 달성하기 위해 EF 및 MF를 추정할 수 있는 유망한 도구입니다.
서론
EF 및 MF는 세포 역학을 수정하여 조직1의세포외 매트릭스와 관련된 주요 분자의 증식 및 증가 합성을 자극하는 것으로 나타났습니다. 이러한 생물 물리학 자극은 특정 설정 및 장치를 사용하여 다른 방법으로 적용 될 수있다. EF를 생성하는 장치에 관해서는, 직접 결합 자극기는 시험관내의 생물학적 샘플과 접촉하거나 생체 내 환자 및 동물의 조직에 직접 이식되는 전극을사용한다. 그러나, 접촉중인 전극에 의한 생체 적합성 부족, pH 및 분자 산소 수준1의변화 등 여전히 제한및 결함이 있다. 반대로 간접 커플링 장치는 생물학적 샘플3과병행하여 배치되는 두 전극 사이에 EF를 생성하여 비침습적 대체 기술을 통해 생물학적 샘플을 자극하고 조직과 전극 간의 직접적인 접촉을 피할 수 있습니다. 이러한 유형의 장치는 환자에게 최소한의 침입으로 절차를 수행하기 위해 미래의 임상 응용 프로그램으로 추정될 수 있습니다. MF를 생성하는 장치와 관련하여 유도 결합 자극기는 세포 배양4,5주위에 위치한 코일을 통해 흐르는 시간 변화전류를 생성....
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프로토콜
1. EF 및 MF 시뮬레이션
참고: COMSOL 멀티물리학에서 EF 및 MF의 시뮬레이션이 수행되었습니다.
- 축선 2D 구성을 선택하여 도메인 전기 및 자기 를 모두 나타냅니다.
- 물리 구성에서 전류 인터페이스를 선택하여 병렬 전극으로 EF를 계산하거나 자기장 인터페이스를 선택하여 코일 주위의 MF를 계산합니다.
- 스터디 구성에서 주파수 도메인을 선택하여 하나 또는 여러 주파수에 대해 고조파 흥분을 받는 선형 또는 선형화된 모델의 응답을 계산합니다.
- 인터페이스 내부에 들어가모델 빌드를 시작하면 관심 모델에 따라 다음 단계를 따르십시오.
- EF용 모델 구축
- 형상을 만듭니다. 모델 빌더에서 형상을 선택합니다. 그런 다음 단위 섹션을 찾아 mm을 선택합니다. 형상 도구 모음에서 사각형을 선택하고 사각형 창 설정의 크기 및
- EF용 모델 구축
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결과
전산 시뮬레이션
EF 및 MF의 분포는 그림 3에표시됩니다. 한편으로는 정전용량 시스템에서 EF의 균일분포를 관찰할 수있었다(도 3A). EF는 생물학적샘플(도 3B)내의필드의 크기를 자세히 관찰하도록 플롯하였다. 이 시뮬레이션은 전극의 크기를 파라메트화하고 에지 효과를 피하기 위해 이를 제조하는 데 유용했습니다. 한편, 솔레노이드 코일(그림3C)에의해 생성된 MF의 균일한 분포를 관찰할 수 있었다. MF는 코일 내부의 필드의 크기를 자세히 관찰하도록 플롯되었다(도3D). 이 시뮬레이션은 MF가 동일한 거리를 측정하고 PMMA 지원을 빌드하는 데 중요한 것이었습니다. 이러한 지원은 코일의 중심뿐만 아니라 자극되는 생물학적 샘플에서.......
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토론
인간 조직에 영향을 미치는 다른 병리를 치유하는 데 사용되는 치료법은 약리요법32 또는 외과 적 개입33이며,이는 현지에서 통증을 완화하거나 영향을받는 조직을 각병 또는 이식으로 대체하려고합니다. 최근에는 자가세포치료제가 환자로부터 분리되고 시험외기술을 통해 증축된 부상조직을 치료하는 대체 요법으로 제안되고있다(34). 자가 세포 치료가 조직 회복에 직접적인 영향을 미친다는 것을 감안할 때, 이 기술의 효과를 높이기 위해 다른 전략이 개발되었습니다. 예를 들어, 생체 물리학 자극은 비침습적 대체 요법으로 사용되어 여러 유형의 생물학적 시료를 자극하고 세포 증식 및 분자합성(35,36)을개선하여 세포 기능을 조절한다. 가장 많이 사용되는 생물 물리 자극 중, 전기 자극 및 자기 요법은 세포, 조직 이.......
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공개 사항
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
감사의 글
저자는 "폰도 나시오날 드 피난시아미엔토 파라 라 시엔시아, 라 Tecnología, y la Innovación -폰도 프란시스코 호세 드 칼다스 - 민시엔시아스"와 유니버시다드 나시오날 드 콜롬비아 보조금을 통해 80740-290-2020 및 발팀 테크에 의해 받은 지원 - 비디오 의 판에서 장비와 기술 지원을 제공하기위한 연구 및 혁신.
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재료
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| Electrical stimulator | |||
| Operational amplifier | Motorola | LF-353N | ---- 수량: 1 |
| 저항기 | -------- | 22 kΩ 수량: 1 | |
| 저항기 | ---- | ---- | 10 kΩ 수량: 3 |
| 저항기 | ---- | ---- | 2.6 kΩ 수량: 2 |
| 저항기 | -------- | 2.2 kΩ 수량: 1 | |
| 저항기 | ---- | ---- | 1 kΩ 수량: 1 |
| 저항기 | -------- | 220 Ω 수량: 2 | |
| 저항기 | ---- | ---- | 22 Ω 수량: 5 |
| 저항기 | -------- | 10 Ω 수량: 1 | |
| 저항기 | -------- | 6.8 Ω 수량: 1 | |
| 저항기 | -------- | 3.3 Ω 수량: 2 | |
| 폴리에스테르 커패시터 | -------- | 1 nF 수량: 2 | |
| 폴리에스테르 커패시터 | -------- | 100 nF 수량: 1 | |
| VHF 대역 증폭기 트랜지스터 JFET | Toshiba | 2SK161 | ---- 수량: 1 |
| 파워 트랜지스터 BJT NPN | Mospec | TIP 31C | ---- 수량: 1 |
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| Cooper wire | Greenshine | ---- | AWG – 24 수량: |
| 1 Relimate 헤더와 여성 하우징 | ADAFRUIT | ---- | 8 핀 커넥터 수량: |
| 1 Relimate 헤더와 여성 하우징 | ADAfruit---- | 2 핀 커넥터 수량: 1 | |
| 여성 플러그 단자 커넥터 | JIALUN | ----4mm 랜턴 플러그 (플러그 + 소켓) 15 A 수량: 1 | |
| 알루미늄 히트 싱크 | AWIND | TIP 31C 트랜지스터 수량: 1 | |
| LED | CHANZON---- | 5 mm red 수량: | |
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| 전극 | ---- | ---- | 스테인레스 – 스틸 수량: 2 |
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참고문헌
- Balint, R., Cassidy, N. J., Cartmell, S. H. Electrical Stimulation: A Novel Tool for Tissue Engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews. 19 (1), 48-57 (2013).
- Ercan, B., Webster, T. J. The effect of biphasic electrical....
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재인쇄 및 허가
