Die Autoren danken Reiner Schultheiss und Wolfgang Schaden für ihre Inspiration für dieses Modell. Wir danken Christian Dorfmüller für seine enormen Anstrengungen aller Zeit zu unserer Forschung zu unterstützen. Vielen Dank an Robert Göschl und Hans Hohenegger für die sorgfältige technische Umsetzung unserer Ideen!

Ethische Genehmigung Nach Einholung schriftlicher Einwilligung der Patienten wurden aus Nabelschnüren Kaiserschnitt in der Abteilung für Frauenheilkunde für die Isolierung von menschlichen Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVECs) erhalten. Die Erlaubnis wurde von der Ethikkommission der Medizinischen Universität Innsbruck (Nr. UN4435) gegeben. 1. Vorbereiten des IVSWT Wasserbad <ol><li> Planen 3,5 l Leitungswasser in einem geeigneten Behälter. Wasser muss auf 37 ° C erhitzt werden (siehe Protokoll Nr. 6). </li><li> Füllen Sie das Wasser in das Wasserbad, bis der Wasserstand ca. 3 cm unter den Rand. Wohlgemerkt, um die Membran vollständig mit Wasser zu bedecken. Dies wird etwa die vorbereitete 3,5 L. erfordern </li><li> Verbinden des Temperatursensors mit der Stromversorgung. </li><li> Setzen Sie den Sensor in die vorgesehene Anschluss an der Rückwand des Wasserbades. </li><li> Verbinden Erhitzen auf Stromversorgung des Temperatursensors. Tun Sie dies nicht tun, ohneWasser in der Badewanne, wie die Heizung würde das Plexiglas schmelzen. </li><li> Warten bis das Wasser eine stabile Temperatur von 37 ° C erreicht hat Rühren Sie das Wasser regelmäßig mit irgendeiner Art von Stick auf konstante Temperatur während des Wasserbades zu gewährleisten. </li></ol> 2. Bereiten Zellen und Kulturflaschen <ol><li> Samenzellen über Nacht bei gewünschten Dichte in T25 Kulturflaschen oder Kultur werden die Zellen direkt in den Kolben, bis sie die gewünschte Konfluenz erreicht haben. </li><li> Vor dem Experiment, richten Sie die Flaschen senkrecht. </li><li> Füllen Sie die Kulturflaschen mit Kulturmedium, bis direkt unter den Hals. Nicht zu viel Medium in die Kolben als Medium in Kontakt, um den Hals oder der Verschlusskappe füllen würde nicht kontaminiert werden. </li><li> Schrauben Sie die Flaschen mit festen Kappen ohne Filter, um eine Kontamination von Wasser zu verhindern. Dagegen, dass das Wasser in dem Bad und das Bad selbst nicht steril sind. </li><li> Verschließen Sie die Kappen mit Parafilm vor dem Einsetzen in das Wasserbad. </li> &lt;li&gt; Fix verschlossenen Kulturflaschen in der vorgesehenen Ständer. </li><li> Legen Sie fest Kolben in ein Wasserbad. Darauf achten, dass die Mitte der Zellkulturflasche ist auf der gleichen Höhe wie die Mitte der Stoßwellenapplikator Membran. Eine Linie, an der Seite des Bades führt Sie. </li></ol> 3. Behandlungsparameter definieren <ol><li> Abstand zwischen Stoßwellenquelle und der Probe bestimmen. Identifizieren perfekte Behandlungsparameter, indem die Parameter Befund Pilotversuch, wie in Abbildung 6 beschrieben. </li><li> Wählen Sie die richtigen Behandlungsparameter (Energieflussdichte, Frequenz) auf dem Stoßwellengerät. Auch hier beziehen sich auf die 6. </li></ol> 4. Shock Wave Anwendungs <ol><li> Setzen viele Mengen von im Handel erhältlichen Ultraschallübertragungs Gel auf der Stoßwellenapplikator als auch auf der Membran des Wasserbades. Dies ist, um die Kopplung zu sichern. Keine Luft oder Luftblasen zwischen dem Applikator und der Membran seines würde Schockwellen zu absorbieren. </li><li> Schließen Applikator an der Membran und halten Sie es in der Mitte der Membran stabil. Achten Sie darauf, dass sie horizontal ausgerichtet. </li><li> Sicherstellen, dass die korrekte vertikale Position der Sonde innerhalb des Wasserbades im Einklang mit der angegebenen Markierung an der Seite des Bades ist. </li><li> Halten Zentren des Applikators und des Kolbens stabil in einer horizontalen Linie. </li><li> Aktivierung der Stoßwellen-Vorrichtung und Anwendung der Impulse, während die Kulturflasche sowie den Applikator in einer stabilen Position während des gesamten Verfahrens. </li></ol> 5. Nach Behandlung <ol><li> Nehmen Sie die Kulturkolben aus dem Wasserbad. </li><li> Trocknen Sie es mit gemeinsamen Papierhandtücher. </li><li> Wischen Sie die Flasche genau mit Desinfektionsmittel. </li><li> Parafilm entfernen Dicht und Mütze. </li><li> Pipettieren Sie die Medium in den Kolben in Zentrifugenröhrchen. </li><li> Zentrifugieren Sie entsprechend. Zentrifugieren Parameter sind abhängig von der verwendeten Zelltyp, <em&gt; ZB. für HUVECs, verwenden Sie 290 g bei Raumtemperatur. </li><li> Hinzufügen von 5 ml Zellkulturmedium in den Kolben. Resuspendieren des Zellpellets zentrifugiert, mit 2 ml Zellkulturmedium. Pipettieren Sie die Suspension in den Messkolben. So müssen Zellfragmente oder Zellen, die während der Behandlung abgenommen worden sind, können nicht verloren gehen. </li></ol> Fallstricke <ol><li> Herstellung, wie auch die Behandlung sollte unter sterilen Bedingungen in laminarer Strömung durchgeführt, um eine Kontamination der Zellkultur verhindern. </li><li> Gute Zellkultur Praxis wird empfohlen, um eine Kontamination der Proben zu vermeiden. Insbesondere Desinfektion von der Außenseite der Flaschen ist stark, bevor sie sie wieder in den Inkubator zu empfehlen. Das Wasserbad, als auch das Wasser im Inneren, ist nicht steril! </li><li> Sie den Ofen an die Stromversorgung anschließen, es sei denn das Wasserbad wird mit Wasser gefüllt, um eine Beschädigung der Plexiglas gebaut Bad zu vermeiden. </li><li> Verwenden Sie großzügige Mengen von Ultraschall-Gel auf die Schockwelle appleige, um eine ordnungsgemäße Kupplung und Wellenausbreitung in das Bad zu garantieren. Air und auch kleine Luftblasen zu tun absorbieren Stoßwellen! </li><li> Lage der Sonden in dem Wasserbad in Bezug auf den Applikator auf die Behandlung des gesamten Wachstumsbereich zu gewährleisten. </li><li> Sonden zu tief in das Wasser tauchen Sie nicht, um eine Kontamination zu vermeiden. </li></ol>

