Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

The Warren Alpert Brown Medical School of Brown University and the Rhode Island Hospital

VA Medical Center, Providence, RI

A novel wavy-walled bioreactor designed to enhance mixing at controlled shear stress levels was used to culture chondrocytes in suspension. Chondrocyte aggregation in suspensions mixed at 30, 50, and 80 rpm was characterized in the wavy-walled bioreactor and compared with that in conventional smooth-walled and baffled-walled spinner flask bioreactors. Aggregation was characterized in terms of the percentage of cells that aggregated over time, and aggregate size changes over time. The kinetics of chondrocyte aggregation observed in the bioreactors was composed of two phases: early aggregation between 0 and 2 h of culture, and late aggregation between 3 and 24 h of culture. At 50 rpm, the kinetics of early aggregation in the wavy-walled bioreactor was approximately 25% and 65% faster, respectively, than those in the smooth-walled and baffled-walled spinner flask bioreactors. During the late aggregation phase, the kinetics of aggregation in the wavy-walled bioreactor were approximately 45% and 65% faster, respectively, than in the smooth-walled and baffled-walled spinner flasks. The observed improved kinetics of chondrocyte aggregation was obtained at no cost to the cell survival rate. Results of computerized image analysis suggest that chondrocyte aggregation occurred initially by the formation of new aggregates via cell-cell interactions and later by the joining of small aggregates into larger cell clumps. Aggregates appeared to grow for only a couple of hours in culture before reaching a steady size, possibly determined by limitations imposed by the hydrodynamic environment. These results suggest that the novel geometry of the wavy-walled bioreactor generates a hydrodynamic environment distinct from those traditionally used to culture engineered cartilage. Such differences may be useful in studies aimed at distinguishing the effects of the hydrodynamic environment on tissue-engineered cartilage. Characterizing the wavy-walled bioreactor's hydrodynamic environment and its effects on cartilage cell/tissue culture can help establish direct relationships between hydrodynamic forces and engineered tissue properties.

Increased rate of chondrocyte aggregation in a wavy-walled bioreactor.

Un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es roman con&ccedil;u pour am&eacute;liorer le m&eacute;lange &agrave; des niveaux de contrainte de cisaillement contr&ocirc;l&eacute;e a &eacute;t&eacute; utilis&eacute; pour la culture de chondrocytes en suspension. Agr&eacute;gation de chondrocytes dans les suspensions m&eacute;lang&eacute; &agrave; 30, 50 et 80 t/mn a &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute;e dans le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es et compar&eacute;e &agrave; celui dans des bior&eacute;acteurs flacon conventionnel spinner &agrave; parois lisses et aux parois plus d&eacute;concert&eacute;s. L&#39;agr&eacute;gation a &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute;e en termes de pourcentage de cellules agr&eacute;g&eacute;es au fil du temps, et taille des granulats change avec le temps. La cin&eacute;tique de l&#39;agr&eacute;gation de chondrocytes observ&eacute;e dans les bior&eacute;acteurs &eacute;tait compos&eacute;e de deux phases : agr&eacute;gation pr&eacute;coce entre 0 et 2 h de culture et l&#39;agr&eacute;gation fin entre 3 et 24 h de culture. &Agrave; 50 tr/min, la cin&eacute;tique d&#39;agr&eacute;gation au d&eacute;but dans le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es &eacute;tait d&#39;environ 25 % et 65 % rapide, respectivement, que ceux dans les bior&eacute;acteurs de fiole spinner &agrave; parois lisses et aux parois plus d&eacute;concert&eacute;s. Au cours de la phase tardive de l&#39;agr&eacute;gation, la cin&eacute;tique d&#39;agr&eacute;gation dans le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es &eacute;taient environ 45 % et 65 % sup&eacute;rieure, respectivement, dans des flacons des fileuse &agrave; parois lisses et aux parois plus d&eacute;concert&eacute;s. La cin&eacute;tique observ&eacute;e am&eacute;lior&eacute;e des chondrocytes agr&eacute;gation a &eacute;t&eacute; obtenue sans frais pour le taux de survie des cellules. R&eacute;sultats d&#39;analyse d&#39;image informatis&eacute;e sugg&egrave;rent que l&#39;agr&eacute;gation chondrocyte est produite initialement par la formation d&#39;agr&eacute;gats de nouveau via des interactions cellule-cellule, puis par le rattachement de petits agr&eacute;gats en gros agr&eacute;gats de cellules. Agr&eacute;gats semblaient grandir pendant seulement quelques heures dans la culture avant d&#39;atteindre une taille r&eacute;guli&egrave;re, probablement d&eacute;termin&eacute;e par les limites impos&eacute;es par l&#39;environnement hydrodynamique. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que la nouvelle g&eacute;om&eacute;trie du bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es g&eacute;n&egrave;re un environnement hydrodynamique distinct de celles traditionnellement utilis&eacute;es pour la culture d&#39;ing&eacute;nierie du cartilage. Ces diff&eacute;rences peuvent &ecirc;tre utiles dans les &eacute;tudes visant &agrave; distinguer les effets de l&#39;environnement hydrodynamique sur tissulaire du cartilage. Caract&eacute;riser l&#39;environnement hydrodynamique du bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es et ses effets sur la culture de cellules/tissus cartilagineux peut aider &agrave; &eacute;tablir des relations directes entre les forces hydrodynamiques et propri&eacute;t&eacute;s de l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire.

Augmentation du taux d&#39;agr&eacute;gation des chondrocytes dans un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es.

Un romanzo bioreattore con pareti ondulate, progettato per migliorare la miscelazione a livelli di sollecitazione di taglio controllata &egrave; stato utilizzato per coltura di condrociti in sospensione. Aggregazione di condrociti in sospensioni miscelati a 30, 50 e 80 giri era caratterizzata nel bioreattore con pareti ondulate e confrontato con quello in bioreattori pallone convenzionale spinner con pareti lisce e pareti sconcertato. Aggregazione &egrave; stata caratterizzata in termini di percentuale di cellule aggregate nel corso del tempo, e pezzatura cambia nel tempo. La cinetica di aggregazione di condrociti osservata nei bioreattori era composto da due fasi: prima aggregazione tra 0 e 2 h di cultura e tardo aggregazione tra 3 e 24 h della cultura. A 50 rpm, la cinetica di aggregazione precoce nel bioreattore con pareti ondulate era circa il 25% e il 65%, rispettivamente, pi&ugrave; veloce quelli in bioreattori a pallone i filatore con pareti lisce e pareti sconcertato. Durante la tarda fase di aggregazione, la cinetica di aggregazione nel bioreattore con pareti ondulate erano circa il 45% e 65%, rispettivamente, pi&ugrave; veloce i palloni spinner con pareti lisce e pareti sconcertato. Osservato migliorata cinetica di aggregazione di condrociti &egrave; stata ottenuta senza alcun costo per il tasso di sopravvivenza delle cellule. Risultati di analisi di immagine computerizzata suggeriscono che aggregazione di condrociti inizialmente verificato dalla formazione di nuovi aggregati tramite interazioni cellula-cellula e successivamente dall&#39;Unione di piccoli aggregati in grandi ciuffi di cella. Aggregati &egrave; apparso a crescere solo un paio d&#39;ore nella cultura prima raggiungendo una dimensione costante, possibilmente determinata dalle limitazioni imposte dall&#39;ambiente idrodinamico. Questi risultati suggeriscono che la geometria romanzo del bioreattore con pareti ondulate genera un ambiente idrodinamico distinto da quelli tradizionalmente utilizzati per cultura cartilagine ingegnerizzata. Tali differenze possono essere utili negli studi volti a distinguere gli effetti dell&#39;ambiente sulla cartilagine tessutale idrodinamico. Che caratterizzano l&#39;ambiente idrodinamico di bioreattore con pareti ondulate e suoi effetti sulla coltura cellulare/tissutale della cartilagine pu&ograve; aiutare a stabilire relazioni dirette tra le forze idrodinamiche e le propriet&agrave; dei tessuti ingegnerizzati.

Aumento della frequenza di condrociti aggregazione in un bioreattore con pareti ondulate.

Un biorreactor de paredes onduladas novedoso dise&ntilde;ado para mejorar la mezcla en los niveles de tensi&oacute;n de esquileo controlados se utiliz&oacute; para cultivo de condrocitos en suspensi&oacute;n. Agregaci&oacute;n de condrocitos en suspensiones mezclado en 30, 50 y 80 rpm fue caracterizada en el biorreactor de paredes onduladas y con respecto a Biorreactores de matraz spinner convencional de paredes lisas y de paredes desconcertado. Agregaci&oacute;n fue caracterizada en t&eacute;rminos de porcentaje de c&eacute;lulas que se agregan con el tiempo, y tama&ntilde;o agregado cambia con el tiempo. La cin&eacute;tica de la agregaci&oacute;n de condrocitos observada en los biorreactores se compone de dos fases: temprana agregaci&oacute;n entre 0 y 2 h de la cultura y agregaci&oacute;n final entre 3 y 24 h de la cultura. A 50 rpm, la cin&eacute;tica de la agregaci&oacute;n temprana en el biorreactor ondulado paredes fue aproximadamente 25% y un 65% m&aacute;s, respectivamente, que en los biorreactores de matraz de paredes lisas y de paredes desconcertado spinner. Durante la &uacute;ltima fase de agregaci&oacute;n, la cin&eacute;tica de la agregaci&oacute;n en el biorreactor ondulado paredes fueron aproximadamente 45% y 65% m&aacute;s, respectivamente, en los matraces de paredes lisas y de paredes desconcertado spinner. La cin&eacute;tica mejora observada de la agregaci&oacute;n de condrocitos se obtuvo sin costo a la tasa de supervivencia de la c&eacute;lula. Resultados de an&aacute;lisis computarizado de im&aacute;genes sugieren que la agregaci&oacute;n de condrocitos se produjo inicialmente por la formaci&oacute;n de nuevos agregados mediante las interacciones c&eacute;lula-c&eacute;lula y posteriormente por la Uni&oacute;n de peque&ntilde;os agregados en grumos m&aacute;s grandes de la c&eacute;lula. Agregados parec&iacute;an crecer s&oacute;lo un par de horas en la cultura antes de alcanzar un tama&ntilde;o constante, posiblemente determinado por las limitaciones impuestas por el entorno de la hidrodin&aacute;mico. Estos resultados sugieren que la nueva geometr&iacute;a del biorreactor ondulado paredes genera un entorno hidrodin&aacute;mico distinto de los utilizados tradicionalmente a la cultura de ingenier&iacute;a del cart&iacute;lago. Estas diferencias pueden ser &uacute;tiles en estudios destinados a distinguir los efectos del medio ambiente hidrodin&aacute;mico en el cart&iacute;lago tejido-dirigida. Caracterizar el entorno hidrodin&aacute;mico de biorreactor de paredes onduladas y sus efectos sobre la cultura de tejido de la c&eacute;lula del cart&iacute;lago puede ayudar a establecer relaciones directas entre las fuerzas hidrodin&aacute;micas y propiedades de la ingenier&iacute;a del tejido.

Aumento de la frecuencia de la agregaci&oacute;n de condrocitos en un biorreactor ondulado paredes.

The wavy-walled bioreactor (WWB) possesses a novel geometry comprised of walls with sinusoidal waves that mimic baffles in an effort to promote mixing. This geometry provides a unique hydrodynamic environment suitable for the cultivation of mammalian cells and tissues and the investigation of fluid mechanical effects on cell and tissue growth and development. In the present study, mixing in WWB was characterized and compared to that in a conventional spinner flask (SF). The key parameters included in this characterization were mixing time, residence time distribution (RTD), and dissolved oxygen concentration during engineered cartilage tissue cultivation. Factors that influenced mixing in WWB included wave amplitude, agitation rate, and the ratio of the impeller diameter to the tank diameter (D/T). Data obtained from RTD and acid base neutralization studies confirmed the presence of different mixing zones in WWB. A theoretical comparison of WWB to a baffled spinner flask (BSF) using computational fluid dynamics (CFD) modeling predicted that while enhanced mixing was achieved in wavy-walled and BSF bioreactors, the shear stresses applied on tissue constructs were 15% lower in WWB. Improved mixing was achieved in WWB compared to the SF at similar D/T ratios, verified by improved oxygen transport and increased dispersion. However, for lower D/T ratios mixing in WWB was not necessarily improved. This study demonstrated the importance of characterization of mixing by showing the impact of even minor changes in bioreactor geometry and operating conditions.

Characterization of mixing in a novel wavy-walled bioreactor for tissue engineering.

