この研究は、NIH RO3-EB007299-02およびNSF EPSCoR最初の賞によって部分的にサポートされていました。

1。組織構築の準備細胞集団の拡大、生体材料足場に細胞を播種し、化学シグナル伝達分子の使用による差別化：準備プロセスを構築する組織は、次の3つの主要ステージで構成されています。コンストラクトを調製するための手順は。Hong ら 、デニスらが行った方法に基づいており、マリオンと毛沢東8,9,10されています。 <ol><li>文化とセルラインの拡大、種子骨と3×10 6細胞/ mlの1×10 6細胞/ mlの密度でゼラチンスポンジの上にヒト間葉系幹細胞（MSCsのH）（直径4 mm、3.5 mm厚）の後脂肪形成。 </li><li>脂肪にHのMSCの分化、細胞増殖培地に、0.5μMイソブチル-メチルキサンチン、10μg/ mlのヒト組換えインスリン、および200μMのインドメタシンを1μMのデキサメタゾンからなる脂肪誘導培地を適用する一度細胞が足場上でコンフルエントに表示されます。三日後、その後誘導培地に戻り、24時間の拡張メディアのヒト組換えインスリンの10μg/ mlのでメディアを交換してください。サイクルを3回繰り返し、その後の各2日間の保守メディアでのみ交換します。 </li><li>骨形成を誘導するために、0.1μMのデキサメタゾン、L-アスコルビン酸2phosphateの50μM、および細胞増殖培地中の10mMβ-グリセロリン酸の最終濃度にすることによって骨形成誘導培地を準備します。新鮮な骨メディアごとに二日で置き換えます。 </li></ol> 2。アクチュエータの特性評価アクチュエータの特性は、MRE実験のために不可欠なステップです。 MREは、機械的性質のローカル値を評価するために、機械的せん断波の伝播に依存しているため、これらの機械的振動は、圧電アクチュエータを使用して目的の組織内で生成され、特徴付けする必要があります。図示したエクサ特性評価プロセスのmpleは、図3に示されています。この手順の目的は、有意な振幅（〜250ミクロン）で無害な横波を生成するために、アクチュエータの動きを最適化することである。 <ol><li>実験に先立ち、10 mmの試験管にコンストラクトを囲むように0.5％アガロースゲルを適用します。ゲルの温度は、構造へのダメージを最小限に抑えるために約37°Cなければなりません。 </li><li>アガロースゲル5分室温に設定することができた後、ゲルの表面に圧電曲げモータの先端を挿入します。 </li><li>リジッドサポートにサンプルとアクチュエータを含むチューブを取り付け、東洋機械的なアクチュエータの先端に向かってレーザードップラー振動計のビーム。必要に応じて反射信号を最適化するためのシステムの位置を調整し、反射テープを使用しています。 </li><li>機械的なアクチュエータの期待共振周波数に基づいて、dを掃引するように、ファンクション·ジェネレータを設定するホワイトノイズ信号を20 Vppの動作電圧を使用してesired周波数範囲（すなわち、この実験では20から2000 Hz）です。 </li><li>システムの共振周波数を識別し、y軸として、FFTと速度にプログラムを設定するには、ポリテックVibrosoftプログラムに特徴スペクトルを表示します。 </li><li>変位測定のために、200 Vppの動作電圧を使用して、示された共振周波数で連続的な正弦波を実現するアクチュエータを設定し、ゲルの表面に配信されて生成された変位に注意してください。 y軸として変位とFFTを表示するには、Vibrosoftを設定します。 </li></ol> 3。画像収集<ol><li>アクチュエータの特性評価を完了した後、MRIスキャナの中央にあるサンプルとアクチュエータを配置します。組織構造実験のために、RF信号の送信および受信のために小さく、より高感度のRFコイル（この実験では、すなわち10ミリメートル）を使用します。 （図の手順では、9.4 Tを使用していますトリプル軸勾配を備えた垂直ボア磁石、100 G / cm）です。 </li><li>構造物の位置を識別するためのスカウト画像を取得します。 </li><li>取得のためのパラメータを設定します。 in vitroで矢状スキャンの典型的には1000ミリ秒、20〜40 msのエコー時間0.5〜1.0 mmのスライス厚と、128x128ピクセルのマトリクスサイズは12x10 mm 2の視野の繰り返し時間を持ちます。 </li><li>エラストグラフィのパラメータについては、レーザードップラー振動計の特性によって決定される値にアクチュエータの周波数を設定します。現在の研究では、1つのバイポーラのペアは、50 G / cmの勾配振幅が必要でした。調整する他のパラメータは最初の取得のための0ミリ秒に設定する必要があり、遅延が含まれています。 </li><li>バーストモードとサイクルの頻度と回数を含むエラスト取得パラメータに一致するようにファンクション·ジェネレータのパラメータを調整するようにファンクション·ジェネレータを変更します。また、funcを設定するる·ジェネレータは、外部トリガすることができます。 </li><li>サジタル像については、正のスライス方向になり、スキャンを開始するための運動感を設定します。買収後、画像を確認し、負のスライス方向に感作を変更します。 </li><li>せん断波の画像を生成するための複雑な除算を実行するMATLABプログラムを実行します。 </li><li>せん断波と、位相の折り返しを、可能な限り人工物の存在のイメージを評価します。 </li><li>画像への調整が必要ない場合は、ゼロ秒から特徴づけ、共振周波数の全期間に至るまで8等間隔の値にパラメータ配列のサイズを調整します。 </li><li>正と負の両方のスライス方向のスキャンを取得します。 </li><li>画像が取得されると、画像の配列からせん断波データを生成するために設計され、MATLABプログラムを使用します。 </li></ol> 4。 MRE実験画像処理<ol><li>番目のMREのe最後のステップでは、せん断波画像からせん断剛性を計算することです。三次元データ（2の空間、1時間）を評価し、MATLABのプログラムにデータを置く。 </li></ol> 注 ：平面せん断波、変位とそのラプラシアンの関数として複素数値のせん断弾性係数の推定を可能にする運動デカップリング方程式を仮定すること。アルゴリズムは、有限差分で空間2次微分を近似し、ピクセルごとにせん断弾性係数を計算します。このような複雑な番号から、多​​くの機械的なパラメータはこのようなせん断波速度、波の減衰、せん断剛性、せん断弾性、せん断粘度、等のような推論することができるアルゴリズムはまた、の平均値と標準偏差の関心領域を選択することができます各パラメータが計算されます。 <ol start="2"><li>撮像パラメータは、プログラムの先頭で指定する必要があります。さらに、目elastogramの電子上限は、試料のコントラストを最適化するように調整することができます。 </li></ol> 注 ：プログラムは、ユーザーが回復の忠実さを見積もるため、中間結果を（ローパスフィルタ、方向性フィルタリング後の波形は、時間FFT、ラインプロファイル、などの後の波）を提供します。 <ol start="3"><li>いくつかのパラメータは、関心のある特定の領域内のパラメータの標準偏差である運動の時間周波数、波の伝播方向、等など、低域通過フィルタのレベルとして、この情報に基づいて調整することができますまた、計算の品質の指標。 </li></ol> 5。代表的な結果骨と脂肪細胞構造の開発の4週間にわたって、図4ノートの機械的性質の変化を。 MREは730から820 Hzで行った。両方シードスポンジosteogeni、約3 kPaで始めながら、C向けの組織は、22 kPaの剛性をもたらし、脂肪組織の指示が1 kPaに剛性に減少し、一方。さらに、骨の構造は、研究の最初から最後まで比較して大きさの顕著な減少を示した。エラストグラフィの研究から派生した追加のプロパティを表1に示す。 <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig1.jpg" alt="図1"/> 図1磁気共鳴エラストグラフィのための画像取得プロセス。画像取得時に、パルスシーケンス（a）は（b）はMRIスキャナのバイポーラ勾配パルスでファンクション·ジェネレータの同期を制御します。正と負の方向で切り替えるバイポーラ勾配の買収に続いて、（c）はせん断波のイメージは複雑な除算を使用して生成されます。 <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig2.jpg" alt="図2"/> 組織エンジンのMREの ​​プロセスの図2のフロー図パワードコンストラクト。最初に、細胞は（）は最初の設計プロジェクトに不可欠な人口の大きさに成長し、展開されます。その後、細胞は生体材料足場と化学試薬に播種（b）は分化を信号に適用されています。足場は、その最初の一歩（c）の構造に結合されたアクチュエータの共振周波数を決定することであるMRE、と特徴付けられる。次に、MRI画像（d）はせん断波画像（e）を生成するために取得されます。最後に、アルゴリズムは構成要素のマップの剛性をそのelastogram（f）を得るために適用されます。同時に、構造体は、分化を検証するために組織学的評価（g）を区画されている。 <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig3.jpg" alt="図3"/> 図3アクチュエータの特性評価手順。ゼラチン足場は、0.5％アガロースゲルで囲まれている。サンプルに転送される運動を特徴づけるために、ホワイトノイズは、最初のシステムに送信されます。（1A）、その結果運動はレーザードップラー振動計（1b）を用いて検出される。共振周波数が決定されると、共鳴（2A）で連続正弦波信号は、ゼラチン環境に転送変位（2b）を決定するために送信されます。 <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig4.jpg" alt="図4"/> 図4は、4週間の期間にわたって開発マップを作成します。脂肪細胞（）と骨（O）の構造は、対応する大き​​さとせん断波画像、elastogram、平均せん断剛性と左から右に表示されます。棒グラフとエラーバーの配色とelastogramに対応するためのカラーマップは、関心のある各構造物の地域内の標準偏差を表しています。 <img src="/files/ftp_upload/3618/3618Table1.jpg" alt="表1に"/&gt; 表1。成長の4週間にわたって脂肪と骨関節の構造の機械的性質。