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	<li>Haupt, G., Haupt, A., Ekkernkamp, A., Gerety, B., Chvapil, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+shock+waves+on+fracture+healing.">Influence of shock waves on fracture healing.</a> Urology. 39, 529-532 (1992).</li><li>Schaden, W., Fischer, A., Sailler, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracorporeal+shock+wave+therapy+of+nonunion+or+delayed+osseous+union.">Extracorporeal shock wave therapy of nonunion or delayed osseous union.</a> Clin. Orthop. Relat. Res. 387, 90-94 (2001).</li><li>Schaden, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shock+wave+therapy+for+acute+and+chronic+soft+tissue+wounds:+a+feasibility+study.">Shock wave therapy for acute and chronic soft tissue wounds: a feasibility study.</a> J. Surg. Res. 143, 1-12 (2007).</li><li>Tepek&#246;yl&#252;, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shock+wave+treatment+induces+angiogenesis+and+mobilizes+endogenous+CD31/CD34-positive+endothelial+cells+in+a+hindlimb+ischemia+model:+Implications+for+angiogenesis+and+vasculogenesis.">Shock wave treatment induces angiogenesis and mobilizes endogenous CD31/CD34-positive endothelial cells in a hindlimb ischemia model: Implications for angiogenesis and vasculogenesis.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 146, 971-978 (2013).</li><li>Nishida, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracorporeal+cardiac+shock+wave+therapy+markedly+ameliorates+ischemia-induced+myocardial+dysfunction+in+pigs+in+vivo.">Extracorporeal cardiac shock wave therapy markedly ameliorates ischemia-induced myocardial dysfunction in pigs in vivo.</a> Circulation. 110, 3055-3061 (2004).</li><li>Fukumoto, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracorporeal+cardiac+shock+wave+therapy+ameliorates+myocardial+ischemia+in+patients+with+severe+coronary+artery+disease.">Extracorporeal cardiac shock wave therapy ameliorates myocardial ischemia in patients with severe coronary artery disease.</a> Coron. Artery Dis. 17, 63-70 (2006).</li><li>Gotte, G., Amelio, E., Russo, S., Marlinghaus, E., Musci, G., Suzuki, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-time+non-enzymatic+nitric+oxide+synthesis+from+L-arginine+and+hydrogen+peroxide+induced+by+shock+waves+treatment.">Short-time non-enzymatic nitric oxide synthesis from L-arginine and hydrogen peroxide induced by shock waves treatment.</a> FEBS Lett. 520, 153-155 (2002).</li><li>Wang, F. S., Wang, C. J., Huang, H. J., Chung, H., Chen, R. F., Yang, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+shock+wave+mediates+membrane+hyperpolarization+and+Ras+activation+for+osteogenesis+in+human+bone+marrow+stromal+cells.">Physical shock wave mediates membrane hyperpolarization and Ras activation for osteogenesis in human bone marrow stromal cells.</a> Biochem. Biophys. Res. Commun. 287, 648-655 (2001).</li><li>Mittermayr, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracorporeal+shock+wave+therapy+(ESWT)+minimizes+ischemic+tissue+necrosis+irrespective+of+application+time+and+promotes+tissue+revascularization+by+stimulating+angiogenesis.">Extracorporeal shock wave therapy (ESWT) minimizes ischemic tissue necrosis irrespective of application time and promotes tissue revascularization by stimulating angiogenesis.</a> Ann. Surg. 253, 1024-1032 (2011).</li><li>Baker, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+the+mouse+aortic+ring+assay+to+study+angiogenesis.">Use of the mouse aortic ring assay to study angiogenesis.</a> Nat. Protoc. 22, 89-104 (2011).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die Bedeutung der vorgeschlagenen Modell zur in-vitro Stoßwellenbehandlung ist die Tatsache, dass die Wellen kann nach dem Passieren der Zellkultur im Gegensatz zu existierenden Modellen ausbreiten. Dadurch können störende physikalische Effekte wie Zugkräfte vermieden werden. Das Modell ähnelt mehr in vivo-Bedingungen als die von anderen Anwendung direkt Wellen, ihre Zellkulturflaschen. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Möglichkeit der Änderung des Abstandes zwischen...