Le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es (WWB) poss&egrave;de une g&eacute;om&eacute;trie originale compos&eacute;e de murs avec des ondes sinuso&iuml;dales qui imitent les chicanes dans le but de promouvoir le m&eacute;lange. Cette g&eacute;om&eacute;trie offre un environnement hydrodynamique unique adapt&eacute; &agrave; la culture de cellules de mammif&egrave;res et de tissus et de l&#39;&eacute;tude des effets de m&eacute;caniques fluides cellulaire et la croissance des tissus et du d&eacute;veloppement. Dans la pr&eacute;sente &eacute;tude, m&eacute;langeant dans WWB a &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute; et par rapport &agrave; celle dans une fiole de spinner classiques (SF). Les param&egrave;tres cl&eacute;s inclus dans cette qualification ont &eacute;t&eacute; m&eacute;langer temps, distribution de temps de r&eacute;sidence (RTD) et la concentration d&#39;oxyg&egrave;ne dissous pendant la culture de tissu cartilagineux machin&eacute;. Facteurs qui ont influenc&eacute; le m&eacute;lange dans WWB incluent l&#39;amplitude de l&#39;onde, taux de l&#39;agitation et le rapport entre le diam&egrave;tre de la roue pour le diam&egrave;tre du r&eacute;servoir (D/T). Donn&eacute;es de RTD et &eacute;tudes de neutralisation de milieu acide base a confirm&eacute; la pr&eacute;sence de diff&eacute;rentes zones de m&eacute;lange dans WWB. Une comparaison th&eacute;orique de WWB dans une fiole de spinner d&eacute;rout&eacute; (BSF), gr&acirc;ce &agrave; la mod&eacute;lisation de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) a pr&eacute;dit que tandis que le m&eacute;lange am&eacute;lior&eacute; a &eacute;t&eacute; r&eacute;alis&eacute;e en parois ondul&eacute;es et bior&eacute;acteurs BSF, les contraintes de cisaillement appliquent sur tissu constructions &eacute;taient 15 % plus faible chez les WWB. M&eacute;lange am&eacute;lior&eacute; a &eacute;t&eacute; atteint en WWB par rapport &agrave; la SF &agrave; des ratios similaires D/T, v&eacute;rifi&eacute; par le transport de l&#39;oxyg&egrave;ne am&eacute;lior&eacute; et accrue de dispersion. Toutefois, pour basse D/T ratios de m&eacute;lange dans WWB n&#39;&eacute;tait pas n&eacute;cessairement am&eacute;lior&eacute;es. Cette &eacute;tude a d&eacute;montr&eacute; l&#39;importance de la caract&eacute;risation du m&eacute;lange en montrant l&#39;impact des modifications m&ecirc;me mineures en g&eacute;om&eacute;trie bior&eacute;acteur et conditions d&#39;utilisation.

Caract&eacute;risation du m&eacute;lange dans un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es roman pour l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire.

Il bioreattore a parete ondulata (WWB) possiede una geometria romanzo composta da pareti con onde sinusoidali che imitano i deflettori nel tentativo di promuovere la miscelazione. Questa geometria fornisce un unico ambiente idrodinamico adatto per la coltivazione di cellule di mammifero e dei tessuti e l&#39;indagine degli effetti meccanici fluidi su cellule e tessuti crescita e sviluppo. Nel presente studio, miscelazione in WWB era caratterizzata e rispetto a quello in un matraccio da spinner convenzionali (SF). I parametri chiavi inclusi in questa caratterizzazione erano miscelazione tempo, distribuzione del tempo di residenza (RST) e concentrazione dell&#39;ossigeno disciolto durante la coltivazione di tessuti ingegnerizzati cartilagine. Fattori che hanno influenzato la miscelazione in WWB includono ampiezza d&#39;onda, velocit&agrave; di agitazione e il rapporto del diametro della girante al diametro del serbatoio (D/T). Dati ottenuti da studi di neutralizzazione acido base e RTD ha confermato la presenza di diverse zone di mescolamento in WWB. Un confronto teorico di WWB per un pallone sconcertato spinner (BSF) tramite la modellazione fluidodinamica computazionale (CFD) che predisse mentre miscelazione avanzata &egrave; stato raggiunto in pareti ondulate e bioreattori BSF, le sollecitazioni di taglio applicate sul tessuto costrutti erano inferiori in WWB 15%. Migliore miscelazione &egrave; stato ottenuto in WWB rispetto a SF a simili rapporti D/T, verificato da trasporto dell&#39;ossigeno migliorata e aumentata dispersione. Tuttavia, per bassa D/T rapporti di miscelazione in WWB non era necessariamente migliorati. Questo studio ha dimostrato l&#39;importanza della caratterizzazione di miscelazione mostrando l&#39;impatto delle modifiche anche lievi in geometria bioreattore e condizioni operative.

Caratterizzazione di miscelazione in un romanzo con pareti ondulate bioreattore per ingegneria tissutale.

El biorreactor ondulado paredes (WWB) posee una geometr&iacute;a novela compuesta por paredes con ondas sinusoidales que imitan deflectores en un esfuerzo por promover la mezcla. Esta geometr&iacute;a proporciona un ambiente &uacute;nico de hidrodin&aacute;mico apto para el cultivo de c&eacute;lulas de mam&iacute;fero y tejidos y la investigaci&oacute;n de efectos mec&aacute;nicos fl&uacute;idos en celular y el crecimiento del tejido y el desarrollo. En el presente estudio, mezcla de WWB fue caracterizado y comparado en un matraz de ruleta convencional (SF). Los par&aacute;metros clave incluidos en esta caracterizaci&oacute;n se mezclaban tiempo, distribuci&oacute;n de tiempos de residencia (RTD) y la concentraci&oacute;n de ox&iacute;geno disuelto durante el cultivo de tejido de cart&iacute;lago ingenier&iacute;a. Factores que influyeron en mezcla en WWB incluyen el cociente del di&aacute;metro del impulsor con el di&aacute;metro del tanque (D/T), amplitud de onda y velocidad de agitaci&oacute;n. Datos obtenidos de IDT y neutralizaci&oacute;n de base &aacute;cida estudios confirmaron la presencia de diferentes zonas de mezcla en Bo. Una comparaci&oacute;n te&oacute;rica de WWB a un matraz de spinner desconcertado (BSF) utilizando modelos de din&aacute;mica de fluidos computacional (CFD) predijo mientras mezcla mejorada fue alcanzada en paredes onduladas y biorreactores BSF, las tensiones de esquileo aplicaci&oacute;n en construcciones de tejido fueron 15% inferiores en Bo. Mezcla mejorada fue alcanzado en la WWB en comparaci&oacute;n con el SF en similares proporciones de D/T, verificado por el transporte del ox&iacute;geno mejorada y mayor dispersi&oacute;n. Sin embargo, para D/T inferior las proporciones de mezcla en WWB no necesariamente mejor&oacute;. Este estudio demostr&oacute; la importancia de la caracterizaci&oacute;n de la mezcla mostrando el impacto de cambios incluso menores en geometr&iacute;a de biorreactor y condiciones de funcionamiento.

Caracterizaci&oacute;n de la mezcla en un biorreactor novela ondulado paredes para ingenier&iacute;a de tejidos.

Hydrodynamic forces in bioreactors can decisively influence extracellular matrix deposition in engineered cartilage constructs. In the present study, the reduced fluid shear, high-axial mixing environment provided by a wavy-walled bioreactor was exploited in the cultivation of cartilage constructs using polyglycolic acid scaffolds seeded with bovine articular chondrocytes. Increased growth as defined by weight, cell proliferation and extracellular matrix deposition was observed in cartilage constructs from wavy-walled bioreactors in comparison with those from spinner flasks cultured under the same conditions. The wet weight composition of 4-week constructs from the wavy-walled bioreactor was similar to that of spinner flask constructs, but the former were 60% heavier due to equally higher incorporation of extracellular matrix and 30% higher cell population. It is most likely that increased construct matrix incorporation was a result of increased mitotic activity of chondrocytes cultured in the environment of the wavy-walled bioreactor. A layer of elongated cells embedded in type I collagen formed at the periphery of wavy-walled bioreactor and spinner flask constructs, possibly as a response to local shear forces. On the basis of the robustness and reproducibility of the extracellular matrix composition of cartilage constructs, the wavy-walled bioreactor demonstrated promise as an experimental cartilage tissue-engineering vessel. Increased construct growth in the wavy-walled bioreactor may lead to enhanced mechanical properties and expedited in vitro cultivation.

Wavy-walled bioreactor supports increased cell proliferation and matrix deposition in engineered cartilage constructs.

Les forces hydrodynamiques dans des bior&eacute;acteurs peuvent influencer r&eacute;solument d&eacute;p&ocirc;ts de matrice extracellulaire dans les constructions de l&#39;ing&eacute;nierie du cartilage. Dans la pr&eacute;sente &eacute;tude, le cisaillement de fluide r&eacute;duite, haut-axial environnement m&eacute;lange fourni par un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es a &eacute;t&eacute; exploit&eacute;e dans la culture du cartilage des constructions &agrave; l&#39;aide d&#39;&eacute;chafaudages acide polyglycolique, ensemenc&eacute;s avec des chondrocytes articulaires bovines. Croissance accrue tel que d&eacute;fini par le poids, la prolif&eacute;ration cellulaire et les d&eacute;p&ocirc;ts de matrice extracellulaire a &eacute;t&eacute; observ&eacute;e dans les constructions de cartilage de bior&eacute;acteurs &agrave; parois ondul&eacute;es en comparaison avec ceux de flacons de spinner cultiv&eacute;es dans les m&ecirc;mes conditions. La composition en poids humide des constructions de 4 semaines de bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es &eacute;tait semblable &agrave; ce que du ballon fileur de constructions, mais l&#39;ancien &eacute;tait 60 % plus lourd en raison de l&#39;incorporation &eacute;galement plus &eacute;lev&eacute;e de la population de cellules extracellulaire matrice et 30 % plus &eacute;lev&eacute;e. Il est fort probable que construction accrue matrice incorporation est le r&eacute;sultat de l&#39;augmentation de l&#39;activit&eacute; mitotique des chondrocytes cultiv&eacute;s dans l&#39;environnement du bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es. Une couche de cellules allong&eacute;es incorpor&eacute; dans type collag&egrave;ne form&eacute; &agrave; la p&eacute;riph&eacute;rie de bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es et constructions de fiole de spinner, peut-&ecirc;tre en r&eacute;ponse &agrave; locales aux forces de cisaillement. Sur la base de la robustesse et la reproductibilit&eacute; de la composition de la matrice extracellulaire du cartilage des constructions, le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es a d&eacute;montr&eacute; la promesse qu&#39;un navire d&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage exp&eacute;rimentale. Croissance accrue de construction dans le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es peut-&ecirc;tre conduire &agrave; des propri&eacute;t&eacute;s m&eacute;caniques am&eacute;lior&eacute;es et acc&eacute;l&eacute;r&eacute;es de culture in vitro.

Bior&eacute;acteur &agrave; paroi Wavy prend en charge les d&eacute;p&ocirc;ts de prolif&eacute;ration et de la matrice cellulaire accrue dans les constructions de l&#39;ing&eacute;nierie du cartilage.

Forze idrodinamiche in bioreattori possono influenzare decisamente deposizione di matrice extracellulare nei costrutti ingegnerizzati cartilagine. Nel presente studio, il taglio fluido ridotto, alta-assiale miscelazione ambiente fornito da un bioreattore con pareti ondulate &egrave; stata sfruttata nella coltivazione dei costrutti di cartilagine mediante ponteggi acido poliglicolico seminati con condrociti articolari bovina. Aumento della crescita come definito dal peso, proliferazione delle cellule e la deposizione di matrice extracellulare &egrave; stata osservata nei costrutti di cartilagine da bioreattori a parete ondulata rispetto a quelle da palloni spinner coltivate nelle stesse condizioni. La composizione del peso umido dei costrutti di 4 settimane dal bioreattore con pareti ondulate era simile a che del pallone filatore di costrutti, ma l&#39;ex erano pi&ugrave; pesanti a causa di altrettanto maggiore incorporazione della popolazione cellulare extracellulare superiore, matrice e 30% al 60%. &Egrave; pi&ugrave; probabile che costrutto aumentata matrice incorporazione era un risultato di aumento dell&#39;attivit&agrave; mitotica dei condrociti coltivati nell&#39;ambiente del bioreattore con pareti ondulate. Uno strato di cellule allungate incorporato nel tipo I collageno formata alla periferia di bioreattore con pareti ondulate e spinner flask costrutti, possibilmente come risposta al locale forze di taglio. In base alla robustezza e la riproducibilit&agrave; della composizione matrice extracellulare della cartilagine costrutti, il bioreattore con pareti ondulate dimostrato promessa come un vaso di ingegneria tissutale della cartilagine sperimentale. Costrutto di maggiore crescita nel bioreattore con pareti ondulate possa portare a migliorate propriet&agrave; meccaniche e accelerato la coltivazione in vitro.

Wavy-murato bioreattore supporta cellula aumentata proliferazione e matrice di deposizione in costrutti ingegnerizzati cartilagine.

