이 작품은 (LEN 양쪽) 국민 건강 그랜트 R01 EB - 008836의 연구소와 R01 HL083895으로 후원됩니다. 우리는 우리의 연구 bioreactors을 만들기위한 다릴 스미스 대학의 유리를 불어 만드는 직공을 감사 드리고 수 있습니다.

압력솥 흐름 시스템 및 그림 1과 그림 2에 지시 생물 반응기 구성 요소 (생물 반응기 자체와 실리콘 마개 덮개)의 튜브를 조립하고 압력솥. 튜브를 수유하면 한쪽에있는 커넥터와 반대쪽에 열린 최종 수 있습니다. 세 짧은 튜브 세그먼트는 가스 교환을위한 실리콘 마개를 통해 삽입됩니다. 1. 재봉 PGA 메쉬 <ol><li> 컷 PGA 메쉬 1.1cm로 X ~ 8cm 시트 (생물 반응기의 크기에 따라 다름). </li><li> 증류수 (dH20)와 사용하기 전에 건조 공기와 깨끗한 실리콘 튜브 (3mm 내경). </li><li> 하나의 바늘로 추종하는자가 세 수술 노트로 시작하는 깨끗한 실리콘 튜브 주위 PGA 메쉬를 바느질 Dexon 6.0 치료를 사용합니다. </li></ol> 2. PGA는 표면 처리를 공사장 공중 발판 <ol><li> 1 - 2min과 치료 시간을 기록하고 모든 PGA 공사장 공중 발판에 대해 같은 시간을 사용 1M NaOH의 수영 PGA 공사장 공중 발판. </li><li> 이분 3 회 대한 dH2O 욕조에서 PGA 공사장 공중 발판을 씻어. </li><li> 팻 PGA는 DH 2 O 욕조의 각 수영 사이 Kimwipes와 건조 공사장 공중 발판. </li><li> 조직 문화 후드 아래에 드라이 PGA는 공사장 공중 발판 송풍기와 함께 15 분 동안 건조 공기. </li></ol> 3. 재봉 Dacron의 무기 <ol><li> 2~3밀리미터의 오버랩으로 PGA 메쉬의 각 엔드에 Dacron 손목에 수갑을 (1cm)의 작은 조각을 바느질 Prolene 4.0 치료를 사용합니다. 참고 :주의하지 찔린 실리콘 튜브 (그림 3). </li><li> Dacron과 손목에 수갑의 무료 결국 주변에 3 개의 실밥을 바느질로 동일한 치료를 사용합니다. 5.1 단계 (그림 3) Prolene 봉합사의 자유로운 끝에 충분한 봉합을 떠날 있는지 확인하십시오. </li></ol> 4. 생물 반응기의 어셈블리 (생물 반응기 문화의 시작 전날) <ol><li> 20-30분의 70 % 에탄올 욕조에 수놓은 메쉬와 실리콘 튜브, 수술 도구, 그리고 얇은 철사를 만끽해보세요. </li><li> 사전 조립 최소한 30 분간 70 % 에탄올 욕조에서 생물 반응기 및 잠수함을 포함하고있는 압력솥 파우치를 엽니다. 에탄올과 함께 철저하게 생물 반응기를 플​​러시해야합니다. 70 % 에탄올에 대한 모든 생물 반응기 구성 요소의 노출은 또한 살균 단계입니다. 이 단계는 또한 autoclaving에 의해 제거하고 혈관 세포에 해로운이 아닌 내독소를 제거합니다. </li><li> 그것을 이겨 내길 얇은 와이어를 사용하여 측면 무기를 통해 실리콘 튜브를 당겨. </li><li> (에탄올에 빠져들 메쉬를 유지) 에탄올 욕조 밖으로 생물 반응기를 가져가라. 긴축과 Prolene의 봉합 (그림 3)을 아래로 묶은하여 flared 유리 입술을 통해 Dacron과 손목에 수갑을 체결하여 생물 반응기 내부의 PGA 발판을 수정. </li><li> 실리콘 튜브를 통해 커넥터 생물 반응기 사이드 팔 한쪽을 연결합니다. </li><li> 충분한 긴장과 실리콘 튜브의 다른 측면을 끌어 오기 및 실리콘 튜브에 남아있는 두 커넥터를 삽입합니다. 커넥터를 삽입하면 단단히 실리콘 튜브에 잡아! </li><li> 꽂아의 에탄올 욕조에 생물 반응기와 부드럽게 측면 무기의 커넥터를 철수하여 에탄올을 잔뜩. </li><li> 생물 반응기 뒤집어하고 10 분 동안 흠뻑 젖어 수 있습니다. </li><li> 뒤집기 생물 반응기는 오른쪽 위, 추가 10 분 만끽해보세요. </li><li> 모든 에탄올 드레인. </li><li> 초과 에탄올은 튜브의 끝부분에서 병뚜껑 틈에다 떨어뜨린 저장할 센터 접시에 시리즈 및 장소 생물 반응기에서 3 대 배양 접시 (10 ㎝)을 설정합니다. </li><li> 5ml 또는 10ml의 피펫을 사용하여 조직 문화 물로 생물 반응기와 PGA 메쉬를 플러시. 실리콘 튜브로 또한 플러시 조직 문화 물. </li><li> 철저하게 생물 반응기의 양쪽에 배양 접시에 모든 여분의 물을 배수. </li><li> 에 송풍기 및 자외선 OFF로 후드에서 하룻밤 건조 생물 반응기. </li><li> 추가 참고 : 살균 저어 표시줄이 생물 반응기에 있는지 확인하십시오. ,이 시점에서 생물 반응기를 통해 &quot;가져가&quot;로 오염을 방지하지 않도록하십시오. 많은 parafilm 스트립의를 잘라 작은 70 % 에탄올 목욕 (대형 페트리 접시가 잘 작동)에서 그들을 만끽해보세요. </li></ol> 5. 