Stoßwellen sind Schalldruckwellen, die sich aus einer plötzlichen Freisetzung von Energie, zB. wie Donner, wenn der Blitz. In der Medizin Schockwellen sind seit über 30 Jahren in der Lithotripsie für die Behandlung von Nierensteinen eingesetzt. Da die Zufallsbefund Darmbein Verdickung in Lithotripsie Patienten in den frühen 1980er Jahren wurden erste Studien durchgeführt, um die Wirkung der Stoßwellenbehandlung (SWT) auf die Knochenheil 1 auszuwerten. Beeindruckende Ergebnisse verbessert die Heilung von Röhrenknochen Pseudarthrosen konnte 2 beobachtet werden. Anschließend wurden Hinweise auf Weichteilwunden 3 erweitert. Die Grundlagenforschung Ergebnisse zeigten, dass Stoßwellen nicht dazu führen, eine biologische Reiz auf das Zielgewebe ohne Folgeschäden. Freisetzung von angiogenetischen Wachstumsfaktoren (z. B. VEGF, PIGF, FGF) durch deutliche Angiogenese gefolgt. Dies führte zu einem weiteren Ausbau der Beschilderung in Richtung ischämischen Pathologien. Unsere Gruppe und andere zeigten die positive effect von SWT auf ischämische Herzerkrankung im Tiermodell als auch in klinischen Studien 4-6. Jedoch der genaue Mechanismus, wie die physikalischen Stimulus von SWT in ein biologisches Signal (mechanotransduction) übersetzt weitgehend unbekannt. Da das Interesse in SWT aus verschiedenen Bereichen der Medizin kontinuierlich zunimmt, ist die Suche nach dem Mechanismus immer mehr und intensiver. Daher werden in vitro Experimente Schockwelle an Bedeutung. Neben der Reduktion von Tierversuchen und Wirtschaftlichkeit kann der größte Vorteil von In-vitro-Stoßwellenbehandlung (IVSWT) die Möglichkeit, das Studium der spezifische Verhalten eines bestimmten Zelltyp sein. In Stoßwellen vermittelten Geweberegeneration wahrscheinlich alle Zellen des behandelten Gewebes beteiligt sind, auch systemische Effekte werden diskutiert. Dennoch spielt jeder Zelltyp eine spezifische Rolle und hat seine eigene innere Funktion. IVSWT ermöglicht es uns, diese spezielle Funktion ein Erfassungsnd gibt uns dadurch ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden komplexen Prozessen. Das heutige Wissen über die Wirkung der Stoßwellen auf Zellkulturen umfasst die Zunahme der Verbreitung, Veränderung der Zellmembran-Rezeptoren, die Erhöhung und Beschleunigung der Zelldifferenzierung, die Freisetzung von Wachstumsfaktoren und chemo Lockstoffe sowie erhöhte Zellmigration 7-9. Störende physikalische Effekte in den meisten in-vitro-Modelle sind verschiedene Verfahren zur Anwendung von Stoßwellen auf Zellkulturen beschrieben. Diese Tatsache führt zu dem Problem, dass es sehr schwierig ist, Ergebnisse zu vergleichen, als physikalische Bedingungen des Zellstimulation sehr unterschiedlich zwischen diesen Modellen sind. In der Regel konzentrieren sich alle bestehenden Modelle für die Schockwellen auf Zellen besten anzuwenden. Allerdings bleibt die Frage: Was passiert mit den Wellen nach dem Passieren der Zellkultur? Das Hauptproblem ist, dass die Differenz der akustischenImpedanz des Zellkulturmediums und der Umgebungsluft ist so hoch, dass mehr als 99% der Stoßwellen reflektiert zu werden 1. Aufgrund der Differenz in der akustischen Impedanz der beiden Medien die Wellen nicht nur reflektiert, sondern eine Phasenverschiebung von 180 ° auf, was zu starken Zugkräfte auf die Zellen Fig. 2 beschrieben. Akustische Impedanz als das Produkt aus der Dichte des Materials und seiner Schallgeschwindigkeit Z = ρ x C definiert. Wasser für die akustische Impedanz ZWater = 1.440.000 Ns / m 3 für Luft ist es nur 420 Ns / m 3. Die große Differenz der beiden Werte ergibt sich Reflexion und die Phasenverschiebung von Stoßwellen. Die Phasenverschiebung stellt sich eine positive Druckimpuls in eine Zug-Welle. Auch wenn diese Zugkraft ist nicht schädlich für die Zellen, stört es mit der Idee der Nachahmung in vivo Stoßwelleneffekte in vitro. In vivo dieseZugkräfte kaum durch große Körperstrukturen auftreten. Darüber hinaus kann die Rücklaufwellen stören auch die ankommenden Einsen. Dies kann Störungen verursachen. Zwei Arten von Störungen sind bekannt. Konstruktive Interferenz bedeutet, dass beide Wellen aufgenommen wodurch sich verdoppelt Amplitude Abbildung 3. Destruktive Interferenz tritt auf, wenn Wellen