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	<li>Xu, H., Othman, S. F., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+tissue+engineering+using+magnetic+resonance+imaging.">Monitoring tissue engineering using magnetic resonance imaging.</a> J. Biosci. Bioeng. 106, 515-527 (2008).</li><li>Xu, H., Othman, S. F., Hong, L., Peptan, I. A., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+microscopy+for+monitoring+osteogenesis+in+tissue-engineered+construct+in+vitro.">Magnetic resonance microscopy for monitoring osteogenesis in tissue-engineered construct in vitro.</a> Phys. Med. Biol. 51, 719-732 (2006).</li><li>Othman, S. F., Xu, H., Royston, T. J., Magin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+magnetic+resonance+elastography+(microMRE.">Microscopic magnetic resonance elastography (microMRE.</a> Magn. Reson. Med. 54, 605-615 (2005).</li><li>Muthupillai, R., Lomas, D. J., Rossman, P. J., Greenleaf, J. F., Manduca, A., Ehman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+elastography+by+direct+visualization+of+propagating+acoustic+strain+waves.">Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves.</a> Science. 269, 1854-1857 (1995).</li><li>Othman, S. F., Curtis, E. T., Plautz, S. A., Pannier, A. P., Xu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+elastography+monitoring+of+tissue+engineered+constructs.">Magnetic resonance elastography monitoring of tissue engineered constructs.</a> NMR Biomed. , (2011).</li><li>Oliphant, T. E., Manduca, A., Ehman, R. L., Greenleaf, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex-valued+stiffness+reconstruction+for+magnetic+resonance+elastography+by+algebraic+inversion+of+the+differential+equation.">Complex-valued stiffness reconstruction for magnetic resonance elastography by algebraic inversion of the differential equation.</a> Magn. Reson. Med. 45, 299-310 (2001).</li><li>Ringleb, S. I., Chen, Q., Lake, D. S., Manduca, A., Ehman, R. L., An, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+shear+wave:+comparison+to+a+dynamic+shear+material+test.">Quantitative shear wave: comparison to a dynamic shear material test.</a> Magn. Reson. Med. 53, 1197-1201 (2005).</li><li>Hong, L., Peptan, I., Clark, P., Mao, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ex+vivo+adipose+tissue+engineering+by+human+marrow+stromal+cell+seeded+gelatin+sponge.">Ex vivo adipose tissue engineering by human marrow stromal cell seeded gelatin sponge.</a> Ann. Biomed. Eng. 33, 511-517 (2005).</li><li>Dennis, J. E., Haynesworth, S. E., Young, R. G., Caplan, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteogenesis+in+marrow-derived+mesenchymal+cell+porous+ceramic+composites+transplanted+subcutaneously:+effect+of+fibronectin+and+laminin+on+cell+retention+and+rate+of+osteogenic+expression.">Osteogenesis in marrow-derived mesenchymal cell porous ceramic composites transplanted subcutaneously: effect of fibronectin and laminin on cell retention and rate of osteogenic expression.</a> Cell Transplant. 1, 23-32 (1992).</li><li>Marion, N. W., Mao, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesenchymal+stem+cells+and+tissue+engineering.">Mesenchymal stem cells and tissue engineering.</a> Methods Enzymol. 420, 339-361 (2006).</li><li>Rydberg, J., Grimm, R., Kruse, S., Felmlee, J., McCracken, P., Ehman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+spin-echo+magnetic+resonance+elastography+of+the+brain.">Fast spin-echo magnetic resonance elastography of the brain.</a> , 1647-1647 (2001).</li><li>Kruse, S. A., Grim, R. C., Lake, D. S., Manduca, A., Ehman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+EPI+based+3D+MR+elastography+of+the+brain.">Fast EPI based 3D MR elastography of the brain.</a> , 3385-3385 (2006).</li></ol>