1 일 : 생물 반응기 설정 <ol><li> 오염 물질의 PGA 비계 내부를 보호하기 위해 각 생물 반응기의 개방을 통해 멸균 배양 접시를 놓습니다. </li><li> 그림 4와 parafilm 모든 연결 관절에 표시된로 생물 반응기에 흐름 시스템을 조립. <ol><li> 알코올 잎사귀와 첫번째 커넥터를 닦아주십시오. </li><li> 생물 반응기의 세 번째 미사용 팔에 주사 포트를 연결합니다. </li><li> 해마의 튜브를 제거하고 가능한 Y - 접합에 가까운 호수로 설정 희석의 푸른 끝을 묶을. 튜브의이 부분에 어떤 액체 전달을 보장하지 곳에서 튜브 클램프를 당겨 </li><li> IV 가방 제거 및 IV 가방의 먼 끝에 바다 코끼리 튜브 (적색)을 연결합니다. 첫번째 알코올로 닦아 삽입 포트를 닦아 있는지 확인하십시오. </li><li> (화이트 엔드 튜브를 통해) 플로우 시스템의 한쪽으로 해마를 연결합니다. </li><li> 플로우 시스템에 3 방향 꼭지를 삽입합니다. </li><li> 압력 변환기를 제거 및 세 방향 꼭지에 연결합니다. </li><li> 가방에 중간 개방에 압력 변환기의 다른 쪽 끝을 연결합니다. </li></ol></li><li> 연결Y - 접합을 통해 흐름을 시스템에 생물 반응기. IV 가방에 350ml 1 %의 fungizone (PBS의 495ml와 함께 믹스 5ml의 fungizone)을 추가 60ml 주사기를 사용하십시오. </li><li> PBS의 흐름을 허용하도록 중지 자지를 조정하여 흐르는 시스템을 플러시 IV 가방 머리를 묶어라. 참고 :이 유출되도록하지 생물 반응기 내부 확인합니다. </li><li> 각 PGA scafffold에 매체와 씨앗의 1.25ml 8 X10 6 SMCs를 (약 합류 T75) 다시 일시 중지합니다. 세포 현탁액이 균일하게 PGA 메쉬의 하단쪽으로뿐만 아니라 프로 골프 (PGA) 메쉬 - Dacron 접합에 병뚜껑 틈에다 떨어뜨린되어 있는지 확인하십시오. </li><li> 알코올로 생물 반응기의 RIM이 옆으로 선회 방지 생물 반응기를 회전을 통해 닦아 닦아주십시오. </li><li> 실리콘 스토퍼 뚜껑 조립 (그림 2) <ol><li> 다시 신중하게 압력솥 가방 껍질, 덮개의 바닥을 노출하지 않도록하고. </li><li> 남성 커넥터에서 수유 관에 주입 포트를 연결합니다. </li><li> 세 공기 포트 각 PTFE 0.20 μm의 필터를 부착합니다. </li><li> 이 과정에서 노출 / 덮개의 아래쪽을 만지지 않도록주의하십시오. </li><li> Parafilm 사출 포트. </li></ol></li><li> 유리 생물 반응기에 실리콘 마개 덮개를 삽입하고 생물 반응기 내부의 공급 튜브가 씨앗 PGA의 공사장 공중 발판을 만지지 있지 않은지 확인하십시오. 뚜껑 주위 Parafilm. </li><li> 인큐베이터 안에 흐름 시스템 (옆에 있습니다)와 생물 반응기를 삽입하여 생물 반응기에게 25-30분위한 5 분마다 회전. </li><li> 로 설명의 4-10 문화 미디어의 400ml (표 1) 생물 반응기 챔버를 입력합니다. 이 배지는 돼지의 설계 동맥의 &quot;최적화&quot;입니다. </li></ol> 6. 일 6-7 : 펌프 켜기하고, 첫 수유 <ol><li> 6-7일에 대한 실리콘 튜브를 통해 펌핑 어떤 타악기없이 정적 씨앗 공사장 공중 발판을 성장. 이 기간 동안 중간 변경하거나 비타민 C의 보완에 대한 필요가 없습니다. </li><li> 펌프를 켜기 전에 PBS 또는 유동 시스템 튜브의 꼬임에 대한 누수가 없는지 확인합니다. </li><li> 흐름 시스템의 펌프의 전원을 켜고 압력이 약 270/-30mmHg 읽는 있도록 펌프 설정을 조정할 수 있는지 확인하십시오. </li><li> 기록 문화 전반에 걸쳐 매일 압력 및 270/-30mmHg에서 압력을 유지합니다. 압력 변환기는 압력을 읽고 모니터를 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. </li></ol> 첫 수유 <ol start="5"><li> 매체 변화와 중소 폐기물 deposal 목적으로 모두 피부를 먹이로 사출 포트 &amp; PTFE 필터를 조립. </li><li> 단단히 펌프에 공급 튜브를 삽입하고 생물 반응기와 먹이 뚜껑에 다른 쪽 끝을의 포트를 공급하는 한쪽 끝을 삽입합니다. 에탄올 잎사귀와 함께 사출 포트를 닦아 있는지 확인하십시오. </li><li> 매체의 200ml를 펌프로 듀얼 방향 Masterflex 펌프를 사용합니다. 다음 생물 반응기에 다시 신선한 매체의 200ml를 펌프에 새로운 먹이 튜브를 사용합니다. 생물 반응기 중간을 다시 펌프 특히 항상 아주 느린 속도로 시작합니다. </li><li> 중간 및 보완의 아스코르비 산의 2x/week을 변경합니다. 아스코르비 산을 추가하려면, 매체 25ml를 가지고 조직 후드에 따로 배치 30ml 주사기를 사용합니다. PBS의 5ml에 아스코르비 산의 25mg을 디졸브 및 필터 0.22 μm의를 통해 필터링합니다. 