treffen diametral entgegengesetzt. Es verursacht Abschaffung der Wellen (3). Daher muss IVSWT ein Modell, das Schockwellen ermöglicht, nach dem Passieren der Zellkultur vermehren. IVSWT Wasserbad Überlegungen im Anschluss an die oben genannten Bedenken führen uns zu einer Wasser-Bad-Design zur Vermeidung der beschriebenen Probleme Abbildung 4. Grundsätzlich besteht es aus einem Plexiglas-Behälter gebaut mit einer Membran, jede Art von Stoßwellenapplikator verbinden. Zur Kopplung zwischen dieser Membran und der Applikator Ultraschallübertragung gel zu verwenden. Das Wasserbad wird mit entgastem Wasser gefüllt ist, um Kavitation, die auftreten würde, wenn Gas in dem Wasser gelösten vermeiden. Eine Heizvorrichtung am Boden mit einem Temperatursensor mit einer Steuereinheit verbunden ermöglicht Temperatur Nachahmung in vivo-Bedingungen zu regulieren und Zellkulturen zu vermeiden, um sich während des Verfahrens zu kühlen. Die Temperatur kann bei 37 Grad Celsius stabil gehalten werden, wie es in einem Inkubator getan. Ein Halter für die Zellproben können zum Eintauchen jede Art von Kulturkolben oder Röhrchen. Dabei muss das Probengefäß vollständig mit Kulturmedium gefüllt werden, wie Luftblasen würde Schockwellen blockieren! Eine keilförmige Absorber an der Rückwand des Bades selbst zerstört Wellen um nicht reflektiert und laufen zurück um Störungen zu vermeiden bekommen. Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen IVSWT Modelle ist die Möglichkeit der Änderung des Abstandes zwischen dem Applikator und den Kulturflaschen. Die Ergebnisse unserer Gruppe und andere, die verwenden dieses Modell eindeutig swie, dass jeder Zelltyp reagiert sehr spezifisch auf verschiedene Behandlungsparameter. Außerdem ist entscheidend definiert den Abstand zwischen der Quelle der Wellen und der Probe ermöglicht es, die Zellen zu steuern, um an einer bestimmten Position in Bezug auf den Schwerpunkt der Stoßwellenapplikator sein.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="2002">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">Orthogold shock wave device</td>
			<td colspan="2" style="width:756px;">Tissue Regeneration Technologies, Woodstock, GA &#8211; manufactured by MTS-Europe GmbH, Konstanz, Germany</td>
			<td style="width:827px;"></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">IVSWT Water Bath V2.0</td>
			<td style="width:537px;">Johann Hohenegger - Technical Products</td>
			<td style="width:219px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">EBM-2 Basal Medium 500 m +EGM-2 SingleQuot Suppl.&#38;Growth Factors</td>
			<td style="width:537px;">Lonza</td>
			<td style="width:219px;">CC-3156 &#38; CC-4176</td>
			<td>This medium was used for the shown experiments with HUVECs to fill the cell culture flask. For other cell types, use the recommended medium.</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;"><a href="http://www.labplanet.com/pechiney-parafilm-m-pm996.html">Pechiney&#160;Parafilm M PM996</a></td>
			<td style="width:537px;">Pechiney Plastic Packaging</td>
			<td>PH-LF-PM996-EA at labplanet.com</td>
			<td>for sealing flasks</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">Falcon Serological pipets 25ml</td>
			<td style="width:537px;">Becton Dickinson Labware</td>
			<td style="width:219px;">357525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">CellMate II Serological Pipette&#160;</td>
			<td style="width:537px;">Matrix Technologies</td>
			<td style="width:219px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">Skintact Ultrasonic Gel</td>
			<td style="width:537px;">Skintact</td>
			<td style="width:219px;">UL-01 250 ml</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">T25 cell culture flasks</td>
			<td style="width:537px;">COSTAR</td>
			<td style="width:219px;">3056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">mikrozid disinfectant</td>
			<td style="width:537px;">Sch&#252;lke</td>
			<td style="width:219px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">3,5l degassed water</td>
			<td style="width:537px;"></td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:420px;">paper towels</td>
			<td style="width:537px;"></td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