著者らは、開示する利害の衝突はありません。

この手順では、組織工学的構造物のためのMREのプロセスは、細胞調製物からelastogramの生成に示されている。組織工学のパイプラインに機械的な非破壊評価手法を適用することによって、それが開発の複数の段階を通じて設計された構成要素の変化を評価することが可能になりました。さらに、MREは、設計組織が ​​そのような拡散、磁化移動、化学シフト解析1として構成し監視す?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 材料名 </td><td> タイプ </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント </td></tr><tr><td> MSCGM-ブレットキット</td><td>試薬</td><td>ロンザ</td><td> PT-3001 </td><td> 4℃保存</td></tr><tr><td> 1XのDPBS </td><td>試薬</td><td>インビトロジェン</td><td> 21600-010 </td><td></td></tr><tr><td> 0.05％トリプシン-EDTA </td><td>試薬</td><td> Gibco社、Invitrogen社</td><td> 25300-054 </td><td> -20℃で保存</td></tr><tr><td>デキサメタゾン</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> D2915 </td><td></td></tr><tr><td> 3 - イソブチル-1 - メチルキサンチン</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> I5879 </td><td> -20℃で保存</td></tr><tr><td>インスリン、ウシ膵臓</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> I6634 </td><td> -20℃で保存</td></tr><tr><td>インドメタシン</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> I7378 </td><td></td></tr><tr><td> Β-グリセロリン酸</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> G9891 </td><td></td></tr><tr><td> L-アスコルビン酸2 - リン酸</td><td>試薬</td><td> Sigma-Aldrich社</td><td> A8960 </td><td></td></tr><tr><td> Gelfoam </td><td>足場</td><td>ファルマシア＆アップジョン株式会社</td><td> 09-0315-08 </td><td></td></tr><tr><td>ヒト間葉幹細胞</td><td>細胞株</td><td>ロンザ</td><td> PT-2501 </td><td></td></tr><tr><td> 9.4T MRスキャナ</td><td>機器</td><td>アジレント</td><td></td><td> 400MHzのWB </td></tr><tr><td> 10ミリメートルリッツコイル</td><td>機器</td><td> Dotyの科学</td><td></td><td></td></tr><tr><td>レーザドップラ振動計</td><td>機器</td><td>ポリテック</td><td> PDV-100 </td><td></td></tr><tr><td> Vibrosoft（20） </td><td>ソフトウェア</td><td>ポリテック</td><td></td><td></td></tr><tr><td>関数発生器</td><td>機器</td><td>アジレント</td><td> AFG 3022B </td><td></td></tr><tr><td>アンプ</td><td>機器</td><td>ピエゾ株式会社</td><td> EPA-104から115 </td><td></td></tr><tr><td>圧電曲げモーター</td><td>機器</td><td>ピエゾ株式会社。 </td><td> T234-A4Cl-203X </td><td></td></tr><tr><td>コンピュータのLinux </td><td>機器</td><td>プロセッサ：インテルCore 2 Duo E8400 メモリ：2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td>コンピュータのWindows </td><td>機器</td><td>プロセッサ：インテルCore 2 Duo E8400 メモリ：2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MATLAB </td><td>ソフトウェア</td><td> Mathworks社、株式会社</td><td></td><td> 2009B </td></tr></tbody></table>

magnetic resonance elastography methodology for the evaluation of tissue engineered construct growth

