이 연구는 NIH RO3-EB007299-02 및 NSF EPSCoR 첫 수상에 의해 부분적으로 지원되었다.

1. 조직 구조 준비 조직은 준비 과정을 구성하는 세 가지 주요 단계로 구성되어 화학 신호 분자의 사용을 통해 세포 인구의 팽창, biomaterial 발판 진입 세포 퍼뜨리고, 그리고 차별화. 구조 준비 절차는 데니스 외., 홍콩 외., 그리고 메리 언과 마오 8,9,10 실시 방법에 따라 달라집니다. <ol><li> 문화와 세포 라인의 확장, 종자 뼈 및 3x10 6 셀 / ML에 대한 1x10 6 셀 / ML의 밀도에 젤라틴 스폰지 진입 인간 mesenchymal 줄기 세포 (H MSCS) (4 밀리미터 직경 3.5 밀리미터 두께)에 대한 후 지방 형성. </li><li> 지방에 H MSCS의 차별 화를 위해, 셀 확장 매체에 1 μm의의 dexamethasone, 0.5 μm의 이소 부틸-methylxanthine, 10 μg / ML 인간 재조합 - 인슐린, 200 μm의 제품 인도 메 타신 구성된 지방 유도 매체를 적용일단 세포가 발판에 합류 나타납니다. 사흘 뒤에, 10 μg / 24 시간 동안 확장 매체에서 인간 재조합-인슐린 ML 후 유도 매체로 돌아가 함께 미디어를 교체하십시오. 주기를 세 번 반복하고 이틀 유지 보수 언론에서만 교환. </li><li> osteogenesis를 유도하기 위해, 0.1 μm의의 dexamethasone, L-아스코르비 산 - 2phosphate 50 μm의, 그리고 셀 확장 매체에서 10 밀리미터 β-glycerophosphate의 최종 농도함으로써 osteogenic 유도 미디어를 준비합니다. 신선한 osteogenic 미디어 이틀로 바꿉니다. </li></ol> 2. 액추에이터 특성화 액츄에이터의 특성은 MRE (군용 식품)의 실험을위한 중요한 단계입니다. MRE (군용 식품)는 기계적 특성의 로컬 값을 평가하기 위해 기계적인 전단 파도의 전파에 의존하므로 이러한 기계적 진동이 압전 액츄에이터를 사용하여 관심있는 조직 내에서 생성 및 특성화해야합니다. 그림 EXA특성화 과정의 mple은 그림 3에 표시됩니다. 이 절차의 목표는 상당한 amplitudes (~ 250 미크론)에 무해한 전단 파도를 생성하기 위해 액츄에이터의 움직임을 최적화하는 것입니다. <ol><li> 실험에 앞서, 10mm 테스트 튜브 구조를 묶으 0.5 % 아가로 오스 겔을 적용합니다. 겔의 온도는되어야 약 37 ° C 구조에 손상을 최소화합니다. </li><li> 아가로 오스 겔 오분은 실온에서 설정할 수 있도록하면 젤의 표면에 압전 굽힘 모터의 끝부분을 삽입합니다. </li><li> 엄격한 지원 샘플 및 액츄에이터를 포함한 튜브를 부착하고, 동양 기계 액츄에이터의 끝 방향으로 레이저 도플러 진동계의 빔. 필요한 경우 반사 신호를 최적화하는 시스템의 위치를​​ 조정, 반사 테이프를 사용합니다. </li><li> 기계식 액추에이터의 예상 공진 주파수를 바탕으로 d를 청소하기 위해 함수 발생기를 설정백색 잡음 신호와 함께 20 VPP의 작동 전압을 사용하여 esired 주파수 범위 (즉, 본 실험에서는 20-2000 Hz에서). </li><li> 시스템의 공진 주파수를 식별하고 y 축은로 FFT와 속도로 프로그램을 설정하는 Polytec Vibrosoft 프로그램을 특성화 스펙트럼을 봅니다. </li><li> 변위 측정을위한 200 VPP의 작동 전압을 사용하여 지정된 공진 주파수에서 연속적인 정현파를 제공하기 위해 액츄에이터를 설정하고, 젤의 표면에 전달되는 생성된 변위를 적어 둡니다. y 축은 같은 변위와 FFT를 표시 Vibrosoft을 설정합니다. </li></ol> 3. 이미지 수집 <ol><li> 액추에이터 특성화 완료 후 MRI 스캐너의 중앙에있는 샘플 및 액추에이터를 놓습니다. 