먼저 이송 관에 멸균 아스코르비 산을 주사 및 이전 버전 제거 25ml 매체를 다시 추가합니다. 중간 제조법은 표 1에 있습니다. </li></ol> 7. 대표 결과 : <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig1.jpg" alt="그림 1"/> 그림 1. 흐름 시스템 조립 튜브 및 커넥터가 위에 표시됩니다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig2.jpg" alt="그림 2"/> 그림 2. 실리콘 스토퍼 덮개 어셈블리 위에 표시됩니다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig3.jpg" alt="그림 3"/> 그림 3. 생물 반응기 조립의 설계도가 위에 표시됩니다. 생물 반응기의 Dacron과 손목에 수갑이 푸른 봉합의 옹이와 유리 무기에 고정 아르 인사이드. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig4.jpg" alt="그림 4"/> 그림 4. 관 그리고 생물 반응기에 연결된 흐름 시스템은 위에 표시됩니다. L/S18 튜브가 Masterflex 펌프에 의해 펌핑하기 때문에 흐름을 운전한다. 압력 변환기는 상류에있는 생물 반응기를 입력하기 전에 압력을 측정합니다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig5.jpg" alt="그림 5"/> 그림 5. 수확 공학 선박의 이미지. 엔지니어링된 선박 불투명으로 표시하고 타악기 조건 8 주 문화 후 약 250μm의 벽 두께를 얻을 수 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig6.jpg" alt="그림 6"/> 그림 6. 공학 선박의 Haematoxylin과 Eosin 스테인드 상호 섹션. A와 B는 각각 선박 8 주 비 펄스와 펄스 수 있습니다.C와 D는 각각 4 주간 아닌 펄스와 펄스 선박입니다. L은 혈관의 luminal 측면을 나타냅니다. 저울 막대가 100μm이다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig7.jpg" alt="그림 7"/> 그림 7. 공학 선박의 크로스 섹션에 대한 콜라겐에 대한 메이슨의 Trichrome 얼룩 (청색). A와 B는 각각 8 주 비 펄스와 펄스 선박입니다. C와 D는 각각 4 주간 아닌 펄스와 펄스 선박입니다. 4 주간의 펄스 선박는 아닌 펄스 대응보다 더 많은 콜라겐을 표시합니다. 화이트 화살표는 혈관에 PGA의 조각을 나머지를 가리 킵니다. 저울 막대가 100μm이다. <img src="/files/ftp_upload/2646/2646fig8.jpg" alt="그림 8"/> 그림 8. 보빈 설계 동맥의 SMC 마커 Immunochemistry의 얼룩이. 평활근 α - 굴지, calponin - 1, 평활근 마이 오신 중쇄 (SMMHC)는 각각 초기, 중간, 그리고 늦은 SMC 수축성 마커입니다. 12 주 문화의 마지막으로, 선박의 세포 벽 표현 SM α - 굴지 및 Calponin - 1 SMMHC의 중간 정도입니다. 저울 막대가 20μm이다. <table border="1"><tbody><tr><td> 구성 요소 </td><td> 양 </td></tr><tr><td> DMEM (DME / 낮은 수정) </td><td> 500 ML </td></tr><tr><td> FBS (태아 소 혈청) 열 inactivated </td><td> 100 ML </td></tr><tr><td> HEPES 1.0 M </td><td> 5ml </td></tr><tr><td> 비타민 C (PBS 또는 DMEM에 용해) </td><td> 25 MG </td></tr><tr><td> 프롤린 / 글리신 / 알라닌 25 mg/25 mg/10 MG (PBS의 5ml에 용해) </td><td> 5ml </td></tr><tr><td> CuSO 4 1.5 μg (PBS의 in1 ML을 해산) </td><td> 1ml </td></tr><tr><td> 페니실린 만 단위에서 G / ML </td><td> 5ml </td></tr><tr><td> 10ng/ml에서 PDGF - BB (혈소판 - 유래 성장 인자 - BB) </td><td> 5μg </td></tr><tr><td> 10ng/ml에서 bFGF (기본 fibroblast의 성장 인자) </td><td> 5μg </td></tr></tbody></table> 표 1. &quot;40-10&quot;매체의 구성 요소는 위의 테이블에 표시됩니다. PDGF - BB와 bFGF를 제외하고 다른 모든 구성 요소를 사용하기 전에 0.2μm 필터를 통해 필터링하는 것입니다.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