Las fuerzas hidrodin&aacute;micas en biorreactores pueden influir decisivamente en la deposici&oacute;n de la matriz extracelular en construcciones de ingenier&iacute;a del cart&iacute;lago. En el presente estudio, la cizalla l&iacute;quido reducido, alta axial entorno mezcla proporcionado por un biorreactor ondulado paredes fue explotado en el cultivo de cart&iacute;lago construcciones con andamios de &aacute;cido poliglic&oacute;lico sembrados con condrocitos articulares bovina. Mayor crecimiento seg&uacute;n lo definido por peso, proliferaci&oacute;n de la c&eacute;lula y la deposici&oacute;n de la matriz extracelular se observ&oacute; en construcciones de cart&iacute;lago ondulada paredes Biorreactores en comparaci&oacute;n con los de frascos de spinner cultivadas en las mismas condiciones. La composici&oacute;n de peso h&uacute;medo de construcciones de cuatro semanas desde el biorreactor ondulado paredes fue similar al que del matraz hilandero de construcciones, pero los primeros fueron 60% m&aacute;s pesado debido a igualmente mayor incorporaci&oacute;n de poblaci&oacute;n extracelular matriz y un 30% superior de la c&eacute;lula. Es m&aacute;s probable que construir mayor incorporaci&oacute;n de matriz fue consecuencia del aumento de la actividad mit&oacute;tico de los condrocitos cultivados en el entorno del biorreactor ondulado paredes. Una capa de c&eacute;lulas alargadas incrustado en el tipo col&aacute;geno formado en la periferia del biorreactor de paredes onduladas y spinner matraz construcciones, posiblemente como una respuesta a local esquileo fuerzas. Sobre la base de la robustez y la reproducibilidad de la composici&oacute;n de la matriz extracelular del cart&iacute;lago construcciones, el biorreactor ondulado paredes demostrado promesa como un recipiente de ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago experimental. Construcci&oacute;n mayor crecimiento en el biorreactor ondulado paredes puede llevar a propiedades mec&aacute;nicas mejoradas y acelerado de cultivo in vitro.

Biorreactor paredes ondulado apoya deposici&oacute;n de proliferaci&oacute;n y matriz de celdas en construcciones de ingenier&iacute;a del cart&iacute;lago.

Cartilage tissue engineering requires the use of bioreactors in order to enhance nutrient transport and to provide sufficient mechanical stimuli to promote extracellular matrix (ECM) synthesis by chondrocytes. The amount and quality of ECM components is a large determinant of the biochemical and mechanical properties of engineered cartilage constructs. Mechanical forces created by the hydrodynamic environment within the bioreactors are known to influence ECM synthesis. The present study characterizes the hydrodynamic environment within a novel wavy-walled bioreactor (WWB) used for the development of tissue-engineered cartilage. The geometry of this bioreactor provides a unique hydrodynamic environment for mammalian cell and tissue culture, and investigation of hydrodynamic effects on tissue growth and function. The flow field within the WWB was characterized using two-dimensional particle-image velocimetry (PIV). The flow in the WWB differed significantly from that in the traditional spinner flask both qualitatively and quantitatively, and was influenced by the positioning of constructs within the bioreactor. Measurements of velocity fields were used to estimate the mean-shear stress, Reynolds stress, and turbulent kinetic energy components in the vicinity of the constructs within the WWB. The mean-shear stress experienced by the tissue-engineered constructs in the WWB calculated using PIV measurements was in the range of 0-0.6 dynes/cm2. Quantification of the shear stress experienced by cartilage constructs, in this case through PIV, is essential for the development of tissue-growth models relating hydrodynamic parameters to tissue properties.

Flow characterization of a wavy-walled bioreactor for cartilage tissue engineering.

Ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage n&eacute;cessite l&#39;utilisation de bior&eacute;acteurs afin d&#39;am&eacute;liorer le transport des nutriments et de fournir des stimulations m&eacute;caniques suffisantes pour promouvoir la synth&egrave;se de la matrice extracellulaire (MEC) par les chondrocytes. La quantit&eacute; et la qualit&eacute; des composants de l&#39;ECM est un d&eacute;terminant important des propri&eacute;t&eacute;s m&eacute;caniques et biochimiques des constructions de l&#39;ing&eacute;nierie du cartilage. Des forces m&eacute;caniques, cr&eacute;&eacute;s par l&#39;environnement hydrodynamique dans les bior&eacute;acteurs sont connues pour influencer la synth&egrave;se de l&#39;ECM. La pr&eacute;sente &eacute;tude caract&eacute;rise l&#39;environnement hydrodynamique dans un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es-roman (WWB) utilis&eacute; pour le d&eacute;veloppement de l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage. La g&eacute;om&eacute;trie de ce bior&eacute;acteur propose un cadre unique de hydrodynamique pour les cellules de mammif&egrave;res et culture de tissus et les effets hydrodynamiques sur la croissance des tissus et la fonction. Le champ d&#39;&eacute;coulement au sein la WWB a &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute; en utilisant deux dimensions particules-image velocimetry (PIV). Le d&eacute;bit de la WWB diff&egrave;re significativement de celle dans la fiole de spinner traditionnel qualitativement et quantitativement et fut influenc&eacute; par le positionnement des constructions dans le bior&eacute;acteur. Mesures de champs de vitesse ont &eacute;t&eacute; utilis&eacute;es pour estimer la moyenne-shear stress, tension de Reynolds et composants de l&#39;&eacute;nergie cin&eacute;tique turbulente dans les environs des constructions au sein la WWB. La moyenne de cisaillement v&eacute;cue par les constructions tissulaire dans la WWB calcul&eacute; &agrave; l&#39;aide de mesures PIV &eacute;tait de l&#39;ordre de 0 &agrave; 0,6 dynes/cm2. Quantification de l&#39;effort de cisaillement v&eacute;cue par des constructions de cartilage, dans ce cas par le biais de PIV, est essentielle pour le d&eacute;veloppement de mod&egrave;les de croissance des tissus Exploitez param&egrave;tres hydrodynamiques des tissus.

Caract&eacute;risation des flux d&#39;un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es pour l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage.

Ingegneria tissutale della cartilagine richiede l&#39;uso di bioreattori per migliorare il trasporto dei nutrienti e di fornire sufficienti stimoli meccanici per promuovere la sintesi di matrice extracellulare (ECM) di condrociti. La quantit&agrave; e la qualit&agrave; dei componenti di ECM &egrave; un grande determinante delle propriet&agrave; biochimiche e meccaniche della cartilagine ingegnerizzati costrutti. Forze meccaniche create dall&#39;ambiente idrodinamico entro i bioreattori sono noti per influenzare la sintesi di ECM. Il presente studio caratterizza l&#39;ambiente idrodinamico all&#39;interno di un bioreattore romanzo con pareti ondulate (WWB) utilizzato per lo sviluppo della cartilagine tessutale. La geometria di questo reattore fornisce un unico ambiente idrodinamico per cellule di mammifero e coltura del tessuto e indagine degli effetti idrodinamici sulla crescita dei tessuti e la funzione. Il campo di flusso all&#39;interno del WWB &egrave; stato caratterizzato tramite la particella-immagine bidimensionale velocimetry (PIV). Il flusso nel WWB differiva notevolmente da quella nel matraccio ogiva tradizionale sia qualitativamente che quantitativamente e fu influenzato dal posizionamento dei costrutti all&#39;interno del bioreattore. Le misure dei campi di velocit&agrave; sono state utilizzate per stimare la media-shear stress, stress Reynolds e componenti energia cinetica turbolenta nei pressi i costrutti all&#39;interno del WWB. Il media-shear stress sperimentato dai costrutti tessutale nel WWB calcolato utilizzando le misure PIV era nella gamma di 0-0,6 dynes/cm2. Quantificazione di shear stress vissuto dai costrutti di cartilagine, in questo caso attraverso PIV, &egrave; essenziale per lo sviluppo di modelli di crescita dei tessuti relativi parametri idrodinamici alle propriet&agrave; del tessuto.

Caratterizzazione di flusso di un bioreattore per ingegneria tissutale della cartilagine con pareti ondulate.

Ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago requiere el uso de Biorreactores para mejorar el transporte de nutriente y para proporcionar suficientes est&iacute;mulos mec&aacute;nicos para promover la s&iacute;ntesis de matriz extracelular (MEC) por condrocitos. La cantidad y calidad de componentes de ECM es un gran determinante de las propiedades bioqu&iacute;micas y mec&aacute;nicas de construcciones de ingenier&iacute;a del cart&iacute;lago. Conocen a fuerzas mec&aacute;nicas, creadas por el medio ambiente hidrodin&aacute;mico de los biorreactores para influir en la s&iacute;ntesis de ECM. El presente estudio caracteriza por el entorno hidrodin&aacute;mico dentro de un biorreactor de paredes onduladas novela (WWB) utilizado para el desarrollo de la ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago. La geometr&iacute;a de este biorreactor proporciona un entorno &uacute;nico de la hidrodin&aacute;mico de c&eacute;lulas de mam&iacute;fero y cultivo de tejidos e investigaci&oacute;n de hidrodin&aacute;micas efectos sobre el crecimiento de tejido y funci&oacute;n. El campo de flujo dentro de la WWB se caracteriz&oacute; mediante velocimetr&iacute;a de imagen bidimensional de part&iacute;culas (PIV). El flujo en la WWB difiere significativamente de la en el frasco de la ruleta tradicional, cualitativa y cuantitativamente y fue influenciado por la colocaci&oacute;n de estos elementos en el biorreactor. Mediciones de campos de velocidad fueron utilizadas para calcular el esfuerzo cortante promedio, estr&eacute;s de Reynolds y componentes turbulento de energ&iacute;a cin&eacute;tica en las cercan&iacute;as de las construcciones dentro de la WWB. La tensi&oacute;n de esquileo media experimentada por las construcciones de ingenier&iacute;a de tejidos en la WWB calculado usando medidas de PIV estaba en la gama de 0-0.6 Dinas/cm2. Cuantificaci&oacute;n de la tensi&oacute;n de esquileo experimentada por construcciones de cart&iacute;lago, en este caso a trav&eacute;s de PIV, es esencial para el desarrollo de modelos de crecimiento de tejido relacionadas con par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos propiedades del tejido.

Caracterizaci&oacute;n del flujo de un biorreactor de paredes onduladas para ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago.

Physical forces experienced by engineered-tissues during in vitro cultivation influence tissue growth and function. The hydrodynamic environment within bioreactors plays a decisive role in providing the necessary physical stimuli and nutrient transport to support tissue development. Our overall goal is to investigate interrelationships between the local hydrodynamic environment in the bioreactor and the structural and functional tissue properties in order to optimize the production of clinically relevant engineered-tissues. To this end, we used computational fluid dynamics (CFD) modeling to characterize the complex hydrodynamic environment in a wavy-walled bioreactor used for cultivation of tissue-engineered cartilage constructs and examined the changes in the flow field due to the presence of constructs. The flow-induced shear stress range experienced by engineered constructs cultivated in the wavy-walled bioreactor (0-0.67 dyn/cm(2)) was found to be significantly lower than that in the spinner flask (0-1.2 dyn/cm(2)), and to be modulated by the radial or axial position of the constructs. These CFD results are validated by experimental particle-image velocimetry (PIV) measurements previously reported by our group. Results from the present study indicate that the location of constructs in the bioreactor not only affected the magnitude and distribution of the shear stresses on the constructs, but also other hydrodynamic parameters, such as the directional distribution of the fluid velocity and the degree of fluid recirculation, all of which may differentially influence the development of tissue-engineered constructs.

Location of scaffolds in bioreactors modulates the hydrodynamic environment experienced by engineered tissues.

Forces physiques exp&eacute;riment&eacute;s par ing&eacute;nierie-tissus pendant la culture in vitro influencent la fonction et la croissance des tissus. L&#39;environnement hydrodynamique dans les bior&eacute;acteurs joue un r&ocirc;le d&eacute;cisif en fournissant les stimuli physiques n&eacute;cessaires et le transport des nutriments pour soutenir le d&eacute;veloppement des tissus. Notre objectif global est d&#39;&eacute;tudier les interrelations entre l&#39;environnement local hydrodynamique dans le bior&eacute;acteur et les propri&eacute;t&eacute;s structurales et fonctionnelles des tissus afin d&#39;optimiser la production des tissus-engineered cliniquement pertinentes. &Agrave; cette fin, nous permettant de caract&eacute;riser l&#39;environnement hydrodynamique complexe dans un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es utilis&eacute; pour la culture des constructions tissulaire du cartilage de mod&eacute;lisation de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) et a examin&eacute; les changements dans le champ d&#39;&eacute;coulement d&ucirc; &agrave; la pr&eacute;sence de constructions. La gamme induite par le flux de cisaillement exp&eacute;riment&eacute;e par ing&eacute;nierie constructions cultiv&eacute;es dans le bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es (0-0,67 dyn/cm(2)) s&#39;est av&eacute;r&eacute; significativement plus faible que celui plac&eacute; dans le c&ocirc;ne d&#39;h&eacute;lice (0-1. 2 dyn/cm(2)) et &agrave; &ecirc;tre modul&eacute;e par la position radiale ou axiale des constructions. Ces r&eacute;sultats CFD sont valid&eacute;s par les mesures d&#39;exp&eacute;rimentale particule-image velocimetry (PIV) pr&eacute;c&eacute;demment signal&eacute;es par notre groupe. Les r&eacute;sultats de cette &eacute;tude indiquent que l&#39;emplacement des constructions dans le bior&eacute;acteur affect&eacute; non seulement l&#39;ampleur et la r&eacute;partition des contraintes de cisaillement sur les constructions, mais aussi d&#39;autres param&egrave;tres hydrodynamiques, comme la distribution directionnelle de la vitesse du fluide et le degr&eacute; de recirculation de fluide, ce qui peut influencer diff&eacute;remment le d&eacute;veloppement des constructions tissulaire.