従来の機械的試験は、しばしば、サンプルの破壊、その結果、長期的組織設計構造の研究の場合には、破壊的なアセスメントの使用は認められません。提案された代替手段は、磁気共鳴エラストグラフィと呼ばれるイメージングプロセスを使用することである。エラストグラフィは、組織の構造と機能を識別するための不可欠なマーカーである地元の機械的特性値（すなわち、複雑なせん断弾性係数）を測定することによって設計された結果を決定するための非破壊法である。評価のための非侵襲的な手段として、磁気共鳴画像法（MRI）など画像診断法と人工構造物のモニタリングは、過去10年間1への関心の高まりを見ている。例えば、拡散とrelaxometryの磁気共鳴（MR）技術は、人工組織の開発2の間の化学的及び物理的性質の変化を特徴づけることができました。で提案する方法次のプロトコルは、小さな軟部組織3の機械的特性を測定するための非侵襲性のMRベースの手法として、微細な磁気共鳴エラストグラフィ（μMRE）を使用します。 MREは、関心のある組織と超音波の機械的アクチュエータを結合し、MRスキャナ4とせん断波の伝播を記録することによって達成されます。最近、μMREは伝統的に破壊的な機械的な巨視的な技術5を使用して測定される本質的な成長の情報を取得する組織工学に応用されている。次の手順では、エラストグラフィは機械アクチュエータと相まって修正ハーンスピンエコーシーケンスで設計された構造体のイメージングによって達成される。図1に示すように、修飾された配列は、外部せん断波の送信で画像取得を同期させます。その後、動きが振動バイポーラのペアを使用することにより感作されています。正と負の運動感作とのイメージのコレクションを次のる、せん断波の画像を生成するデータの複雑な分裂。そして、画像はせん断剛性マップ6を生成するために反転アルゴリズムを用いて評価されています。各ボクセルにおける結果の測定値は、データが動的機械分析7を使用して収集して（R 2&gt; 0.9914）強く相関することが示されています。本研究では、エラストグラフィは、図2に示すように、脂肪細胞と骨の構造にヒト間葉系幹細胞（H MSC）の分化を監視するための組織の開発プロセスに統合されています。

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Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

の手順では、微細な磁気共鳴エラストグラフィ（μMRE）を使用して機械的特性の非侵襲的局所評価を通して脂肪と骨組織設計構造物の設計された結果を監視するための磁気共鳴エラストグラフィの方法論を示しています。

ティッシュエンジニアーコンストラクトの成長評価のための磁気共鳴エラストグラフィの方法論

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

magnetic-resonance-elastography-methodology-for-evaluation-tissue

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.4K ビュー.  University of Nebraska-Lincoln. の手順では、微細な磁気共鳴エラストグラフィ（μMRE）を使用して機械的特性の非侵襲的局所評価を通して脂肪と骨組織設計構造物の設計された結果を監視するための磁気共鳴エラストグラフィの方法論を示しています。

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Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue (EHT)

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or bioartificial scaffold materials, entrapment of cardiac myocytes in hydrogels such as fibrin or collagen and stacking of myocyte monolayers 1. These concepts aim at restoration of compromised cardiac function (e.g. after myocardial infarction) or as experimental models (e.g. predictive toxicology and substance screening or disease modelling). Precise monitoring of cell survival after implantation of engineered heart tissue (EHT) has now become possible using in-vivo bioluminescence imaging (BLI) techniques 2. Here we describe the generation of fibrin-based EHT from a transgenic rat strain with ubiquitous expression of firefly luciferase (ROSA/luciferase-LEW Tg; 3). Implantation is performed into the greater omentum of different rat strains to assess immune responses of the recipient organism following EHT implantation. Comparison of results generated by BLI and the Enzyme Linked Immuno Spot Technique (ELISPOT) confirm the usability of BLI for the assessment of immune responses.

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue EHT

This video demonstrates the use of in vivo bioluminescence imaging to study immune responses after implantation of Engineered Heart Tissue (EHT) in rats.

エンジニア心臓組織の移植後免疫反応の評価（EHT）のための生物発光イメージング

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or ...

生物工学

Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of tri-leaflet polymer valve prostheses. However, identification of a protocol for initial assessment of polymer valve hydrodynamic functionality is paramount during the early stages of the design process. Traditional in vitro pulse duplicator systems are not configured to accommodate flexible tri-leaflet materials; in addition, assessment of polymer valve functionality needs to be made in a relative context to native and prosthetic heart valves under identical test conditions so that variability in measurements from different instruments can be avoided. Accordingly, we conducted hydrodynamic assessment of i) native (n = 4, mean diameter, D = 20 mm), ii) bi-leaflet mechanical (n= 2, D = 23 mm) and iii) polymer valves (n = 5, D = 22 mm) via the use of a commercially available pulse duplicator system (ViVitro Labs Inc, Victoria, BC) that was modified to accommodate tri-leaflet valve geometries. Tri-leaflet silicone valves developed at the University of Florida comprised the polymer valve group. A mixture in the ratio of 35:65 glycerin to water was used to mimic blood physical properties. Instantaneous flow rate was measured at the interface of the left ventricle and aortic units while pressure was recorded at the ventricular and aortic positions. Bi-leaflet and native valve data from the literature was used to validate flow and pressure readings. The following hydrodynamic metrics were reported: forward flow pressure drop, aortic root mean square forward flow rate, aortic closing, leakage&#160;and regurgitant volume, transaortic closing, leakage, and total energy losses. Representative results indicated that hydrodynamic metrics from the three valve groups could be successfully obtained by incorporating a custom-built assembly into a commercially available pulse duplicator system and subsequently, objectively compared to provide insights on functional aspects of polymer valve design.