shock wave application to cell cultures

Stoßwellen sind heute bekannt für ihre regenerierende Wirkung bekannt. Die Grundlagenforschung Ergebnisse zeigten, dass Stoßwellen nicht dazu führen, eine biologische Reiz auf Zellen oder Gewebe gezielt ohne Folgeschäden. Daher sind in vitro-Experimenten von zunehmendem Interesse. Verschiedene Methoden der Anwendung von Stoßwellen auf Zellkulturen beschrieben. In der Regel konzentrieren sich alle bestehenden Modelle für die Schockwellen auf Zellen besten anzuwenden. Allerdings bleibt die Frage: Was passiert mit den Wellen nach dem Passieren der Zellkultur? Der Unterschied der akustischen Impedanz des Zellkulturmediums und der Umgebungsluft ist so hoch, dass mehr als 99% der Stoßwellen reflektiert zu werden! Wir haben daher ein Modell entwickelt, das im Wesentlichen aus einem Plexiglas-Behälter gebaut, die die Wellen im Wasser nach dem Passieren der Zellkultur ausbreiten kann. Dies vermeidet Kavitation Effekte sowie Reflexion der Wellen, die sonst stören würden kündigte. With diesem Modell sind wir in der Lage, in vivo-Bedingungen zu imitieren und dadurch gewinnen mehr und mehr Wissen darüber, wie die physikalischen Reiz von Stoßwellen wird in einer biologischen Zelle Signal (&quot;mechanotransduction&quot;) übersetzt.

Mit dem beschriebenen Verfahren angewendet wir Schockwellen der menschlichen Nabelschnur-Endothelzellen (HUVECs), die wir zuvor aus der Nabelschnur isoliert. Nabelschnüre wurden von elektiven Kaiserschnitte erhalten. HUVECs wurden bei einem Zusammenfluss von 90% in einer T25-Zellkulturflasche mit einer elektrohydraulischen Stoßwellentherapiesystem behandelt. Behandlungsparameter waren eine Energieflussdichte von 0,1 mJ / mm 2 und einer Frequenz von 5 Hz ist. 300 Impulse wurden a...

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Shock Wave Application to Cell Cultures

Stoßwellen sind heute bekannt für ihre regenerierende Wirkung bekannt. Daher in vitro-Experimenten sind von zunehmendem Interesse. Wir haben daher ein Modell entwickelt, für die in vitro-Studien Schockwelle (IVSWT), die es uns ermöglicht, in vivo-Bedingungen dadurch vermeiden störende physikalische Effekte zu imitieren.

Shock Wave Anwendung auf Zellkulturen

Shock waves nowadays are well known for their regenerative effects. Basic research findings showed that shock waves do cause a biological stimulus to ...

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12.6K Aufrufe.  Innsbruck Medical University.  Stoßwellen sind heute bekannt für ihre regenerierende Wirkung bekannt. Daher in vitro-Experimenten sind von zunehmendem Interesse. Wir haben daher ein Modell entwickelt, für die in vitro-Studien Schockwelle (IVSWT), die es uns ermöglicht, in vivo-Bedingungen dadurch vermeiden störende physikalische Effekte zu imitieren. 

Serie: Shock Wave Application to Cell Cultures

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Entwurf eines zyklischen Druck Bioreaktor für die Ex Vivo Studium der Aorten-Herzklappen

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Forschung

Biotechnik

Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim to use these principles to create tissues with predefined collagen architectures. A full understanding of the exact underlying processes of collagen remodeling to control the final tissue architecture, however, is lacking. In particular, little is known about the (re)orientation of collagen fibers in response to changes in tissue mechanical loading conditions. We developed an in&#160;vitro model system, consisting of biaxially-constrained myofibroblast-seeded fibrin constructs, to further elucidate collagen (re)orientation in response to i) reverting biaxial to uniaxial static loading conditions and ii) cyclic uniaxial loading of the biaxially-constrained constructs before and after a change in loading direction, with use of the Flexcell FX4000T loading device. Time-lapse confocal imaging is used to visualize collagen (re)orientation in a nondestructive manner.
Cell and collagen organization in the constructs can be visualized in real-time, and an internal reference system allows us to relocate cells and collagen structures for time-lapse analysis. Various aspects of the model system can be adjusted, like cell source or use of healthy and diseased cells. Additives can be used to further elucidate mechanisms underlying collagen remodeling, by for example adding MMPs or blocking integrins. Shape and size of the construct can be easily adapted to specific needs, resulting in a highly tunable model system to study cell and collagen (re)organization.