Location d&#39;&eacute;chafaudages dans des bior&eacute;acteurs module l&#39;environnement hydrodynamique exp&eacute;riment&eacute; par les tissus machin&eacute;s.

Funzione e la crescita di tessuto influenza fisica delle forze con esperienza di ingegneria-tessuti durante la coltivazione in vitro. Dell&#39;ambiente idrodinamico bioreattori gioca un ruolo determinante nel fornire i necessari stimoli fisici e trasporto dei nutrienti per sostenere lo sviluppo dei tessuti. Il nostro obiettivo generale &egrave; quello di indagare le interrelazioni tra ambiente locale idrodinamico nel bioreattore e le propriet&agrave; strutturali e funzionali dei tessuti al fine di ottimizzare la produzione di tessuti-engineered clinicamente rilevanti. A tal fine, abbiamo utilizzato la modellazione fluidodinamica computazionale (CFD) per caratterizzare l&#39;ambiente idrodinamico complesso in un bioreattore con pareti ondulate utilizzate per la coltivazione dei costrutti di cartilagine tessutale e ha esaminato i cambiamenti nel campo di flusso dovuta alla presenza di costrutti. La gamma di flusso-indotta shear stress sperimentata da engineered costrutti coltivate nel bioreattore con pareti ondulate (0-0,67 dyn/cm(2)) &egrave; stato trovato per essere significativamente inferiore a quella nel matraccio spinner (0-1.2 dyn/cm(2)) e per essere modulata dalla posizione radiale o assiale dei costrutti. Questi risultati CFD sono convalidati da misurazioni di velocimetry (PIV) particella sperimentale-immagine precedentemente segnalate dal nostro gruppo. Risultati del presente studio indicano che la posizione dei costrutti nel bioreattore influenzato non solo la grandezza e la distribuzione delle sollecitazioni di taglio sui costrutti, ma anche altri parametri idrodinamici, quali la distribuzione direzionale della velocit&agrave; del fluido e del grado di ricircolo fluido, i quali differenzialmente pu&ograve; influenzare lo sviluppo di costrutti tessutale.

Posizione di ponteggi in bioreattori modula l&#39;idrodinamica ambiente esperto di tessuti ingegnerizzati.

Experimentados por ingenier&iacute;a de tejidos durante el cultivo in vitro de fuerzas f&iacute;sicas influyen en funci&oacute;n y crecimiento del tejido. El medio ambiente hidrodin&aacute;mico en biorreactores juega un papel decisivo en la prestaci&oacute;n de los est&iacute;mulos f&iacute;sicos necesarios y transporte de nutriente para apoyar el desarrollo de tejido. Nuestro objetivo es investigar las interrelaciones entre el entorno hidrodin&aacute;mico en el biorreactor y las propiedades estructurales y funcionales del tejido con el fin de optimizar la producci&oacute;n de tejidos de ingenier&iacute;a cl&iacute;nicamente relevantes. Para ello, se utilizan modelos de din&aacute;mica de fluidos computacional (CFD) para caracterizar el ambiente complejo hidrodin&aacute;mico en un biorreactor de paredes onduladas utilizado para cultivo de cart&iacute;lago tejido-dirigida construcciones y examinaron los cambios en el campo de flujo debido a la presencia de construcciones. La gama de tensi&oacute;n de esquileo inducida por el flujo experimentada por ingenier&iacute;a construcciones cultivadas en el biorreactor ondulado paredes (0 0.67 dyn/cm(2)) result&oacute; para ser significativamente menor que en el frasco de la ruleta (0-1, 2 dyn/cm(2)) y a ser modulada por la posici&oacute;n radial o axial de las construcciones. Estos resultados CFD son validados por las mediciones de velocimetr&iacute;a (PIV) part&iacute;cula experimental-imagen divulgadas previamente por nuestro grupo. Los resultados del presente estudio indican que la ubicaci&oacute;n de construcciones en el biorreactor afectado no s&oacute;lo la magnitud y la distribuci&oacute;n de las tensiones de esquileo en las construcciones, pero tambi&eacute;n otros par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos, tales como la distribuci&oacute;n direccional de la velocidad del fluido y el grado de recirculaci&oacute;n de l&iacute;quido, diferenciado que pueden influir en el desarrollo de construcciones de ingenier&iacute;a de tejidos.

Ubicaci&oacute;n de andamios en biorreactores modula el ambiente hidrodin&aacute;mico experimentado por los tejidos de la ingenier&iacute;a.

Growth factors have become an important component for tissue engineering and regenerative medicine. Insulin-like growth factor-I (IGF-I) and transforming growth factor-beta1 (TGF-beta 1) in particular have great significance in cartilage tissue engineering. Here, we describe sequential release of IGF-I and TGF-beta 1 from modular designed poly(l,d-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffolds. Growth factors were encapsulated in PLGA microspheres using spontaneous emulsion, and in vitro release kinetics was characterized by ELISA. Incorporating BSA in the IGF-I formulations decreased the initial burst from 80% to 20%, while using uncapped PLGA rather than capped decreased the initial burst of TGF-beta 1 from 60% to 0% upon hydration. The bioactivity of released IGF-I and TGF-beta 1 was determined using MCF-7 proliferation assay and HT-2 inhibition assay, respectively. Both growth factors were released for up to 70 days in bioactive form. Scaffolds were fabricated by fusing bioactive IGF-I and TGF-beta 1 microspheres with dichloromethane vapor. Three scaffolds with tailored release kinetics were fabricated: IGF-I and TGF-beta 1 released continuously, TGF-beta 1 with IGF-I released sequentially after 10 days, and IGF-I with TGF-beta 1 released sequentially after 7 days. Scaffold swelling and degradation were characterized, indicating a peak swelling ratio of 4 after 7 days of incubation and showing 50% mass loss after 28 days, both consistent with scaffold release kinetics. The ability of these scaffolds to release IGF-I and TGF-beta 1 sequentially makes them very useful for cartilage tissue engineering applications.

Sequential release of bioactive IGF-I and TGF-beta 1 from PLGA microsphere-based scaffolds.

Facteurs de croissance sont devenues un &eacute;l&eacute;ment important pour la m&eacute;decine de g&eacute;nie et r&eacute;g&eacute;n&eacute;ratrice tissulaire. Insulin-like growth factor-je (IGF-I) et en particulier transforming growth factor-beta1 (TGF-b&ecirc;ta 1) rev&ecirc;tent une grande importance dans l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage. Nous d&eacute;crivons ici la sortie s&eacute;quentielle d&#39;IGF-I et poly TGF-beta 1 de modulaire con&ccedil;u (l, d-lactique-co-glycolique acide) les &eacute;chafaudages (PLGA). Facteurs de croissance ont &eacute;t&eacute; encapsul&eacute;s dans PLGA microsph&egrave;res &agrave; l&#39;aide d&#39;&eacute;mulsion spontan&eacute;e et cin&eacute;tique de lib&eacute;ration in vitro a &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute;e par ELISA. Incorporant des BSA au IGF-j&#39;ai diminu&eacute; de formulations initiales &eacute;clater de 80 % &agrave; 20 %, tout en utilisant PLGA non plafonn&eacute; et non plafonn&eacute; a diminu&eacute; l&#39;&eacute;clatement initial du TGF-beta 1 de 60 % &agrave; 0 % sur l&#39;hydratation. La bioactivit&eacute; des lib&eacute;r&eacute;s IGF-I et TGF-b&ecirc;ta 1 a &eacute;t&eacute; d&eacute;termin&eacute;e &agrave; l&#39;aide de MCF-7 analyse de la prolif&eacute;ration et l&#39;essai d&#39;inhibition de HT-2, respectivement. Les deux facteurs de croissance ont &eacute;t&eacute; lib&eacute;r&eacute;s jusqu&#39;&agrave; 70 jours sous forme bioactive. &Eacute;chafaudages ont &eacute;t&eacute; fabriqu&eacute;s en fusionnant bioactif IGF-I et des microsph&egrave;res de TGF-b&ecirc;ta 1 &agrave; vapeur de dichlorom&eacute;thane. Trois des &eacute;chafaudages et la cin&eacute;tique de lib&eacute;ration sur mesure ont &eacute;t&eacute; fabriqu&eacute;es : IGF-I et TGF-b&ecirc;ta 1 lib&eacute;r&eacute;s de fa&ccedil;on continue, TGF-beta 1 avec IGF-j&#39;ai lib&eacute;r&eacute; dans l&#39;ordre apr&egrave;s 10 jours et de l&#39;IGF-I avec TGF-beta 1 publi&eacute; successivement apr&egrave;s 7 jours. &Eacute;chafaudage gonflement et d&eacute;gradation ont &eacute;t&eacute; caract&eacute;ris&eacute;s, ce qui indique un rapport de gonflement de pics 07:04 jours d&#39;incubation, et montrant la perte de masse de 50 % apr&egrave;s 28 jours, tous les deux compatibles avec &eacute;chafaudage lib&eacute;rer cin&eacute;tique. La capacit&eacute; de ces &eacute;chafaudages de lib&eacute;rer IGF-I et TGF-b&ecirc;ta 1 s&eacute;quentiellement les rend tr&egrave;s utile pour les applications d&#39;ing&eacute;nierie du tissu cartilagineux.

Sortie s&eacute;quentielle de bioactive IGF-I et TGF-b&ecirc;ta 1 des &eacute;chafaudages ax&eacute;e sur les microsph&egrave;res PLGA.

Fattori di crescita sono diventati una componente importante per la medicina rigenerativa e ingegneria dei tessuti. Insulin-like growth factor-I (IGF-I) e transforming growth factor-beta1 (TGF-beta 1) in particolare hanno grande importanza nell&#39;ingegneria tissutale della cartilagine. Qui, descriviamo sequenza rilascio di IGF-I e TGF-beta 1 da modulare progettato poly (l, acido d-lattico-co-glicolico) ponteggi (PLGA). Fattori di crescita sono stati incapsulati in microsfere PLGA usando emulsione spontanea e cinetica di rilascio in vitro &egrave; stata caratterizzata da ELISA. Incorporando BSA in IGF-I formulazioni diminuito l&#39;iniziale scoppiare dall&#39;80% al 20%, mentre usando scoperchiata PLGA piuttosto ridotta &egrave; diminuito lo scoppio iniziale di TGF-beta 1 da 60% a 0% all&#39;idratazione. La bioattivit&agrave; di rilasciato IGF-I e TGF-beta 1 &egrave; stato determinato mediante test di proliferazione MCF-7 e test di inibizione del HT-2, rispettivamente. Entrambi fattori di crescita sono stati rilasciati fino a 70 giorni in forma bioattivo. Ponteggi sono stati fabbricati fondendo bioattivi IGF-I e TGF-beta 1 microsfere con diclorometano vapor. Tre impalcature con cinetica di rilascio su misura sono stati fabbricati: IGF-I e TGF-beta 1 rilasciato continuamente, TGF-beta 1 con IGF-ho rilasciato in sequenza dopo 10 giorni e IGF-I con TGF-beta 1 rilasciata in sequenza dopo 7 giorni. Ponteggio gonfiore e degrado sono stati caratterizzati, che indica un rapporto gonfiore picchi di 7:4 giorni di incubazione e visualizzando 50% perdita di massa dopo 28 giorni, sia coerente con impalcatura rilasciare cinetica. La capacit&agrave; di questi ponteggi di rilascio di IGF-I e TGF-beta 1 in sequenza li rende molto utile per il tessuto della cartilagine, le applicazioni di ingegneria.

Rilascio sequenza di bioattivi IGF-I e TGF-beta 1 da ponteggi PLGA basati su microsfere.

Factores de crecimiento se han convertido en un componente importante para la medicina regenerativa y la ingenier&iacute;a de tejidos. Insulin-like growth factor-I (IGF-I) y en particular transforming growth factor-beta1 (TGF-beta 1) tienen un gran significado en la ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago. Aqu&iacute;, describimos la liberaci&oacute;n secuencial de IGF-I y TGF-beta 1 de modular dise&ntilde;ado poli (l, &aacute;cido d-l&aacute;ctico-co-glic&oacute;lico) andamios (PLGA). Factores de crecimiento fueron encapsuladas en microesferas PLGA mediante emulsi&oacute;n espont&aacute;nea y cin&eacute;ticas de liberaci&oacute;n in vitro se caracterizaron por ELISA. Incorporaci&oacute;n de BSA en el IGF-I formulaciones disminuyeron la inicial explosi&oacute;n de 80% a 20%, durante el uso de PLGA descontrolada en lugar de un tope disminuy&oacute; el estallido inicial de TGF-beta 1 de 60% a 0% en la hidrataci&oacute;n. La bioactividad de liberados IGF-I y TGF-beta 1 fue determinado usando an&aacute;lisis de proliferaci&oacute;n de MCF-7 y ensayo de inhibici&oacute;n de HT-2, respectivamente. Ambos factores de crecimiento fueron liberados hasta 70 d&iacute;as en forma bioactiva. Andamios fueron fabricados por fusi&oacute;n bioactivo IGF-I y microesferas de TGF-beta 1 con vapor de diclorometano. Se fabricaban tres Andamios con cin&eacute;ticas de liberaci&oacute;n a medida: IGF-I y TGF-beta 1 lanzado continuamente, TGF-beta 1 con IGF-I released secuencialmente despu&eacute;s de 10 d&iacute;as y el IGF-I con TGF-beta 1 lanzado secuencialmente despu&eacute;s de 7 d&iacute;as. Andamio hinchaz&oacute;n y degradaci&oacute;n se caracterizaron, indicando una relaci&oacute;n hinchaz&oacute;n de pico de 7:04 d&iacute;as de incubaci&oacute;n y mostrando la p&eacute;rdida de masa de 50% despu&eacute;s de 28 d&iacute;as, suelte ambos consistente con andamios cin&eacute;tica. La capacidad de estos andamios para liberar la IGF-I y TGF-beta 1 secuencialmente les hace muy &uacute;til para aplicaciones de ingenier&iacute;a del tejido del cart&iacute;lago.