공학 선박의 품질은 조직 문화에서 사용 SMCs의 품질에 의해 결정 큰 부분이다. SMC 표현형의 중요한 측면은 수축성 형태, 낮은 통로 번호 및 생물 반응기 내부의 세포 분열 따위에 의해 번식하는 능력이 포함됩니다. 우리는 통로 번호 폴리머 비계에 세포 시딩 시에 P3보다 크지 않아야하는 것이 좋습니다. 또한, 그것은 SMC 소스를 사용하기 전에 mycoplasma 무료 있는지 확인하기 위해 중요합니다. 우리?...

<table border="1"><tbody><tr><th> 시약 / 재료의 이름 </th><th> 공급 업체 </th><th> 카탈로그 번호 </th></tr><tr><td> FBS (태아 소 혈청) 열 Inactivated </td><td> HyClone </td><td> SH30071 </td></tr><tr><td> DMEM </td><td> GIBCO </td><td> 11,885 </td></tr><tr><td> rhFGF - 기본 </td><td> R &amp; B </td><td> 234 - FSE </td></tr><tr><td> rrPDGF - BB </td><td> R &amp; B </td><td> 520 - BB </td></tr><tr><td> Penicilin G </td><td> 시그마 </td><td> 펜나 </td></tr><tr><td> 구리 (II) 황산 </td><td> 시그마 </td><td> C8027 </td></tr><tr><td> Gylcine </td><td> 시그마 </td><td> C8790 </td></tr><tr><td> L - 알라닌 </td><td> 시그마 </td><td> A7469 - 25G </td></tr><tr><td> L - 프롤린 </td><td> 시그마 </td><td> P5607 - 25G </td></tr><tr><td> 아스코르비 산 </td><td> 시그마 </td><td> A4544 - 25G </td></tr><tr><td> HEPES </td><td> 시그마 </td><td> H3375 - 100G </td></tr><tr><td> 실리콘 스토퍼 </td><td> 콜 - 파머 </td><td> 06298-24 </td></tr><tr><td> Masterflex 튜브 L / S </td><td> 콜 - 파머 </td><td> 06508-16, 06508-18 </td></tr><tr><td> Masterflex 펌프 </td><td> 콜 - 파머 </td><td> 7553-80 </td></tr><tr><td> Dacron의 커프스 </td><td> Maquet </td><td> 174406 </td></tr><tr><td> PGA 느낌 </td><td> 콩코디아 </td><td> MO000877 - 01 </td></tr><tr><td> 4-0 1.5 통계 Surgipro II 봉합 </td><td> Syneture </td><td> VP - 557 - X </td></tr><tr><td> 6-0 0.7 메트릭 Dexon의 봉합 </td><td> Syneture </td><td> 7538-11 </td></tr><tr><td> 0.22μm PTFE 필터 </td><td> 워트 먼지 </td><td> 6780-2502 </td></tr><tr><td> 쓰리 웨이 스톱 콕 </td><td> 에드워즈 Lifesciences </td><td> 593WSC </td></tr><tr><td> 압력 변환기 </td><td> 에드워즈 Lifesciences </td><td> PX212 </td></tr><tr><td> IV 가방 </td><td> 백스터 </td><td> R4R2110 </td></tr><tr><td> 살린 희석 세트 </td><td> 화살 </td><td> W20030 </td></tr><tr><td> 실리콘 튜브 </td><td> 세인트 - Gobain </td><td> F05027 </td></tr></tbody></table>