This model system starts from a myofibroblast-populated fibrin gel that can be used to study endogenous collagen (re)organization real-time in a nondestructive manner. The model system is very tunable, as it can be used with different cell sources, medium additives, and can be adapted easily to specific needs.

Ingenieurwesen Fibrin-basierten Tissue Konstrukte von Myofibroblasten und Anwendung von Constraints und abseihen to Cell und Collagen (Re) Organisation Induce

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim ...

Tissue Engineering of Tumor Stromal Microenvironment with Application to Cancer Cell Invasion

3D organotypic cultures of epithelial cells on a matrix embedded with mesenchymal cells are widely used to study epithelial cell differentiation and invasion. Rat tail type I collagen and/or matrix derived from Engelbreth-Holm-Swarm mouse sarcoma cells have been traditionally employed as the substrates to model the matrix or stromal microenvironment into which mesenchymal cells (usually fibroblasts) are populated. Although experiments using such matrices are very informative, it can be argued that due to an overriding presence of a single protein (such as in type I Collagen) or a high content of basement membrane components and growth factors (such as in matrix derived from mouse sarcoma cells), these substrates do not best reflect the contribution to matrix composition made by the stromal cells themselves. To study native matrices produced by primary dermal fibroblasts isolated from patients with a tumor prone, genetic blistering disorder (recessive dystrophic epidermolysis bullosa), we have adapted an existing native matrix protocol to study tumor cell invasion. Fibroblasts are induced to produce their own matrix over a prolonged period in culture. This native matrix is then detached from the culture dish and epithelial cells are seeded onto it before the entire coculture is raised to the air-liquid interface. Cellular differentiation and/or invasion can then be assessed over time. This technique provides the ability to assess epithelial-mesenchymal cell interactions in a 3D setting without the need for a synthetic or foreign matrix with the only disadvantage being the prolonged period of time required to produce the native matrix. Here we describe the application of this technique to assess the ability of a single molecule expressed by fibroblasts, type VII collagen, to inhibit tumor cell invasion.

Tissue engineered fibroblast-derived native matrix is an emerging tool to generate a stromal substrate which supports epithelial cell proliferation and differentiation. Here a protocol applying this methodology to assess the impact of different stromal cell types on tumor cell biology is presented.

Tissue Engineering von Tumor-Stroma-Mikromilieu mit Anwendung auf die Invasion von Krebszellen

3D organotypic cultures of epithelial cells on a matrix embedded with mesenchymal cells are widely used to study epithelial cell differentiation and ...

In Vitro Model of Physiological and Pathological Blood Flow with Application to Investigations of Vascular Cell Remodeling

Vascular disease is a common cause of death within the United States. Herein, we present a method to examine the contribution of flow dynamics towards vascular disease pathologies. Unhealthy arteries often present with wall stiffening, scarring, or partial stenosis which may all affect fluid flow rates, and the magnitude of pulsatile flow, or pulsatility index. Replication of various flow conditions is the result of tuning a flow pressure damping chamber downstream of a blood pump. Introduction of air within a closed flow system allows for a compressible medium to absorb pulsatile pressure from the pump, and therefore vary the pulsatility index. The method described herein is simply reproduced, with highly controllable input, and easily measurable results. Some limitations are recreation of the complex physiological pulse waveform, which is only approximated by the system. Endothelial cells, smooth muscle cells, and fibroblasts are affected by the blood flow through the artery. The dynamic component of blood flow is determined by the cardiac output and arterial wall compliance. Vascular cell mechano-transduction of flow dynamics may trigger cytokine release and cross-talk between cell types within the artery. Co-culture of vascular cells is a more accurate picture reflecting cell-cell interaction on the blood vessel wall and vascular response to mechanical signaling. Contribution of flow dynamics, including the cell response to the dynamic and mean (or steady) components of flow, is therefore an important metric in determining disease pathology and treatment efficacy. Through introducing an in vitro co-culture model and pressure damping downstream of blood pump which produces simulated cardiac output, various arterial disease pathologies may be investigated.

In Vitro Model of Physiological and Pathological Blood Flow with Application to Investigations of Vascular Cell Remodeling

This protocol replicates physiological or pathological blood flow in vitro to aid in determining cell response in disease pathologies. By introducing a pressure damping chamber downstream of a blood pump, blood flow across the vasculature can be recapitulated and imposed on a monolayer of vascular endothelium or a mimetic co-culture.