Liberaci&oacute;n secuencial de bioactivo IGF-I y TGF-beta 1 de andamios basadas en microesferas PLGA.

In vitro cartilage tissue engineering culture systems benefit from a fine balance of biochemical and mechanical components to maintain the chondrocyte phenotype. This balance, however, can be disrupted by using typical methods for cultivating chondrogenic cells in medium supplemented with fetal bovine serum (FBS) and growth factors. Our goal was to determine the effects of fluid-dynamic stimuli, fetal bovine serum and dexamethasone on the chondrogenesis of 14-day synoviocyte pellet cultures in the presence of TGF-beta1. We employed a pellet culture system that provides a highly cellular three-dimensional structure that permits differentiation and extracellular matrix synthesis. Our results indicated that FBS inhibited glycosaminoglycan (GAG) and type II collagen production. Interestingly, the effect of dynamic stimuli was modulated by the presence of FBS; mixed serum-free cultures had increased GAG production, whereas mixed cultures with 10% FBS exhibited less GAG production compared with their static counterparts, possibly due to pronounced suppressive effects of FBS via increased transport. Dexamethasone addition during the first week of culture resulted in enhanced extracellular matrix production and increased cellularity. Moreover, the presence of 10% FBS in addition to ITS(+) and TGF-beta1 did not significantly increase cell proliferation compared with serum-free medium. These results indicate the importance of a comprehensive analysis of growth conditions for each cell culture system.

FBS suppresses TGF-beta1-induced chondrogenesis in synoviocyte pellet cultures while dexamethasone and dynamic stimuli are beneficial.

Syst&egrave;mes de culture technique in vitro de cartilage tissu b&eacute;n&eacute;ficient d&#39;un bel &eacute;quilibre des composants m&eacute;caniques et biochimiques pour maintenir le ph&eacute;notype des chondrocytes. Cet &eacute;quilibre, cependant, peut &ecirc;tre perturb&eacute; &agrave; l&#39;aide de m&eacute;thodes typiques pour cultiver des cellules chondrog&eacute;niques dans un milieu additionn&eacute; de s&eacute;rum f&oelig;tal (SVF) et facteurs de croissance. Notre objectif &eacute;tait de d&eacute;terminer les effets des fluides-dynamique des stimuli, s&eacute;rum de veau f&oelig;tal et la dexam&eacute;thasone sur la chondrogen&egrave;se des cultures pellet synoviocyte 14 jours en pr&eacute;sence de TGF-beta1. Nous avons utilis&eacute; un syst&egrave;me de culture de granul&eacute;s qui fournit une structure tridimensionnelle hautement cellulaire qui permet la diff&eacute;renciation et la synth&egrave;se de la matrice extracellulaire. Nos r&eacute;sultats indiquent que FBS inhib&eacute;e glycosaminoglycanes (GAG) et le type de la production de collag&egrave;ne II. Fait int&eacute;ressant, l&#39;effet de stimuli dynamiques a &eacute;t&eacute; modul&eacute;e par la pr&eacute;sence de FBS ; cultures mixtes sans s&eacute;rum avaient augment&eacute; la production de GAG, tandis que des cultures mixtes avec 10 % FBS expose moins GAG production par rapport &agrave; leurs homologues statiques, possiblement d&ucirc; &agrave; prononc&eacute; effets suppresseurs de FBS via transport accru. Ajout de dexam&eacute;thasone pendant la premi&egrave;re semaine de la culture a entra&icirc;n&eacute; la production accrue de la matrice extracellulaire et une augmentation de la cellularit&eacute;. En outre, la pr&eacute;sence de 10 % FBS en plus ITS(+) et TGF-beta1 a fait pas augmenter consid&eacute;rablement la prolif&eacute;ration des cellules par rapport &agrave; un milieu sans s&eacute;rum. Ces r&eacute;sultats d&eacute;montrent l&#39;importance d&#39;une analyse approfondie des conditions de croissance pour chaque syst&egrave;me de culture cellulaire.

FBS supprime chondrogen&egrave;se TGF-beta1-induit dans les cultures de pellet synoviocyte tandis que dexam&eacute;thasone et stimuli dynamiques sont b&eacute;n&eacute;fiques.

Sistemi di coltura in vitro della cartilagine tissue engineering trarre beneficio da un delicato equilibrio di componenti meccanici e biochimici per mantenere il fenotipo di condrociti. Questo equilibrio, tuttavia, pu&ograve; essere danneggiato utilizzando metodi tipici per coltivare le cellule chondrogenic in medium supplementato con siero bovino fetale (FBS) e fattori di crescita. Il nostro obiettivo era quello di determinare gli effetti di stimoli fluido-dinamica, siero bovino fetale e desametasone sul chondrogenesis delle culture a pellet synoviocyte 14 giorni in presenza di TGF-beta1. Abbiamo impiegato un sistema di coltura di pellet che fornisce una struttura tridimensionale altamente cellulare che permette la differenziazione e la sintesi di matrice extracellulare. Nostri risultati hanno indicato che FBS inibito glicosaminoglicano (GAG) e il tipo di produzione di collagene II. &Egrave; interessante notare che, l&#39;effetto di stimoli dinamici &egrave; stata modulata dalla presenza di FBS; colture miste serum-free avevano aumentato la produzione di GAG, mentre colture miste con 10% FBS esposto meno produzione di GAG rispetto ai loro omologhi statici, possibilmente a causa di pronuncia effetti soppressivi di FBS tramite trasporto aumentato. Aggiunta di Desametasone durante la prima settimana della cultura ha portato nella produzione di matrice extracellulare migliorata e aumentata cellularit&agrave;. Inoltre, la presenza di 10% FBS oltre a ITS(+) e TGF-beta1 non significativamente aumenta la proliferazione cellulare rispetto ai media serum-free. Questi risultati indicano l&#39;importanza di un&#39;analisi completa delle condizioni di crescita per ogni sistema di coltura cellulare.

FBS sopprime chondrogenesis TGF-beta1-indotta in colture a pellet synoviocyte mentre Desametasone e stimoli dinamici sono utili.

Sistemas Ingenier&iacute;a de cultivo in vitro de cart&iacute;lago tejido se benefician de un equilibrio de componentes bioqu&iacute;micos y mec&aacute;nicos para mantener el fenotipo de condrocitos. Este equilibrio, sin embargo, puede interrumpirse mediante m&eacute;todos t&iacute;picos para el cultivo de c&eacute;lulas condrog&eacute;nica en medio suplementado con suero fetal bovino (SFB) y factores de crecimiento. Nuestro objetivo fue determinar los efectos de est&iacute;mulos de fluidodin&aacute;mica, suero fetal bovino y dexametasona en la condrog&eacute;nesis de culturas de pellets synoviocyte de 14 d&iacute;as en presencia de TGF-beta1. Empleamos un sistema de cultivo de pellets que proporciona una estructura tridimensional altamente celular que permite la diferenciaci&oacute;n y la s&iacute;ntesis de la matriz extracelular. Nuestros resultados indican que FBS inhibida glicosaminoglicano (GAG) y el tipo de producci&oacute;n de col&aacute;geno II. Curiosamente, el efecto de est&iacute;mulos din&aacute;micos fue modulado por la presencia de equipos; cultivo libre de suero mixto hab&iacute;a aumentado producci&oacute;n GAG, mientras que los cultivos mixtos con 10% FBS exhibieron menos producci&oacute;n de mordaza en comparaci&oacute;n con sus contrapartes est&aacute;ticas, posiblemente debido al pronunciado efectos supresores de FBS transporte mayor. Adem&aacute;s de dexametasona durante la primera semana de la cultura dio lugar a la producci&oacute;n de matriz extracelular mejorada y mayor celularidad. Por otra parte, la presencia de 10% FBS adem&aacute;s ITS(+) y TGF-beta1 no significativamente aumentar la proliferaci&oacute;n celular en comparaci&oacute;n con medio libre de suero. Estos resultados indican la importancia de un an&aacute;lisis exhaustivo de las condiciones de crecimiento para cada sistema del cultivo celular.

FBS suprime condrog&eacute;nesis inducida por TGF-beta1 en culturas de pellets synoviocyte mientras dexametasona y est&iacute;mulos din&aacute;micos son beneficiosos.

Cartilage ing&eacute;nierie fonctionnelle des constructions repr&eacute;sentent une approche th&eacute;rapeutique prometteuse pour le remplacement du cartilage articulaire endommag&eacute;. La g&eacute;n&eacute;ration in vitro de tissus cartilagineux adapt&eacute; pour la r&eacute;paration il faut conna&icirc;tre les interrelations complexes entre les signaux environnementaux, tels que les forces hydrodynamiques et la croissance des tissus et le d&eacute;veloppement. Dans la pr&eacute;sente &eacute;tude, ing&eacute;nierie du cartilage des constructions ont &eacute;t&eacute; cultiv&eacute;es dans quatre environnements hydrodynamiques bien d&eacute;finis au sein d&#39;un bior&eacute;acteur et corr&eacute;lations ont &eacute;t&eacute; &eacute;tablies entre les propri&eacute;t&eacute;s ultrastructurales et m&eacute;caniques de construction et les principaux param&egrave;tres hydrodynamiques. Les r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que m&ecirc;me pour une composition similaire, des constructions peuvent pr&eacute;senter des propri&eacute;t&eacute;s m&eacute;caniques diff&eacute;rentes en raison des diff&eacute;rences dans leur ultrastructure qui peut &ecirc;tre modul&eacute; par des param&egrave;tres hydrodynamiques. Par exemple, des propri&eacute;t&eacute;s m&eacute;caniques am&eacute;lior&eacute;es ont &eacute;t&eacute; observ&eacute;es dans des constructions qui pr&eacute;sentaient une capsule externe fibreuse &eacute;paisse en raison de la culture sous cisaillement hydrodynamique accrue. En particulier, l&#39;uniformit&eacute; dans la contribution des vecteurs vitesse du fluide (axiales, radiales et tangentiels) &agrave; la vitesse du fluide totale et la contrainte de cisaillement &eacute;taient les param&egrave;tres hydrodynamiques, que la plupart affect&eacute;s les propri&eacute;t&eacute;s de construction vis&eacute; par l&#39;enqu&ecirc;te. Les corr&eacute;lations identifi&eacute;es ici peuvent &ecirc;tre utiles dans le d&eacute;veloppement de mod&egrave;les de croissance d&#39;ing&eacute;nierie tissulaire qui informent la conception des syst&egrave;mes de culture de bior&eacute;acteur vers la production de cartilage machin&eacute; cliniquement pertinente.

Param&egrave;tres hydrodynamiques modulent les propri&eacute;t&eacute;s biochimiques, histologiques et m&eacute;caniques du cartilage machin&eacute;.

Functional engineered cartilage constructs represent a promising therapeutic approach for the replacement of damaged articular cartilage. The in vitro generation of cartilage tissue suitable for repair requires an understanding of the complex interrelationships between environmental cues, such as hydrodynamic forces, and tissue growth and development. In the present study, engineered cartilage constructs were cultivated in four well-defined hydrodynamic environments within a bioreactor, and correlations were established between construct ultrastructural and mechanical properties and key hydrodynamic parameters. Results suggest that even for similar composition, constructs may exhibit different mechanical properties due to differences in their ultrastructure that can be modulated by hydrodynamic parameters. For example, improved mechanical properties were observed in constructs that exhibited a thick fibrous outer capsule as a result of cultivation under increased hydrodynamic shear. In particular, uniformity in the contribution of the fluid velocity vectors (axial, radial, and tangential) to the total fluid velocity and shear stress were the hydrodynamic parameters that most affected the construct properties under investigation. The correlations identified here may be useful in the development of engineered tissue growth models that inform the design of bioreactor cultivation systems toward the production of clinically relevant engineered cartilage.

Hydrodynamic parameters modulate biochemical, histological, and mechanical properties of engineered cartilage.