engineering biological-based vascular grafts using a pulsatile bioreactor

많은 노력이 기능 작은 지름 동맥은 무시 재생하는 방법을 개발하고 발전하는데 최선을 다해오고 있습니다. 생리적 환경에서 모두 기계적 및 화학적 자극은 동맥 혈관의 1,2의 적절한 개발 및 기능을 유지하기 위해 필요합니다. 우리의 그룹에 의해 개발된 생물 반응기 문화 시스템은 기본 선박의을 흉내낸 정확하게 제어 화학 기계 환경에서 혈관 재생을 지원하기 위해 설계되었습니다. 우리의 생물 반응기 조립 및 유지 보수 절차는 매우 간단하고 3,4 매우 반복됩니다. 평활근 세포 (SMCs)는 호환 실리콘 튜브를 통해 스레드 및 최대 12 주 동안이나 타악기 자극없이 생물 반응기에서 교양있는 관형 polyglycolic의 산성 (PGA) 메쉬에 씨앗을 품고있다. 일부 이전부터 우리의 생물 반응기를 구분 네 가지 주요 속성이 있습니다. 1) 전용 원시 혈관의 주변 생화학을 시뮬레이트 다른 문화 시스템과는 달리, 우리의 생물 반응기는 또한 문화의 혈관에 순환 방사상 변형을 적용하여 생리 타악기 환경을 만듭니다. 2) 여러 설계 선박은 제어 화학 환경에서 다른 기계 조건 하에서 동시에 교양 수 있습니다. 3) 생물 반응기 쉽게 동물 주입 모델에 대한 설계 선박의 luminal쪽으로 코팅하는 내피 세포의 모노 레이어 (EC)를 수 있습니다. 4) 우리의 생물 반응기는 또한 서로 다른 직경의 크기와 문화 엔지니어링 선박은 특정 직경 크기에 맞게 각 생물 반응기에 맞는 노력을 절약 1mm에서 3mm로 원거리 수 있습니다. 우리의 생물 반응기에서 교양 설계 선박 어느 정도 histologically 원시 혈관을 닮은. 용기 벽의 세포는 평활근 마이 오신 중쇄 (SMMHC) 3 성숙 SMC 수축성 마커를 표현한다. 콜라겐의 상당한 금액이 설계 선박 5 최고의 기계적 강도에 대한 책임있는 세포외 기질 내에 입금됩니다. 생화 학적 분석은 또한 엔지니어링 선박의 콜라겐 함량이 기본 동맥 6에 필적 나타냅니다. 중요한 것은, 타악기 생물 반응기는 지속적으로 동물 모델 3,7 성공적으로 주입 실험을 허용 기계적 성질을 전시 혈관을 재생하고 있습니다. 또한이 생물 반응기는 더욱 비선형 광학 현미경 (NLOM) 8을 사용하여 시간이 지남에 따라 콜라겐 리모델링의 실시간 평가 및 추적, 비 invasively를 허용하도록 수정할 수 있습니다. 결론이 생물 반응기는 기능성 작은 ​​직경 이식 혈관의 재생을 조절 기본 메커니즘을 연구하는 훌륭한 플랫폼 역할을한다.