In-vitro-Modell von physiologischen und pathologischen Blutfluss mit Anwendung auf Untersuchungen der Gefäßzell Remodeling

Vascular disease is a common cause of death within the United States. Herein, we present a method to examine the contribution of flow dynamics towards ...

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block co-polymers featuring cholesterol units as side-chain pendant groups, resulting in smectic-A (SmA) liquid crystal elastomers (LCEs). Foam-like scaffolds, prepared using metal templates, feature interconnected microchannels, making them suitable as 3D cell culture scaffolds. The combined properties of the regular structure of the metal foam and of the elastomer result in a 3D cell scaffold that promotes not only higher cell proliferation compared to conventional porous templated films, but also better management of mass transport (i.e., nutrients, gases, waste, etc.). The nature of the metal template allows for the easy manipulation of foam shapes (i.e., rolls or films) and for the preparation of scaffolds of different pore sizes for different cell studies while preserving the interconnected porous nature of the template. The etching process does not affect the chemistry of the elastomers, preserving their biocompatible and biodegradable nature. We show that these smectic LCEs, when grown for extensive time periods, enable the study of clinically relevant and complex tissue constructs while promoting the growth and proliferation of cells.

This study presents a methodology to prepare 3D, biodegradable, foam-like cell scaffolds based on biocompatible side-chain liquid crystal elastomers (LCEs). Confocal microscopy experiments show that foam-like LCEs allow for cell attachment, proliferation, and the spontaneous alignment of C2C12s myoblasts.

Synthese von biokompatiblen Liquid Crystal Elastomerschäume als Zellgerüste für 3D Spatial Zellkulturen

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

Large-area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment and Its Application to Substrate Fabrication for Cell Culture Studies

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of nanometer-scale features. Historically, a major drawback of scanning probe lithography has been the intrinsically low throughput of single probe systems. This has been tackled by the use of arrays of multiple probes to enable increased nanolithography throughput. In order to implement such parallelized nanolithography, the accurate alignment of probe arrays with the substrate surface is vital, so that all probes make contact with the surface simultaneously when lithographic patterning begins. This protocol describes the utilization of polymer pen lithography to produce nanometer-scale features over centimeter-sized areas, facilitated by the use of an algorithm for the rapid, accurate, and automated alignment of probe arrays. Here, nanolithography of thiols on gold substrates demonstrates the generation of features with high uniformity. These patterns are then functionalized with fibronectin for use in the context of surface-directed cell morphology studies.

Here we present a protocol for wide-area scanning probe nanolithography enabled by the iterative alignment of probe arrays, as well as the utilization of lithographic patterns for cell-surface interaction studies.

Großflächige Scan Sonde Nanolithografie erleichtert durch automatische Ausrichtung und seine Anwendung auf Substrat Herstellung für Zell-Kultur-Studien

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of ...

Establishing Single-Cell Based Co-Cultures in a Deterministic Manner with a Microfluidic Chip

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases including cancer. However, it is challenging to clarify the complex mechanism of intercellular interactions in highly heterogeneous cell populations using conventional co-culture systems because the heterogeneity of the cell subpopulation is obscured by the average values; the conventional co-culture systems can only be used to describe the population signal, but are incapable of tracking individual cells behavior. Furthermore, conventional single-cell experimental methods have low efficiency in cell manipulation because of the Poisson distribution. Microfabricated devices are an emerging technology for single-cell studies because they can accurately manipulate single cells at high-throughput and can reduce sample and reagent consumption. Here, we describe the concept and application of a microfluidic chip for multiple single-cell co-cultures. The chip can efficiently capture multiple types of single cells in a culture chamber (~46%) and has a sufficient culture space useful to study the cells&#39; behavior (e.g., migration, proliferation, etc.) under cell-cell interaction at the single-cell level. Lymphatic endothelial cells and oral squamous cell carcinoma were used to perform a single-cell co-culture experiment on the microfluidic platform for live multiple single-cell interaction studies.

This report describes a microfluidic chip-based method to set up a single cell culture experiment in which high-efficiency pairing and microscopic analysis of multiple single cells can be achieved.

Etablierung von Single-Cell-basierten Kokulturen auf deterministischem Weg mit einem mikrofluidischen Chip

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases ...