Funzionale della cartilagine ingegnerizzati costrutti rappresentano un promettente approccio terapeutico per la sostituzione della cartilagine articolare danneggiata. La generazione in vitro di tessuto cartilagineo adatto per la riparazione richiede una comprensione delle complesse interrelazioni tra stimoli ambientali, quali le forze idrodinamiche e crescita dei tessuti e lo sviluppo. Nel presente studio, costrutti ingegnerizzati cartilagine venivano coltivate in quattro ambienti idrodinamici ben definiti all&#39;interno di un bioreattore, e sono state stabilite le correlazioni tra propriet&agrave; meccaniche e ultrastrutturali costrutto e principali parametri idrodinamici. I risultati suggeriscono che anche per composizione simile, costrutti possono esibire propriet&agrave; meccaniche differenti a causa delle differenze nella loro ultrastruttura che pu&ograve; essere modulata da parametri idrodinamici. Per esempio, migliorate propriet&agrave; meccaniche sono state osservate in costrutti che espone una spessa capsula fibrosa esterna a seguito di coltivazione sotto aumento taglio idrodinamico. In particolare, uniformit&agrave; del contributo dei vettori velocit&agrave; del fluido (assiali, radiali e tangenziali) per la velocit&agrave; totale del fluido e la sollecitazione di taglio sono stati i parametri idrodinamici che pi&ugrave; colpite le propriet&agrave; costrutto sotto inchiesta. Le correlazioni individuate qui possono essere utile nello sviluppo di modelli di crescita di tessuti ingegnerizzati che informano la progettazione di sistemi di coltivazione bioreattore verso la produzione di cartilagine ingegnerizzata clinicamente rilevante.

Parametri idrodinamici modulano propriet&agrave; biochimiche, istologiche e meccanica della cartilagine ingegnerizzata.

Cart&iacute;lago Ingenier&iacute;a funcional construcciones representan un enfoque terap&eacute;utico prometedor para la sustituci&oacute;n de cart&iacute;lago articular da&ntilde;ado. La generaci&oacute;n in vitro de tejido cartilaginoso conveniente para la reparaci&oacute;n requiere la comprensi&oacute;n de las complejas relaciones entre se&ntilde;ales ambientales, como las fuerzas hidrodin&aacute;micas y el crecimiento del tejido y el desarrollo. En el presente estudio, construcciones de ingenier&iacute;a del cart&iacute;lago se cultivaron en cuatro ambientes hidrodin&aacute;micos bien definidos dentro de un biorreactor, y se establecieron correlaciones entre caracter&iacute;sticas ultraestructurales y mec&aacute;nicas de la construcci&oacute;n y par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos clave. Los resultados sugieren que incluso para la composici&oacute;n similar, construcciones pueden presentar diferentes propiedades mec&aacute;nicas debido a diferencias en su ultraestructura que puede ser modulada por par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos. Por ejemplo, propiedades mec&aacute;nicas mejoradas fueron observados en construcciones que exhibi&oacute; una c&aacute;psula fibrosa gruesa del exterior como resultado de cultivo bajo mayor corte hidrodin&aacute;mico. En particular, la uniformidad en la contribuci&oacute;n de los vectores de velocidad del fluido (axiales, radiales y tangenciales) a la velocidad del fluido total y la tensi&oacute;n de esquileo fueron los par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos que m&aacute;s afectaron las propiedades de construcci&oacute;n bajo investigaci&oacute;n. Las correlaciones identificadas aqu&iacute; pueden ser &uacute;tiles en el desarrollo de modelos de crecimiento de tejido de ingenier&iacute;a que informan el dise&ntilde;o de sistemas de cultivo de biorreactor hacia la producci&oacute;n de cart&iacute;lago Ingenier&iacute;a cl&iacute;nicamente relevante.

Par&aacute;metros hidrodin&aacute;micos modulan propiedades bioqu&iacute;micas, histol&oacute;gicas y mec&aacute;nicas de ingenier&iacute;a cart&iacute;lago.

&#x751F;&#x7269;&#x53CD;&#x5E94;&#x5668;&#x6709;&#x6700;&#x8FD1;&#x7684;&#x505A;&#x6CD5;&#xFF0C;&#x5BF9;&#x8F6F;&#x9AA8;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x5DE5;&#x7A0B;&#xFF0C;&#x63D0;&#x4F9B;&#x4FC3;&#x8FDB;&#x9AD8;&#x6548;&#x7EC6;&#x80DE;&#x64AD;&#x79CD;&#x3001; &#x8425;&#x517B;&#x53CA;&#x5E9F;&#x7269;&#x8FD0;&#x8F93;&#x548C;&#x57FA;&#x672C;&#x7684;&#x7269;&#x7406;&#x523A;&#x6FC0;&#x7684;&#x73AF;&#x5883;&#x4E2D;&#x53D1;&#x6325;&#x4E86;&#x5173;&#x952E;&#x4F5C;&#x7528;&#x3002;&#x8FD9;&#x9879;&#x7814;&#x7A76;&#x91C7;&#x7528;&#x6CE2;&#x6D6A;&#x58C1;&#x751F;&#x7269;&#x53CD;&#x5E94;&#x5668;&#x8FDB;&#x884C;&#x8C03;&#x67E5;&#x7684;&#x5DE5;&#x7A0B;&#x5316;&#x8F6F;&#x9AA8;&#x7684;&#x5C5E;&#x6027;&#x4E0A;&#x7684;&#x6C34;&#x52A8;&#x529B;&#x73AF;&#x5883;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x3002;&#x5176;&#x72EC;&#x7279;&#x7684;&#x8BBE;&#x8BA1;&#x63D0;&#x4F9B;&#x4E86;&#x591A;&#x4E2A;&#x6C34;&#x52A8;&#x529B;&#x73AF;&#x5883;&#x5185;&#x4E00;&#x4E2A;&#x8BBE;&#x7F6E;&#x3002;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x751F;&#x957F;&#x6A21;&#x578B;&#x88AB;&#x4E3A;&#x4E86;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x751F;&#x957F;&#x548C;&#x7EC6;&#x80DE;&#x5916;&#x57FA;&#x8D28;&#x5408;&#x6210;&#x7279;&#x70B9;&#x7531;&#x8F6F;&#x9AA8;&#x79CD;&#x5B50;&#x548C;&#x805A;&#x7F9F;&#x57FA;&#x9178;&#x652F;&#x67B6;&#x5728;&#x6CE2;&#x6D6A;&#x58C1;&#x7684;&#x751F;&#x7269;&#x53CD;&#x5E94;&#x5668;&#xFF0C;&#x4E3A;&#x671F; 4 &#x5468;&#x7684;&#x79CD;&#x690D;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E00;&#x6A21;&#x5F0F;&#x7531;&#x56DB;&#x90E8;&#x5206;&#x7EC4;&#x6210;&#xFF1A; 1&#xFF09; &#x8BA1;&#x7B97;&#x6D41;&#x4F53;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x6A21;&#x578B;&#x3001; 2&#xFF09; &#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x751F;&#x957F;&#x6A21;&#x578B;&#x3001; 3&#xFF09; &#x6839;&#x636E;&#x7ECF;&#x9A8C;&#x4E0E;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x5E38;&#x6570;&#x76F8;&#x5173;&#x6C34;&#x52A8;&#x529B;&#x53C2;&#x6570;&#x7684;&#x4EBA;&#x5DE5;&#x795E;&#x7ECF;&#x7F51;&#x7EDC;&#x548C; 4&#xFF09; &#x7B2C;&#x4E8C;&#x6B21;&#x7684;&#x4EBA;&#x5DE5;&#x795E;&#x7ECF;&#x7F51;&#x7EDC;&#x4E0E;&#x6750;&#x6599;&#x7279;&#x6027;&#x5173;&#x8054;&#x7684;&#x6784;&#x9020;&#x4F53;&#x7684;&#x751F;&#x5316;&#x7EC4;&#x6210;&#x3002;&#x540C;&#x65F6;&#xFF0C;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7EC4;&#x4EF6;&#x542F;&#x7528;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x751F;&#x957F;&#x7684;&#x52A8;&#x6001;&#xFF0C;&#x4EE5;&#x53CA;&#x6700;&#x540E;&#x7684;&#x5DE5;&#x7A0B;&#x5316;&#x8F6F;&#x9AA8;&#x6210;&#x5206;&#x548C;&#x529B;&#x5B66;&#x5C5E;&#x6027;&#x7684;&#x9884;&#x6D4B;&#x3002;&#x5728;&#x8FD9;&#x9879;&#x7814;&#x7A76;&#x5236;&#x5B9A;&#x7684;&#x589E;&#x957F;&#x6A21;&#x578B;&#x65B9;&#x6CD5;&#x4F5C;&#x4E3A;&#x9884;&#x6D4B;&#x7684;&#x6700;&#x4F18;&#x7684; bioprocessing &#x6761;&#x4EF6;&#xFF0C;&#x5B9E;&#x73B0;&#x6240;&#x9700;&#x7684;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x5C5E;&#x6027;&#x6240;&#x9700;&#x7684;&#x5DE5;&#x5177;&#x3002;

&#x6CE2;&#x6D6A;&#x58C1;&#x751F;&#x7269;&#x53CD;&#x5E94;&#x5668;&#x4E2D;&#x5EFA;&#x6A21;&#x7684;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x751F;&#x957F;&#x3002;

Bioreactors have played a crucial role in recent approaches to cartilage tissue engineering, providing an environment that promotes efficient cell seeding, nutrient and waste transport, and essential physical stimuli. This study employed a wavy-walled bioreactor to investigate the effects of the hydrodynamic environment on the properties of engineered cartilage. Its unique design provides multiple hydrodynamic environments within one setting. A tissue growth model was developed to characterize the tissue growth and extracellular matrix synthesis by chondrocytes seeded and cultivated on polyglycolic acid scaffolds in the wavy-walled bioreactor for a period of 4 weeks. This model consists of four components: 1) a computational fluid dynamics model, 2) a kinetic growth model, 3) an artificial neural network that empirically correlates hydrodynamic parameters with kinetic constants, and 4) a second artificial neural network that correlates the biochemical composition of constructs with their material properties. In tandem, these components enable the prediction of the dynamics of tissue growth, as well as the final compositional and mechanical properties of engineered cartilage. The growth model methodology developed in this study serves as a tool to predict the optimal bioprocessing conditions required to achieve desired tissue properties.

Tissue growth modeling in a wavy-walled bioreactor.

Bior&#xE9;acteurs ont jou&#xE9; un r&#xF4;le crucial dans les approches r&#xE9;centes de l&#x26;#39;ing&#xE9;nierie tissulaire du cartilage, en fournissant un environnement qui favorise l&#x26;#39;ensemencement cellulaire efficace, des &#xE9;l&#xE9;ments nutritifs et le transport des d&#xE9;chets, et des stimuli physiques essentielles. Cette &#xE9;tude a utilis&#xE9; un bior&#xE9;acteur ondul&#xE9;s &#xE0; paroi d&#x26;#39;enqu&#xEA;ter sur les effets de l&#x26;#39;environnement sur les propri&#xE9;t&#xE9;s hydrodynamiques du cartilage d&#x26;#39;ing&#xE9;nierie. Sa conception unique permet de multiples environnements au sein hydrodynamiques un r&#xE9;glage. Un mod&#xE8;le de croissance tissulaire est d&#xE9;velopp&#xE9; pour caract&#xE9;riser la croissance des tissus et de synth&#xE8;se de matrice extracellulaire par les chondrocytes ensemenc&#xE9;s et cultiv&#xE9;es sur des &#xE9;chafaudages acide polyglycolique dans le bior&#xE9;acteur &#xE0; paroi ondul&#xE9;e pendant une p&#xE9;riode de 4 semaines. Ce mod&#xE8;le se compose de quatre volets: 1) un mod&#xE8;le de dynamique des fluides computationnelle, 2) un mod&#xE8;le cin&#xE9;tique de croissance, 3) un r&#xE9;seau de neurones artificiels qui correspond empiriquement les param&#xE8;tres hydrodynamiques avec des constantes cin&#xE9;tiques et 4) un second r&#xE9;seau de neurones artificiels qui corr&#xE8;le la composition biochimique des constructions avec leurs propri&#xE9;t&#xE9;s mat&#xE9;rielles. En parall&#xE8;le, ces composants permettent la pr&#xE9;diction de la dynamique de la croissance des tissus, ainsi que les propri&#xE9;t&#xE9;s finales de composition m&#xE9;canique et d&#x26;#39;ing&#xE9;nierie du cartilage. La m&#xE9;thodologie mod&#xE8;le de croissance d&#xE9;velopp&#xE9; dans cette &#xE9;tude constitue un outil pour pr&#xE9;dire les conditions optimales de biotraitement n&#xE9;cessaires pour atteindre les propri&#xE9;t&#xE9;s des tissus souhait&#xE9;s.

