Conception d'un bioréacteur pour la pression cyclique Ex Vivo Étude des valves cardiaques aortiques
Summary
Un bioréacteur pression cyclique capable de soumettre des tissus de valves cardiaques à des conditions de pression physiologique et pathologique a été conçu. Un programme LabVIEW permet aux utilisateurs de contrôler l'ampleur de pression, l'amplitude et la fréquence. Ce dispositif peut être utilisé pour étudier la mécanobiologie des tissus de valves cardiaques ou des cellules isolées.
Abstract
La valve aortique, situé entre le ventricule gauche et l'aorte, permet la circulation sanguine unidirectionnelle, en prévenant le refoulement dans le ventricule. Des tracts de la valve aortique sont composés de cellules interstitielles en suspension dans une matrice extracellulaire (MEC) et sont bordées d'une monocouche de cellules endothéliales. La vanne résiste à un environnement difficile et dynamique et est constamment exposée à de cisaillement, de flexion, la tension et de compression. La recherche a montré des lésions calcifiées dans les valves malades se produisent dans les zones de fortes contraintes mécaniques en raison de perturbations ou dommages endothéliales matrice interstitielle 1-3. Par conséquent, il n'est pas surprenant que les études épidémiologiques ont montré une pression artérielle élevée est un facteur de risque important dans l'apparition de la maladie de valve aortique 4.
La seule option de traitement actuellement disponibles pour la maladie de valve est le remplacement chirurgical de la valve malade par une valve mécanique ou bioprothèse 5. Une meilleure compréhension de la biologie de soupape en réponse à des stress physiques aiderait élucider les mécanismes de la pathogenèse de la vanne. En retour, cela pourrait aider dans le développement de thérapies non invasives telles que l'intervention pharmaceutique ou de prévention. Bioréacteurs Plusieurs ont déjà été développés pour étudier la mécanobiologie des valves cardiaques natives ou conçu 6-9. Bioréacteurs pulsatile ont également été développées pour étudier une gamme de tissus, y compris le cartilage 10, 11 os et de la vessie 12. Le but de ce travail était de développer un système de pression cyclique qui pourrait être utilisée pour élucider la réponse biologique de tracts de la valve aortique à des charges de pression accrue.
Le système se composait d'une chambre d'acrylique dans lequel placer des échantillons et de produire une pression cyclique, vannes à membrane viton électrovannes pour contrôler la synchronisation du cycle de pression, et un ordinateur pour contrôler des appareils électriques. La pression a été contrôlée à l'aide d'un transducteur de pression, et le signal a été conditionné à l'aide d'un conditionneur cellule de charge. Un programme LabVIEW réglementées utilisant la pression d'un périphérique analogique à la pompe à air comprimé dans le système au taux approprié. Le système a imité les niveaux dynamiques de pression transvalvulaire associés à la valve aortique, une vague en dents de scie produit une augmentation progressive de la pression, typique du gradient de pression transvalvulaire qui est présent à travers la vanne pendant la diastole, suivie d'une forte chute de pression représentant ouverture de la vanne de systole. Le programme LabVIEW permet aux utilisateurs de contrôler l'ampleur et la fréquence de la pression cyclique. Le système a été en mesure de soumettre des échantillons de tissus à des conditions de pression physiologique et pathologique. Ce dispositif peut être utilisé pour accroître notre compréhension de la façon dont les valves cardiaques de réagir aux changements dans l'environnement local mécanique.
Protocol
Discussion
Le système de pression avec succès exposés tracts valve aortique à des pressions cycliques qui sont représentatifs de la pression diastolique transvalvulaire. Toutefois, il n'a pas été capable d'imiter la pression systolique transvalvulaire, comme la seule pression a chuté à 40 mmHg. Pression transvalvulaire est la différence entre la pression dans l'aorte ascendante et le ventricule gauche. Pendant la diastole, lorsque le clapet est fermé, la différence de pression est 80mmHg dans des conditions…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs sont reconnaissants à Shad Schipke et Daniel Chesser pour leur aide à la conception et la fabrication du système et Myles Valtresa de l'aide pour la préparation du manuscrit.
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 |
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