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Engineering Biological-Based Vascular Grafts Using a Pulsatile Bioreactor

우리 그룹은 심장 혈관 시스템의 생리 타악기의 스트레스가 implantable 작은 직경 혈관 이식을 다시 생성하기 위해 일일 생물 반응기 문화 시스템을 개발했습니다.

타악기 생물 반응기를 사용하여 생물 공학 기반 혈관의 이식

Much effort has been devoted to develop and advance the methodology to regenerate functional small-diameter arterial bypasses. In the physiological ...

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Bioengineering

16.9K 조회수.  Yale University. 우리 그룹은 심장 혈관 시스템의 생리 타악기의 스트레스가 implantable 작은 직경 혈관 이식을 다시 생성하기 위해 일일 생물 반응기 문화 시스템을 개발했습니다.

비디오: Engineering Biological-Based Vascular Grafts Using a Pulsatile Bioreactor

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 transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

조직 공학을위한 이축 기계 로딩 생물 반응기의 설계

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

연구

생체공학

Operation of a Benchtop Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to carefully control temperature, pH, and dissolved oxygen concentrations in particular makes them essential to efficient large scale growth and expression of fermentation products. This video will briefly describe the advantages of the fermentor over the shake flask. It will also identify key components of a typical benchtop fermentation system and give basic instruction on setup of the vessel and calibration of its probes. The viewer will be familiarized with the sterilization process and shown how to inoculate the growth medium in the vessel with culture. Basic concepts of operation, sampling, and harvesting will also be demonstrated. Simple data analysis and system cleanup will also be discussed.

Fermentors are used to increase culture yield and productivity of bioengineered cells. After screening multiple microbial or animal cell culture candidates in shake flasks, the next logical step is to increase the selected culture&#x2019;s biomass with the fermentor. This video demonstrates the setup and operation of a typical benchtop bioreactor system.

벤치 탑 생물 반응기의 운전

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

Nonhuman Primate Lung Decellularization and Recellularization Using a Specialized Large-organ Bioreactor

There are an insufficient number of lungs available to meet current and future organ transplantation needs. Bioartificial tissue regeneration is an attractive alternative to classic organ transplantation. This technology utilizes an organ&#39;s natural biological extracellular matrix (ECM) as a scaffold onto which autologous or stem/progenitor cells may be seeded and cultured in such a way that facilitates regeneration of the original tissue. The natural ECM is isolated by a process called decellularization. Decellularization is accomplished by treating tissues with a series of detergents, salts, and enzymes to achieve effective removal of cellular material while leaving the ECM intact. Studies conducted utilizing decellularization and subsequent recellularization of rodent lungs demonstrated marginal success in generating pulmonary-like tissue which is capable of gas exchange in vivo. While offering essential proof-of-concept, rodent models are not directly translatable to human use. Nonhuman primates (NHP) offer a more suitable model in which to investigate the use of bioartificial organ production for eventual clinical use.
The protocols for achieving complete decellularization of lungs acquired from the NHP rhesus macaque are presented. The resulting acellular lungs can be seeded with a variety of cells including mesenchymal stem cells and endothelial cells. The manuscript also describes the development of a bioreactor system in which cell-seeded macaque lungs can be cultured under conditions of mechanical stretch and strain provided by negative pressure ventilation as well as pulsatile perfusion through the vasculature; these forces are known to direct differentiation along pulmonary and endothelial lineages, respectively. Representative results of decellularization and cell seeding are provided.