There has been renewed interest in developing polymer valves. Here, the objectives are to demonstrate the feasibility of modifying a commercial pulse duplicator to accommodate tri-leaflet geometries and to define a protocol to present polymer valve hydrodynamic data in comparison to native and prosthetic valve data collected under near-identical conditions.

トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring

The development of Tissue Engineered Vessels (TEVs) is advanced by the ability to routinely and effectively implant TEVs (4-5 mm in diameter) into a large animal model. A step by-step protocol for inter-positional placement of the TEV and real-time digital assessment of the TEV and native carotid arteries is described here. In vivo monitoring is made possible by the implantation of flow probes, catheters and ultrasonic crystals (capable of recording dynamic diameter changes of implanted TEVs and native carotid arteries) at the time of surgery. Once implanted, researchers can calculate arterial blood flow patterns, invasive blood pressure and artery diameter yielding parameters such as pulse wave velocity, augmentation index, pulse pressures and compliance. Data acquisition is accomplished using a single computer program for analysis throughout the duration of the experiment. Such invaluable data provides insight into TEV matrix remodeling, its resemblance to native/sham controls and overall TEV performance in vivo.

Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring

A step-by-step protocol for the inter-positional placement of Tissue Engineered Vessels (TEVs) into the carotid artery of a sheep using end-to-end anastomosis and real-time digital assessment in vivo until animal sacrifice.

組織工学血管移植片とその後の移植のために手術手技<em&gt;インビボ</em&gt;モニタリング

The development of Tissue Engineered Vessels (TEVs) is advanced by the ability to routinely and effectively implant TEVs (4-5 mm in diameter) into a large ...

Athymic Rat Model for Evaluation of Engineered Anterior Cruciate Ligament Grafts

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without intervention. Current treatment strategies include ligament reconstruction with either autograft or allograft, which each have their associated limitations. Thus, there is interest in designing a tissue-engineered graft for use in ACL reconstruction. We describe the fabrication of an electrospun polymer graft for use in ACL tissue engineering. This polycaprolactone graft is biocompatible, biodegradable, porous, and is comprised of aligned fibers. Because an animal model is necessary to evaluate such a graft, this paper describes an intra-articular athymic rat model of ACL reconstruction that can be used to evaluate engineered grafts, including those seeded with xenogeneic cells. Representative histology and biomechanical testing results at 16 weeks postoperatively are presented, with grafts tested immediately post-implantation and contralateral native ACLs serving as controls. The present study provides a reproducible animal model with which to evaluate tissue engineered ACL grafts, and demonstrates the potential of a regenerative medicine approach to treatment of ACL rupture.

Animal models are important tools for the evaluation of tissue-engineered grafts. This paper presents the protocol for preparing an electrospun biodegradable polymer graft for use in anterior cruciate ligament tissue engineering, as well as a surgical protocol for implantation in a rat model.

エンジニアード前十字靭帯移植片の評価のための無胸腺ラットモデル

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without ...

Engineered 3D Silk-collagen-based Model of Polarized Neural Tissue

Despite huge efforts to decipher the anatomy, composition and function of the brain, it remains the least understood organ of the human body. To gain a deeper comprehension of the neural system scientists aim to simplistically reconstruct the tissue by assembling it in vitro from basic building blocks using a tissue engineering approach. Our group developed a tissue-engineered silk and collagen-based 3D brain-like model resembling the white and gray matter of the cortex. The model consists of silk porous sponge, which is pre-seeded with rat brain-derived neurons, immersed in soft collagen matrix. Polarized neuronal outgrowth and network formation is observed with separate axonal and cell body localization. This compartmental architecture allows for the unique development of niches mimicking native neural tissue, thus enabling research on neuronal network assembly, axonal guidance, cell-cell and cell-matrix interactions and electrical functions.

Insight into the complex actions of the brain requires advanced research tools. Here we demonstrate a novel silk-collagen-based 3D engineered model of neural tissue resembling brain-like architecture. The model can be used to study neuronal network assembly, axonal guidance, cell-cell interactions and electrical activity.