조직 구조 실험의 경우 RF 신호의 전송 및 수신을위한 작고 더 민감한 RF 코​​일 (이 실험에서 즉 10mm)을 사용합니다. (표시된 절차는 9.4 T를 사용하여수직 구멍 자석은 삼중 축 기울기, 100 G / ㎝)가 장착되어. </li><li> 구조 위치의 식별을위한 정찰 이미지를 취득. </li><li> 인수에 대한 매개 변수를 설정합니다. 체외 화살 검사에서 전형적인 1000 MS, 20-40 MS, 0.5-1.0 mm와 128x128 픽셀의 매트릭스 크기가 12x10 mm 2의 전망 분야의 슬라이스 두께의 반향 시간의 반복 시간을해야합니다. </li><li> elastography 매개 변수의 경우 레이저 도플러 진동계의 특성에 의해 결정 값으로 액추에이터 주파수를 설정합니다. 현재 학문에서는, 바이폴라 쌍은 50 G / cm의 기울기 진폭으로 필요했다. 조정하는 다른 매개 변수는 초기 취득 제로 밀리초로 설정해야 지연을 포함합니다. </li><li> 모드를 파열과 주파수 및주기의 수를 포함하여 elastography 인수​​ 매개 변수에서 일치하도록 함수 발생기의 매개 변수를 조정하기 위해 함수 발생기를 변경합니다. 또한, FUNC을 설정기 발전기는 외부 트리거해야합니다. </li><li> 화살 이미지, 긍정적인 슬라이스 방향이어야하며 스캔을 시작 모션 sensitization을 설정합니다. 취득 후, 이미지를 확인하고 부정적인 슬라이스 방향으로 sensitization을 변경합니다. </li><li> 전단 파 이미지의 생성을 위해 복잡한 분할을 수행합니다 MATLAB 프로그램을 실행합니다. </li><li> 전단 파도와 같은 위상 포장 가능한 유물의 존재에 대한 이미지를 평가합니다. </li><li> 이미지에 어떤 조정이 필요 없다면 0 초에서 특징인 공명 주파수의 전체 기간에 이르기까지 여덟 동일 간격 값으로 매개 변수 배열의 크기를 조정합니다. </li><li> 긍정과 부정적인 슬라이스 방향 모두에서 스캔을 습득. </li><li> 이미지가 획득되면, 이미지의 배열에서 전단 웨이브 데이터 생성을위한 MATLAB 프로그램을 사용합니다. </li></ol> 4. MRE (군용 식품) 실험 영상 처리 <ol><li> 일MRE (군용 식품)의 전자 마지막 단계는 가위 웨이브 이미지에서 전단 강성을 계산하는 것입니다. 입체 데이터 세트 (2 공간적, 1 현세)을 평가할 것입니다 MATLAB 프로그램에 데이터를 배치. </li></ol> 참고 : 평면 전단 파, 변위 및 라플라스의 함수로 복잡한 - 가치 전단 계수의 평가를 허용 모션 decouple의 방정식을 가정함으로써. 알고리즘은 유한 차와 공간적 초 파생 상품을 대략하고 픽셀별로 픽셀 단위로 전단 계수를 계산합니다. 이 복잡​​한 숫자에서 많은 기계적인 매개 변수는 알고리즘도 허용 등의 전단 파 속도, 전파 감쇠, 전단 강성, 전단 탄성, 전단 점도 등의 추론 수있는 관심 영역의 선정있는 대한의 평균 및 표준 편차 각 매개 변수가 계산됩니다. <ol start="2"><li> 이미징 매개 변수는 프로그램의 시작 부분에 지정해야합니다. 또한, 일elastogram의 전자 상한은 샘플에서 명암을 최적화하기 위해 조정할 수 있습니다. </li></ol> 참고 :이 프로그램은 사용자가 복구 신실을 추정하는 데 도움이 중간 결과 (로우 패스 필터 후 파도 방향 필터링, 현세의 FFT, 라인 프로파일 등 뒤에 파도)을 제공합니다. <ol start="3"><li> 일부 매개 변수는 이러한 관심의 특정 지역에서 매개 변수의 표준 편차는 로우 - 패스 필터, 운동의 시간적 주파수, 전파의 전파의 방향 등의 수준으로이 정보를 기반으로 조정할 수 있습니다 또한 계산의 품질 지표. </li></ol> 5. 대표 결과 그림 4는 메모 osteogenic 및 adipogenic 구조 개발 4 주 전역의 기계적 성질의 변화. MRE (군용 식품)는 730-820 Hz에서 실시되었다. 