Whole-organ decellularization produces natural biological scaffolds that may be used for regenerative medicine. The description of a nonhuman primate model of lung regeneration in which whole lungs are decellularized and then seeded with adult stem cells and endothelial cells in a bioreactor that facilitates vascular circulation and liquid media ventilation is presented.

There are an insufficient number of lungs available to meet current and future organ transplantation needs. Bioartificial tissue regeneration is an ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

소설 보컬 폴드 생물 반응기의 구조 및 특성

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

단일 사용 공압 생물 반응기 시스템을 사용하여 포유 동물 세포의 배양

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

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.

티슈 엔지니어링 혈관 이식 및 이후의 이식을위한 수술 기법<em&gt; 생체</em&gt; 모니터링

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 ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. Collagen has been extensively used for a wide range of biomedical applications and is considered a valid alternative to synthetic materials due to its inherent biocompatibility (i.e., low antigenicity, inflammation, and cytotoxic responses). However, the limited mechanical properties and the related low hand-ability of collagen gels have hampered their use as scaffold materials for vascular tissue engineering. Therefore, the rationale behind this work was first to engineer cellularized collagen gels into a tubular-shaped geometry and second to enhance smooth muscle cells driven reorganization of collagen matrix to obtain tissues stiff enough to be handled.
The strategy described here is based on the direct assembling of collagen and smooth muscle cells (construct) in a 3D cylindrical geometry with the use of a molding technique. This process requires a maturation period, during which the constructs are cultured in a bioreactor under static conditions (without applied external dynamic mechanical constraints) for 1 or 2 weeks. The &#8220;static bioreactor&#8221; provides a monitored and controlled sterile environment (pH, temperature, gas exchange, nutrient supply and waste removal) to the constructs. During culture period, thickness measurements were performed to evaluate the cells-driven remodeling of the collagen matrix, and glucose consumption and lactate production rates were measured to monitor the cells metabolic activity. Finally, mechanical and viscoelastic properties were assessed for the resulting tubular constructs. To this end, specific protocols and a focused know-how (manipulation, gripping, working in hydrated environment, and so on) were developed to characterize the engineered tissues.

In this work, we present a technique for the rapid fabrication of living vascular tissues by direct culturing of collagen, smooth muscle cells and endothelial cells. In addition, a new protocol for the mechanical characterization of engineered vascular tissues is described.

혈관 조직 재생을위한 엔지니어링 3D Cellularized 콜라겐 젤

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

다양한 미생물 커뮤니티의 고밀도 배양위한 새로운 생물 반응기

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

혈관 유래 미세 유체 네트워크의 이미지 유도, 레이저 기반의 제조

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Scaling of Engineered Vascular Grafts Using 3D Printed Guides and the Ring Stacking Method

Coronary artery disease remains a leading cause of death, affecting millions of Americans. With the lack of autologous vascular grafts available, engineered grafts offer great potential for patient treatment. However, engineered vascular grafts are generally not easily scalable, requiring manufacture of custom molds or polymer tubes in order to customize to different sizes, constituting a time-consuming and costly practice. Human arteries range in lumen diameter from about 2.0-38 mm and in wall thickness from about 0.5-2.5 mm. We have created a method, termed the "Ring Stacking Method," in which variable size rings of tissue of the desired cell type, demonstrated here with vascular smooth muscle cells (SMCs), can be created using guides of center posts to control lumen diameter and outer shells to dictate vessel wall thickness. These tissue rings are then stacked to create a tubular construct, mimicking the natural form of a blood vessel. The vessel length can be tailored by simply stacking the number of rings required to constitute the length needed. With our technique, tissues of tubular forms, similar to a blood vessel, can be readily manufactured in a variety of dimensions and lengths to meet the needs of the clinic and patient.

Scalable engineered blood vessels would improve clinical applicability. Using easily sizable 3D-printed guides, rings of vascular smooth muscle were created and stacked into a tubular form, forming a vascular graft. Grafts can be sized to meet the range of human coronary artery dimensions by simply changing the 3D-printed guide size.