Increasing Durability of Dissociated Neural Cell Cultures Using Biologically Active Coralline Matrix

Cultures of dissociated hippocampal neuronal and glial cells are a valuable experimental model for studying neural growth and function by providing high cell isolation and a controlled environment. However, the survival of hippocampal cells in vitro is compromised: most cells die during the first week of culture. It is therefore of great importance to identify ways to increase the durability of neural cells in culture.
Calcium carbonate in the form of crystalline aragonite derived from the skeleton of corals can be used as a superior, active matrix for neural cultures. By nurturing, protecting, and activating glial cells, the coral skeleton enhances the survival and growth of these cells in vitro better than other matrices.
This protocol describes a method for cultivating hippocampal cells on a coralline matrix. This matrix is generated by attaching grains of coral skeletons to culture dishes, flasks, and glass coverslips. The grains assist in improving the environment of the cells by introducing them to a fine three-dimensional (3D) environment to grow on and to form tissue-like structures. The 3D environment introduced by the coral skeleton can be optimized for the cells by grinding, which enables control over the size and density of the grains (i.e., the matrix roughness), a property that has been found to influence glial cells activity. Moreover, the use of grains makes the observation and analysis of the cultures easier, especially when using light microscopy. Hence, the protocol includes procedures for generation and optimization of the coralline matrix as a tool to improve the maintenance and functionality of neural cells in vitro.

Dissociated hippocampal cell culture is a pivotal experimental tool in neuroscience. Neural cell survival and function in culture is enhanced when coralline skeletons are used as matrices, due to their neuroprotective and neuromodulative roles. Hence, neural cells grown on coralline matrix show higher durability, and thereby are more adequate for culturing.

Erhöhung der Haltbarkeit dissoziierter neuronaler Zellkulturen unter Verwendung biologisch aktiver Korallenmatrix

Cultures of dissociated hippocampal neuronal and glial cells are a valuable experimental model for studying neural growth and function by providing high ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and cancer biology. An in vitro cell culture assay is often used to learn about the contribution of different tryptophan catabolites in a disease mechanism and for testing therapeutic strategies. Cell culture medium that is rich in secreted metabolites and signaling molecules reflects the status of tryptophan metabolism and other cellular events. New protocols for the reliable quantification of multiple kynurenines in the complex cell culture medium are desired to allow for a reliable and quick analysis of multiple samples. This can be accomplished with liquid chromatography coupled with mass spectrometry. This powerful technique is employed in many clinical and research laboratories for the quantification of metabolites and can be used for measuring kynurenines.
Presented here is the use of liquid chromatography coupled with single quadrupole mass spectrometry (LC-SQ) for the simultaneous determination of four kynurenines, i.e., kynurenine, 3-hydroxykynurenine, 3-hydroxyanthranilic, and xanthurenic acid in the medium collected from in vitro cultured cancer cells. SQ detector is simple to use and less expensive compared to other mass spectrometers. In the SQ-MS analysis, multiple ions from the sample are generated and separated according to their specific mass-to-charge ratio (m/z), followed by the detection using a Single Ion Monitoring (SIM) mode.
This paper draws the attention on the advantages of the reported method and indicates some weak points. It is focused on critical elements of LC-SQ analysis including sample preparation along with chromatography and mass spectrometry analysis. The quality control, method calibration conditions and matrix effect issues are also discussed. We described a simple application of 3-nitrotyrosine as one analog standard for all target analytes. As confirmed by experiments with human ovary and breast cancer cells, the proposed LC-SQ method&#160;generates reliable results and can be further applied to other in vitro cellular models.

Described here is a protocol for the determination of four different tryptophan metabolites generated in the kynurenine pathway (kynurenine, 3-hydroxykynurenine, xanthurenic acid, 3-hydroxyanthranilic acid) in the medium collected from cancer cell cultures analyzed by liquid chromatography coupled with a single quadrupole mass spectrometry.

Gleichzeitige Quantifizierung ausgewählter Kynurenine, analysiert durch Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...

Application of Atomic Force Microscopy to Detect Early Osteoarthritis

Biomechanical properties of cells and tissues not only regulate their shape and function but are also crucial for maintaining their vitality. Changes in elasticity can propagate or trigger the onset of major diseases like cancer or osteoarthritis (OA). Atomic force microscopy (AFM) has emerged as a strong tool to qualitatively and quantitatively characterize the biomechanical properties of specific biological target structures on a microscopic scale, measuring forces in a range from as small as the piconewton to the micronewton. Biomechanical properties are of special importance in musculoskeletal tissues, which are subjected to high levels of strain. OA as a degenerative disease of the cartilage results in the disruption of the pericellular matrix (PCM) and the spatial rearrangement of the chondrocytes embedded in their extracellular matrix (ECM). Disruption in PCM and ECM has been associated with changes in the biomechanical properties of cartilage. In the present study we used AFM to quantify these changes in relation to the specific spatial pattern changes of the chondrocytes. With each pattern change, significant changes in elasticity were observed for both the PCM and ECM. Measuring the local elasticity thus allows for drawing direct conclusions about the degree of local tissue degeneration in OA.

We present a method to investigate early osteoarthritic changes at the cellular level in articular cartilage by using atomic force microscopy (AFM).

Anwendung der Atomkraftmikroskopie zur Erkennung früher Osteoarthritis

Biomechanical properties of cells and tissues not only regulate their shape and function but are also crucial for maintaining their vitality. Changes in ...