Mod&#xE9;lisation de la croissance des tissus dans un bior&#xE9;acteur ondul&#xE9; &#xE0; paroi

Bioreaktoren spielten eine entscheidende Rolle in den letzten Zug&auml;nge zum Knorpel Tissue-Engineering, Schaffung einer Umgebung, die effiziente Zelle Aussaat, nahrhafte und Abfall-Transport und wesentliche physikalische Reize f&ouml;rdert. Diese Studie besch&auml;ftigt wellig ummauerten Bioreaktor, die Auswirkungen der hydrodynamischen Umwelt auf die Eigenschaften von ver&auml;nderter Knorpel zu untersuchen. Das einzigartige Design bietet mehrere hydrodynamische Umgebungen innerhalb einer Einstellung. Ein Gewebe-Wachstum-Modell wurde entwickelt, um das Gewebewachstum und die Synthese der extrazellul&auml;ren Matrix zu charakterisieren, durch Chondrozyten ges&auml;t und kultiviert auf Polyglycolic S&auml;ure Ger&uuml;ste in wellenf&ouml;rmigen ummauerten Bioreaktor f&uuml;r einen Zeitraum von 4 Wochen. Dieses Modell besteht aus vier Komponenten: 1) eine numerische Str&ouml;mungsmechanik-Modell, 2) eine kinetische Wachstumsmodell, 3) ein k&uuml;nstliches neurales Netz, die empirisch hydrodynamischer Parameter mit kinetischen Konstanten korreliert und 4) eine zweite k&uuml;nstliches neuronales Netz, die die biochemische Zusammensetzung der Konstrukte mit ihren Materialeigenschaften korreliert. Im Tandem erm&ouml;glichen diese Komponenten die Vorhersage von der Dynamik der Gewebewachstum sowie die endg&uuml;ltigen kompositorischen und mechanischen Eigenschaften von ver&auml;nderter Knorpel. Die in dieser Studie entwickelte Wachstum-Modell-Methodik dient als Werkzeug vorherzusagen, die optimalen bioprocessing Bedingungen ben&ouml;tigt, um die gew&uuml;nschte Gewebe-Eigenschaften zu erreichen.

Gewebewachstum Modellierung in einem wellenf&ouml;rmigen ummauerten Bioreaktor.

Bioreattori hanno giocato un ruolo cruciale nelle recenti approcci di ingegneria tissutale della cartilagine, fornendo un ambiente che promuove la cella efficiente semina, trasporto dei nutrienti e dei rifiuti e stimoli fisici essenziali. Questo studio impiegato un bioreattore per indagare gli effetti dell&#39;ambiente idrodinamico sulle propriet&agrave; della cartilagine ingegnerizzata con pareti ondulate. Il suo design unico offre ambienti idrodinamici multipli all&#39;interno di una impostazione. Un modello di crescita di tessuto &egrave; stato sviluppato per caratterizzare la crescita dei tessuti e la sintesi di matrice extracellulare di condrociti seminato e coltivato su ponteggi acido poliglicolico nel bioreattore a parete ondulata per un periodo di 4 settimane. Questo modello &egrave; costituito da quattro componenti: 1) un modello di fluidodinamica computazionale, 2) un modello di crescita cinetica, 3) una rete neurale artificiale che correla empiricamente parametri idrodinamici con costanti cinetiche e 4) una seconda rete neurale artificiale che correla la composizione biochimica dei costrutti con le propriet&agrave; del materiale. In tandem, questi componenti consentono la previsione delle dinamiche di crescita dei tessuti, come pure le propriet&agrave; composizionali e meccaniche finale della cartilagine ingegnerizzata. La metodologia del modello di crescita sviluppata in questo studio serve come uno strumento per prevedere le condizioni ottimali di biotrasformazione necessarie per ottenere la propriet&agrave; del tessuto desiderato.

Crescita dei tessuti, la modellazione in un bioreattore con pareti ondulate.

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&#xC870;&#xC9C1;&#xC758; &#xC131;&#xC7A5; &#xBB3C;&#xACB0; &#xBAA8;&#xC591;&#xC758; &#xBCBD;&#xC73C;&#xB85C; &#xC0DD;&#xBB3C;&#xC758; &#xBAA8;&#xB378;&#xB9C1;.

Los biorreactores han jugado un papel crucial en los recientes enfoques de ingenier&#xED;a de tejido cartilaginoso, proporcionando un ambiente que promueva la siembra de c&#xE9;lulas eficiente, transporte de nutrientes y desechos, y los est&#xED;mulos f&#xED;sicos esenciales. Este estudio emple&#xF3; un biorreactor ondulado de pared para investigar los efectos del medio ambiente hidrodin&#xE1;mica en las propiedades de ingenier&#xED;a cart&#xED;lago. Su dise&#xF1;o &#xFA;nico ofrece varios ambientes hidrodin&#xE1;micos el plazo de un ajuste. Un modelo de crecimiento de tejido fue desarrollado para caracterizar el crecimiento del tejido y la s&#xED;ntesis de matriz extracelular por condrocitos sembrados y cultivados en los andamios de &#xE1;cido poliglic&#xF3;lico en el biorreactor ondulado de pared para un per&#xED;odo de 4 semanas. Este modelo consta de cuatro componentes: 1) un modelo de din&#xE1;mica de fluidos computacional, 2) un modelo de cin&#xE9;tica de crecimiento, 3) una red neuronal artificial que emp&#xED;ricamente se correlaciona con los par&#xE1;metros hidrodin&#xE1;micos constantes cin&#xE9;ticas, y 4) una segunda red neuronal artificial que se correlaciona la composici&#xF3;n bioqu&#xED;mica de construcciones con sus propiedades materiales. En t&#xE1;ndem, estos componentes permiten la predicci&#xF3;n de la din&#xE1;mica de crecimiento de tejido, as&#xED; como las propiedades finales de la composici&#xF3;n y mec&#xE1;nicas de cart&#xED;lago de ingenier&#xED;a. La metodolog&#xED;a de modelo de crecimiento desarrollado en este estudio sirve como una herramienta para predecir las condiciones &#xF3;ptimas de bioprocesamiento necesarias para lograr las propiedades deseadas del tejido.

Modelos de crecimiento de tejido en un biorreactor ondulado de pared

Synovial membrane has been shown to contain mesenchymal stem cells. We hypothesized that an enriched population of synovial fibroblasts would undergo chondrogenic differentiation and secrete cartilage extracellular matrix to a greater extent than would a mixed synovial cell population (MSCP). The optimum doses of transforming growth factor beta 1 (TGF-beta1) and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) for chondrogenesis were investigated. CD14-negative isolation was used to obtain a porcine cell population enriched in type-B synovial fibroblasts (SFB) from an MSCP. The positive cell surface markers in SFB were CD90, CD44, and cadherin-11. SFB and MSCP were cultured in the presence of 20 ng/mL TGF-beta1 for 7 days, and SFB were demonstrated to have higher chondrogenic potential. Further dose-response studies were carried out using the SFB cells and several doses of TGF-beta1 (2, 10, 20, and 40 ng/mL) and/or IGF-1 (1, 10, 100, and 500 ng/mL) for 14 days. TGF-beta1 supplementation was essential for chondrogenesis and prevention of cell death, whereas IGF-1 did not have a significant effect on the SFB cell number or glycosaminoglycan production. This study demonstrates that the CD14-negative isolation yields an enhanced cell population SFB that is more potent than MSCP as a cell source for cartilage tissue engineering.

CD14-negative isolation enhances chondrogenesis in synovial fibroblasts.

La membrane synoviale s&#39;est av&eacute;r&eacute;e contenir des cellules souches m&eacute;senchymateuses. Nous avons &eacute;mis l&#39;hypoth&egrave;se qu&#39;une population enrichie des fibroblastes synoviaux serait subissent une diff&eacute;renciation chondrog&eacute;niques et s&eacute;cr&egrave;tent la matrice extracellulaire du cartilage dans une mesure plus grande que ne le ferait une population de cellules synoviales mixtes (PCSM). Les doses optimales de facteur de croissance transformant b&ecirc;ta 1 (TGF-beta1) et croissance insulino&iuml;de facteur 1 (IGF-1) pour chondrogen&egrave;se ont &eacute;t&eacute; &eacute;tudi&eacute;s. CD14-n&eacute;gatif isolement a &eacute;t&eacute; utilis&eacute; pour obtenir une population de cellules de porc enrichie dans les fibroblastes synoviaux de type B (SFB) d&#39;un MSCP. Les marqueurs de surface de cellules positives dans SFB &eacute;taient CD90, CD44 et cadh&eacute;rine-11. SFB et PCSM ont &eacute;t&eacute; cultiv&eacute;es en pr&eacute;sence de 20 ng/mL TGF-beta1 pour 7 jours et SFB ont d&eacute;montr&eacute; que des potentiels plus &eacute;lev&eacute;s chondrog&eacute;niques. D&#39;autres &eacute;tudes dose-r&eacute;ponse ont &eacute;t&eacute; r&eacute;alis&eacute;es en utilisant les cellules SFB et plusieurs doses de TGF-beta1 (2, 10, 20 et 40 ng/mL) et/ou d&#39;IGF-1 (1, 10, 100 et 500 ng/mL) pendant 14 jours. Suppl&eacute;mentation de TGF-beta1 est indispensable chondrogen&egrave;se et pr&eacute;vention de la mort cellulaire, tandis que IGF-1 n&#39;avait pas un effet significatif sur la production de cellules SFB nombre ou glycosaminoglycanes. Cette &eacute;tude d&eacute;montre que l&#39;isolement de CD14 n&eacute;gatif donne une population de cellules am&eacute;lior&eacute;es SFB qui est plus puissant que MSCP comme une source de cellules pour l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage.

CD14-n&eacute;gatif isolation am&eacute;liore chondrogen&egrave;se dans les fibroblastes synoviaux.

Membrana sinoviale ha dimostrato di contenere cellule staminali mesenchimali. Abbiamo ipotizzato che una popolazione arricchita di fibroblasti sinoviali vuoi subire differenziazione chondrogenic e secernono matrice extracellulare della cartilagine in misura maggiore rispetto a popolazione mista delle cellule sinoviali (MSCP). Le dosi ottimale di transforming growth factor beta 1 (TGF-beta1) e crescita insulino-simile 1 (IGF-1) di fattore per chondrogenesis sono state studiate. Isolamento CD14-negativo &egrave; stato utilizzato per ottenere una popolazione cellulare suina arricchita nei fibroblasti sinoviali di tipo B (SFB) da un MSCP. I marcatori di superficie cellule positive in SFB erano CD90, CD44 e caderina-11. SFB e MSCP sono stati coltivati in presenza di 20 ng/mL di TGF-beta1 per 7 giorni, e SFB sono state dimostrate di avere maggiore chondrogenic potenziali. Ulteriori studi di dose-risposta sono stati effettuati usando le cellule SFB e diverse dosi di TGF-beta1 (2, 10, 20 e 40 ng/mL) e/o IGF-1 (1, 10, 100 e 500 ng/mL) per 14 giorni. Supplementazione di TGF-beta1 era essenziale per la prevenzione della morte delle cellule e chondrogenesis considerando che IGF-1 non ha avuto un effetto significativo sulla produzione di cellule SFB numero o glicano. Questo studio dimostra che l&#39;isolamento di CD14-negativo produce una popolazione cellulare avanzata SFB che &egrave; pi&ugrave; potente di MSCP come fonte di cellule per ingegneria tissutale della cartilagine.

CD14-negativo isolamento migliora chondrogenesis nei fibroblasti sinoviali.

Membrana sinovial se ha demostrado que contienen c&eacute;lulas madre mesenquimales. La hip&oacute;tesis de que una poblaci&oacute;n enriquecida de fibroblastos sinoviales sufren diferenciaci&oacute;n condrog&eacute;nica y secretan la matriz extracelular del cart&iacute;lago en mayor medida que tendr&iacute;a una poblaci&oacute;n mixta de c&eacute;lulas sinoviales (MSCP). Las dosis &oacute;ptima de factor de crecimiento transformante beta 1 (TGF-beta1) y crecimiento de insulina-como factor 1 (IGF-1) para condrog&eacute;nesis fueron investigados. Aislamiento de CD14 negativo se utiliz&oacute; para obtener una poblaci&oacute;n de c&eacute;lulas porcinas enriquecida en fibroblastos sinoviales de tipo B (SFB) de un MSCP. Los marcadores superficiales del positivo de la c&eacute;lula en SFB fueron CD90, CD44 y Caderina-11. SFB y MSCP fueron cultivadas en presencia de TGF-beta1 de 20 ng/mL durante 7 d&iacute;as y SFB se demostraron tener mayor condrog&eacute;nica potencial. Otros estudios de dosis-respuesta se llevaron a cabo usando las c&eacute;lulas SFB y varias dosis de TGF-beta1 (2, 10, 20 y 40 ng/mL) o IGF-1 (1, 10, 100 y 500 ng/mL) durante 14 d&iacute;as. Suplementaci&oacute;n de TGF-beta1 era esencial para la condrog&eacute;nesis y prevenci&oacute;n de la muerte celular, mientras que el IGF-1 no tuvo un efecto significativo en la producci&oacute;n de c&eacute;lulas n&uacute;mero o glycosaminoglycan SFB. Este estudio demuestra que el aislamiento de CD14 negativo produce una poblaci&oacute;n celular mejorada SFB que es m&aacute;s potente que MSCP como fuente de c&eacute;lulas para ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago.

Aislamiento de CD14-negativo aumenta la condrog&eacute;nesis en fibroblastos sinoviales.