偏神経組織のエンジニア3Dシルクコラーゲンベースモデル

Despite huge efforts to decipher the anatomy, composition and function of the brain, it remains the least understood organ of the human body. To gain a ...

Polyelectrolyte Complex for Heparin Binding Domain Osteogenic Growth Factor Delivery

During reconstructive bone surgeries, supraphysiological amounts of growth factors are empirically loaded onto scaffolds to promote successful bone fusion. Large doses of highly potent biological agents are required due to growth factor instability as a result of rapid enzymatic degradation as well as carrier inefficiencies in localizing sufficient amounts of growth factor at implant sites. Hence, strategies that prolong the stability of growth factors such as BMP-2/NELL-1, and control their release could actually lower their efficacious dose and thus reduce the need for larger doses during future bone regeneration surgeries. This in turn will reduce side effects and growth factor costs. Self-assembled PECs have been fabricated to provide better control of BMP-2/NELL-1 delivery via heparin binding and further potentiate growth factor bioactivity by enhancing in vivo stability. Here we illustrate the simplicity of PEC fabrication which aids in the delivery of a variety of growth factors during reconstructive bone surgeries.

Self-assembled polyelectrolyte complexes (PEC) fabricated from heparin and protamine were deposited on alginate beads to entrap and regulate the release of osteogenic growth factors. This delivery strategy enables a 20-fold reduction of BMP-2 dose in spinal fusion applications. This article illustrates the benefits and fabrication of PECs.

ヘパリン結合ドメイン骨形成成長因子の送達のための高分子電解質複合体

During reconstructive bone surgeries, supraphysiological amounts of growth factors are empirically loaded onto scaffolds to promote successful bone ...

Automated Contraction Analysis of Human Engineered Heart Tissue for Cardiac Drug Safety Screening

Cardiac tissue engineering describes techniques to constitute three dimensional force-generating engineered tissues. For the implementation of these procedures in basic research and preclinical drug development, it is important to develop protocols for automated generation and analysis under standardized conditions. Here, we present a technique to generate engineered heart tissue (EHT) from cardiomyocytes of different species (rat, mouse, human). The technique relies on the assembly of a fibrin-gel containing dissociated cardiomyocytes between elastic polydimethylsiloxane (PDMS) posts in a 24-well format. Three-dimensional, force-generating EHTs constitute within two weeks after casting. This procedure allows for the generation of several hundred EHTs per week and is technically limited only by the availability of cardiomyocytes (0.4-1.0 x 106/EHT). Evaluation of auxotonic muscle contractions is performed in a modified incubation chamber with a mechanical interlock for 24-well plates and a camera placed on top of this chamber. A software controls a camera moved on an XYZ axis system to each EHT. EHT contractions are detected by an automated figure recognition algorithm, and force is calculated based on shortening of the EHT and the elastic propensity and geometry of the PDMS posts. This procedure allows for automated analysis of high numbers of EHT under standardized and sterile conditions. The reliable detection of drug effects on cardiomyocyte contraction is crucial for cardiac drug development and safety pharmacology. We demonstrate, with the example of the hERG channel inhibitor E-4031, that the human EHT system replicates drug responses on contraction kinetics of the human heart, indicating it to be a promising tool for cardiac drug safety screening.

Here, we show the generation of human engineered heart tissue from induced pluripotent stem cells (hiPSC)-derived cardiomyocytes. We present a method to analyze contraction force and exemplary alteration of contraction pattern by the hERG channel inhibitor E-4031. This method shows high level of robustness and suitability for cardiac drug screening.

心臓医薬品安全性スクリーニングのための人間エンジニア心臓組織の自動収縮分析

Cardiac tissue engineering describes techniques to constitute three dimensional force-generating engineered tissues. For the implementation of these ...

Metabolic Support of Excised, Living Brain Tissues During Magnetic Resonance Microscopy Acquisition

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic resonance (MR) microscopy data. While it is possible to perform MR collections on living, excised mammalian tissue, such experiments have traditionally been constrained by resolution limits and are thus incapable of visualizing tissue microstructure. Conversely, MR protocols that did achieve microscopic image resolution required the use of fixed samples to accommodate the need for static, unchanging conditions over lengthy scan times. The current protocol describes the first available MR technique that enables imaging of living, mammalian tissue samples at microscopic resolutions. Such data is of great importance to the understanding of how pathology-based contrast changes occurring at the microscopic level influence the content of macroscopic MR scans such as those used in the clinic. Once such an understanding is realized, diagnostic methods with greater sensitivity and accuracy can be developed, which will translate directly to earlier disease treatment, more accurate therapy monitoring and improved patient outcomes.
While the described methodology focuses on brain slice preparations, the protocol is adaptable to any excised tissue slice given that changes are made to the gas and perfusate preparations to accommodate the tissue&#39;s specific metabolic needs. Successful execution of the protocol should result in living, acute slice preparations that exhibit MR diffusion signal stability for periods up to 15.5 h. The primary advantages of the current system over other MR compatible perfusion apparatuses are its compatibility with the MR microscopy hardware required to attain higher resolution images and ability to provide constant, uninterrupted flow with carefully regulated perfusate conditions. Reduced sample throughput is a consideration with this design as only one tissue slice may be imaged at a time.

The current protocol describes a method by which users can maintain viability of acute hippocampal and cortical slice preparations during the collection of magnetic resonance microscopy data.

代謝サポートの切除、生体脳磁気共鳴顕微鏡集録時に

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic ...

Custom Engineered Tissue Culture Molds from Laser-etched Masters

As the field of tissue engineering has continued to mature, there has been increased interest in a wide range of tissue parameters, including tissue shape. Manipulating tissue shape on the micrometer to centimeter scale can direct cell alignment, alter effective mechanical properties, and address limitations related to nutrient diffusion. In addition, the vessel in which a tissue is prepared can impart mechanical constraints on the tissue, resulting in stress fields that can further influence both the cell and matrix structure. Shaped tissues with highly reproducible dimensions also have utility for in vitro assays in which sample dimensions are critical, such as whole tissue mechanical analysis.
This manuscript describes an alternative fabrication method utilizing negative master molds prepared from laser etched acrylic: these molds perform well with polydimethylsiloxane (PDMS), permit designs with dimensions on the centimeter scale and feature sizes smaller than 25 &#181;m, and can be rapidly designed and fabricated at a low cost and with minimal expertise. The minimal time and cost requirements allow for laser etched molds to be rapidly iterated upon until an optimal design is determined, and to be easily adapted to suit any assay of interest, including those beyond the field of tissue engineering.

Herein we present a rapid, facile, and low-cost method for fabricating custom polydimethylsiloxane molds that can be used for producing hydrogel-based engineered tissues with complex geometries. We additionally describe results from mechanical and histological assessments conducted on engineered cardiac tissues produced using this technique.

カスタム設計されたレーザー エッチングのマスターから培養金型

As the field of tissue engineering has continued to mature, there has been increased interest in a wide range of tissue parameters, including tissue ...

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the tissue motion and infer or quantify the underlying biomechanical characteristics. For abdominal aortic aneurysms (AAA), biomechanical properties such as changes in the tissue's elastic modulus and estimates of the tissue stress may be essential for assessing the need for the surgical intervention. Abdominal aortic aneurysms US elastography could be a useful tool to monitor AAA progression and identify changes in biomechanical properties characteristic of high-risk patients.
A preliminary goal in the development of an AAA US elastography technique is the validation of the method using a physically relevant model with known material properties. Here we present a process for the production of AAA tissue-mimicking phantoms with physically relevant geometries and spatially modulated material properties. These tissue phantoms aim to mimic the US properties, material modulus, and geometry of the abdominal aortic aneurysms. Tissue phantoms are made using a polyvinyl alcohol cryogel (PVA-c) and molded using 3D printed parts created using computer aided design (CAD) software. The modulus of the phantoms is controlled by altering the concentration of PVA-c and by changing the number of freeze-thaw cycles used to polymerize the cryogel. The AAA phantoms are connected to a hemodynamic pump, designed to deform the phantoms with the physiologic cyclic pressure and flows. Ultra sound image sequences of the deforming phantoms allowed for the spatial calculation of the pressure normalized strain and the identification of mechanical properties of the vessel wall. Representative results of the pressure normalized strain are presented.

Here we describe a method to manufacture aneurysmal, aortic tissue-mimicking phantoms for the use in testing ultrasound elastography. The combined use of computer-aided design (CAD) and 3-dimensional (3D) printing techniques produce aortic phantoms with predictable, complex geometries to validate the elastographic imaging algorithms with controlled experiments.

腹部大動脈組織模倣ヒドロゲル製造超音波エラストグラフィ検証用ファントム

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...