Recently, hydrogels (alginate, agarose, polyethylene glycol, etc.) have been investigated as promising cartilage-healing materials. To further improve cell-material interactions or mechanical properties of such hydrogel scaffolds, many materials (such as ceramics or carbon nanotubes) have been added to produce composites with tailored properties. In this study, rosette nanotubes (RNTs, self-assembled nanotubes built from DNA base pairs), hydrogels, and cells (specifically, fibroblast-like type-B synoviocytes [SFB cells] and chondrocytes) were combined via a novel electrospinning technique to generate three-dimensional implantable scaffolds for cartilage repair. Importantly, results of this study showed that electrospun RNT/hydrogel composites improved both SFB cell and chondrocyte functions. RNT/hydrogel composites promoted SFB cell chondrogenic differentiation in 2 week culture experiments. Further, studies demonstrated that RNTs enhanced hydrogel adhesive strength to severed collagen. Results of this study thus provided a nanostructured scaffold that enhanced SFB cell adhesion, viability, and chondrogenic differentiation compared to nanosmooth hydrogels without RNTs. This study provided an alternative cartilage regenerative material derived from RNTs that could be directly electrospun into cartilage defects (with SFB cells and/or chondrocytes) to bond to severed collagen and promote cell adhesion, viability, and subsequent functions.

Self-assembled rosette nanotube/hydrogel composites for cartilage tissue engineering.

R&eacute;cemment, les hydrogels (alginate, agarose, poly&eacute;thyl&egrave;ne glycol, etc.) ont &eacute;t&eacute; &eacute;tudi&eacute;s comme mati&egrave;re int&eacute;ressante de gu&eacute;rison du cartilage. Afin d&#39;am&eacute;liorer les interactions cellule-mat&eacute;riau ou des propri&eacute;t&eacute;s m&eacute;caniques de ces &eacute;chafaudages hydrogel, beaucoup de mat&eacute;riaux (tels que les nanotubes de carbone ou de c&eacute;ramiques) ont &eacute;t&eacute; ajout&eacute;s pour produire des mat&eacute;riaux composites avec des propri&eacute;t&eacute;s personnalis&eacute;es. Dans cette &eacute;tude, rosette nanotubes (RNTs, nanotubes auto-assembl&eacute;s, construits &agrave; partir de paires de bases d&#39;ADN), hydrogels et cellules (plus pr&eacute;cis&eacute;ment, les synoviocytes de type fibroblastes type B [cellules SFB] et chondrocytes) ont &eacute;t&eacute; regroup&eacute;es par une technique nouvelle &eacute;lectrofilage pour g&eacute;n&eacute;rer des &eacute;chafaudages implantables en trois dimensions pour la r&eacute;paration du cartilage. Ce qui est important, les r&eacute;sultats de cette &eacute;tude ont montr&eacute; qu&#39;&eacute;lectrofil&eacute;es RNT/hydrogel composites am&eacute;liorait les deux fonctions de cellule et des chondrocytes SFB. RNT/hydrogel composites promus SFB la diff&eacute;renciation des cellules chondrog&eacute;niques dans 2 semaine culture exp&eacute;riences. Plus loin, les &eacute;tudes ont d&eacute;montr&eacute; que RNTs am&eacute;lior&eacute; hydrogel force adh&eacute;sive au collag&egrave;ne dissoci&eacute;e. Les r&eacute;sultats de cette &eacute;tude a ainsi fournissent un &eacute;chafaudage nanostructur&eacute; qui favorisent la diff&eacute;renciation de chondrog&eacute;niques adh&eacute;rence et viabilit&eacute; cellulaire SFB par rapport aux hydrogels nanosmooth sans RNTs. Cette &eacute;tude fournit un mat&eacute;riau r&eacute;g&eacute;n&eacute;ratrice cartilage alternatif d&eacute;riv&eacute; RNTs qui pourraient &ecirc;tre directement &eacute;lectrofil&eacute;es d&eacute;fauts de cartilage (avec des cellules SFB et/ou chondrocytes) pour coller au collag&egrave;ne dissoci&eacute;e et promouvoir l&#39;adh&eacute;sion cellulaire, la viabilit&eacute; et les fonctions suivantes.

Rosette auto-assembl&eacute;s composites de nanotubes/hydrogel pour l&#39;ing&eacute;nierie tissulaire du cartilage.

Recentemente, gli idrogel (alginato, agarosio, polietilene glicole, ecc.) sono stati studiati come promettenti materiali di guarigione della cartilagine. Per migliorare ulteriormente le interazioni cellula-materiale o propriet&agrave; meccaniche di tali ponteggi hydrogel, molti materiali (come i nanotubi di ceramica o carbonio) sono stati aggiunti per produrre materiali compositi con propriet&agrave; su misura. In questo studio, nanotubi Rosetta (RNTs, nanotubi auto-costruito da coppie di basi del DNA), idrogel e cellule (in particolare, sinoviociti di tipo B del fibroblasto-simili [cellule SFB] e condrociti) sono state combinate attraverso una tecnica di elettrofilatura romanzo per generare tridimensionale ponteggi impiantabili per la riparazione della cartilagine. Soprattutto, risultati di questo studio ha mostrato che elettrofilate RNT/hydrogel compositi migliorato sia funzioni di cella e condrociti SFB. RNT/hydrogel compositi promossi SFB cella chondrogenic differenziazione nella settimana 2 esperimenti della coltura. Ulteriormente, gli studi hanno dimostrato che RNTs migliorato la forza adesiva idrogel al collagene mozzata. Risultati di questo studio cos&igrave; fornito un ponteggio nanostrutturati che enhanced SFB adesione, vitalit&agrave; e chondrogenic differenziazione delle cellule rispetto al nanosmooth idrogel senza RNTs. Questo studio fornito un materiale rigenerativi alternativi cartilagine derivato dalla RNTs che potrebbe essere direttamente elettrofilate in difetti della cartilagine (con cellule SFB e/o condrociti) di legame al collagene mozzata e promuovere l&#39;adesione delle cellule, vitalit&agrave; e funzioni successive.

Auto-assemblati Rosetta nanotubo/hydrogel compositi per ingegneria tissutale della cartilagine.

Recientemente, se han investigado hidrogeles (alginato, agarosa, glicol de polietileno, etc.) como materiales de curaci&oacute;n de cart&iacute;lago prometedoras. Para mejorar a&uacute;n m&aacute;s las interacciones del material de la c&eacute;lula o propiedades mec&aacute;nicas de estos andamios de hidrogel, se han a&ntilde;adido muchos materiales (tales como nanotubos de carbono o de cer&aacute;mica) para producir compuestos con propiedades a medida. En este estudio, se combinaron nanotubos de roseta (RNTs, nanotubos autoensamblados construidos a partir de pares de bases de ADN), hidrogeles y c&eacute;lulas (espec&iacute;ficamente, fibroblasto-como tipo B synoviocytes [c&eacute;lulas SFB] y condrocitos) mediante una t&eacute;cnica novedosa electrospinning generar tridimensionales andamios implantables para la reparaci&oacute;n de cart&iacute;lago. Lo importante, resultados de este estudio mostraron que electrospun RNT/hidrogel composites mejoraban ambas funciones de la c&eacute;lula y condrocitos SFB. Experimentos de la cultura del RNT/hidrogel composites promovidos SFB diferenciaci&oacute;n condrog&eacute;nica en 2 semanas. Adem&aacute;s, los estudios demostraron que RNTs aumentar la fuerza adhesiva de hidrogel para col&aacute;geno cercenada. Resultados de este estudio as&iacute; proporcionan un andamio nanoestructurados que potenciar la diferenciaci&oacute;n de adherencia, viabilidad y condrog&eacute;nica de la c&eacute;lula SFB comparada con hidrogeles nanosmooth sin RNTs. Este estudio proporcion&oacute; un material regenerativa de cart&iacute;lago alternativa derivado de RNTs que pueden ser directamente electrospun en defectos de cart&iacute;lago (con c&eacute;lulas SFB o condrocitos) a pegarse a la superficie col&aacute;geno cortada y promover la adhesi&oacute;n celular, viabilidad y funciones posteriores.

Roseta autoensambladas compuestos de nanotubos/hidrogel para ingenier&iacute;a de tejidos del cart&iacute;lago.

La progettazione di sistemi di bioreattore ottimale per applicazioni di ingegneria dei tessuti richiede una sofisticata comprensione delle complessit&agrave; dell&#39;ambiente bioreattore e il ruolo che essa svolge nella formazione dei tessuti ingegnerizzati. A tal fine, un modello di crescita di tessuto &egrave; sviluppato per caratterizzare la crescita dei tessuti e la sintesi di matrice extracellulare di condrociti seminato e coltivato su ponteggi acido poliglicolico in un bioreattore con pareti ondulate per un periodo di 4 settimane. Questo modello &egrave; costituito da quattro componenti: (1) un modello di fluidodinamica computazionale (CFD) per caratterizzare il complesso ambiente idrodinamico in bioreattore, (2) un modello di crescita cinetica per caratterizzare la crescita cellulare e dinamiche della produzione di matrice extracellulare, (3) una rete neurale artificiale (ANN) che correla empiricamente parametri idrodinamici con costanti cinetiche e (4) una seconda ANN che correla la composizione biochimica dei costrutti con le propriet&agrave; del materiale. In tandem, questi componenti consentono la previsione delle dinamiche di crescita dei tessuti, come pure le propriet&agrave; composizionali e meccaniche finale della cartilagine ingegnerizzata. La metodologia del modello di crescita sviluppata in questo studio si propone come uno strumento per prevedere le condizioni ottimali di biotrasformazione necessarie per ottenere la propriet&agrave; del tessuto desiderato.

Modellazione del bioreattore ambiente idrodinamico e suoi effetti sulla crescita dei tessuti.

The design of optimal bioreactor systems for tissue engineering applications requires a sophisticated understanding of the complexities of the bioreactor environment and the role that it plays in the formation of engineered tissues. To this end, a tissue growth model is developed to characterize the tissue growth and extracellular matrix synthesis by chondrocytes seeded and cultivated on polyglycolic acid scaffolds in a wavy-walled bioreactor for a period of 4 weeks. This model consists of four components: (1) a computational fluid dynamics (CFD) model to characterize the complex hydrodynamic environment in the bioreactor, (2) a kinetic growth model to characterize the cell growth and extracellular matrix production dynamics, (3) an artificial neural network (ANN) that empirically correlates hydrodynamic parameters with kinetic constants, and (4) a second ANN that correlates the biochemical composition of constructs with their material properties. In tandem, these components enable the prediction of the dynamics of tissue growth, as well as the final compositional and mechanical properties of engineered cartilage. The growth model methodology developed in this study serves as a tool to predict optimal bioprocessing conditions required to achieve desired tissue properties.

Modeling of bioreactor hydrodynamic environment and its effects on tissue growth.

La conception de syst&egrave;mes de bior&eacute;acteur optimale pour les applications d&#39;ing&eacute;nierie tissulaire n&eacute;cessite une compr&eacute;hension sophistiqu&eacute;e des complexit&eacute;s de l&#39;environnement de bior&eacute;acteur et le r&ocirc;le qu&#39;elle joue dans la formation des tissus techniques. &Agrave; cette fin, un mod&egrave;le de croissance du tissu est d&eacute;velopp&eacute; afin de caract&eacute;riser la croissance des tissus et la synth&egrave;se de la matrice extracellulaire par les chondrocytes &eacute;p&eacute;pin&eacute; et cultiv&eacute;s sur des &eacute;chafauds acide polyglycolique dans un bior&eacute;acteur &agrave; parois ondul&eacute;es pour une p&eacute;riode de 4 semaines. Ce mod&egrave;le comprend quatre composantes: (1) un mod&egrave;le de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour caract&eacute;riser l&#39;environnement hydrodynamique complexe dans le bior&eacute;acteur, (2) un mod&egrave;le cin&eacute;tique de croissance pour caract&eacute;riser la croissance cellulaire et dynamique de production de la matrice extracellulaire, (3) un r&eacute;seau de neurones artificiels (ANN) qui corr&egrave;le empiriquement les param&egrave;tres hydrodynamiques avec constantes cin&eacute;tiques et (4) une deuxi&egrave;me ANN qui met en corr&eacute;lation la composition biochimique des constructions avec leurs propri&eacute;t&eacute;s du mat&eacute;riau. Parall&egrave;lement, ces composants permettent la pr&eacute;diction de la dynamique de croissance des tissus, ainsi que les propri&eacute;t&eacute;s finales compositionnelles et m&eacute;caniques du cartilage machin&eacute;. La m&eacute;thodologie de mod&egrave;le de croissance d&eacute;velopp&eacute;e dans cette &eacute;tude sert d&#39;outil pour pr&eacute;dire les conditions optimales de bioproc&eacute;d&eacute;s requises pour atteindre les propri&eacute;t&eacute;s des tissus souhait&eacute;s.

Bahar Bilgen

Department of Orthopaedics

The Warren Alpert Brown Medical School of Brown University and the Rhode Island Hospital

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

Bahar Bilgen

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The Warren Alpert Brown Medical School of Brown University and the Rhode Island Hospital

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

Department of Orthopaedics