두 씨앗을 품고 스폰지는 약 3 kPa, osteogeni에서 시작하는 동안C 감독의 조직은 22 kPa의 강성 결과, 지방은 1 kPa까지 강성으로 감소 조직을 감독, 반면. 또한, osteogenic 구조가 연구의 처음부터 끝까지 비해 크기가 주목할만한 감소를 보여주었다. elastography 연구에서 파생된 추가적인 특성은 표 1에 표시됩니다. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig1.jpg" alt="그림 1"/> 그림 1. 자기 공명 elastography위한 이미지 수집 과정입니다. 이미지 수집하는 동안 펄스 시퀀스 ()는 (b)는 MRI 스캐너의 양극성 그라디언트 펄스와 함수 발생기의 동기화를 제어합니다. 긍정적이고 부정적인 방향으로 토글 양극성 그라디언트 취득 후, (다) 전단 파 이미지는 복잡한 분할을 사용하여 생산하고 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig2.jpg" alt="그림 2"/> 조직 엔진 MRE (군용 식품) 과정을 그림 2. 흐름 다이어그램ered 구조. 첫째, 세포 ()는 첫번째 재배 및 설계 프로젝트를위한 필수적인 인구의 크기로 확대됩니다. 그렇다면 전지 biomaterial 비계 및 화학 시약쪽으로 씨앗 (B)가 분화 신호를 적용합니다. 공사장 공중 발판은 그의 첫 번째 단계 (C) 구조로 결합 액츄에이터의 공진 주파수의 결정이다 MRE (군용 식품)와 특징. 다음으로, MRI 영상 (D)은 전단 파 이미지 (E)를 생성하기 위해 찾았습니다. 마지막으로, 알고리즘은 elastogram를 얻을 수에 적용됩니다 (F) 매핑 구조의 강성. 동시에, 구조는 차별의 유효성을 검사하기 위해 histological 평가 (G)에 대해 sectioned 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig3.jpg" alt="그림 3"/> 그림 3. 액츄에이터 특성화 절차. 젤라틴 발판은 0.5 % 아가로 오스 겔에 의해 포함되어 있습니다. 샘플로 전송되는 움직임을 특성화하기 위해 화이트 노이즈가 먼저 시스템에 전송됩니다(1A) 및 결과 동의안은 레이저 도플러 진동계 (1B)를 사용하여 감지됩니다. 공진 주파수가 결정되면 공명의 연속 정현파 신호 (2A) 젤라틴 환경에 전송된 변위를 (2B) 결정하기 위해 전송됩니다. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig4.jpg" alt="그림 4"/> 그림 4. 사주 기간 동안 개발지도를 구축. Adipogenic ()과 osteogenic (O) 구조가 왼쪽에서 해당 크기 및 전단 파 이미지, elastogram, 평균 전단 강성과 오른쪽에 표시됩니다. 막대 차트와 오차 막대의 색 구성표와 elastogram에 해당위한 colormap 관심의 각 구조의 영역 내에서 표준 편차를 나타냅니다. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618Table1.jpg" alt="표 1"/&gt; 표 1. 성장의 4 주간의 기간 동안 지방과 osteo 구조의 기계적 성질.

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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>

저자가 공개하는 흥미 아무런 충돌이 없습니다.

이 절차에서는 조직 공학 구조를위한 MRE (군용 식품)의 과정은 세포 준비 과정에서 elastogram의 세대 증명하고 있습니다. 조직 엔지니어링 파이프라인에 비파괴 기계적 평가 방법을 적용함으로써, 개발의 여러 단계에 걸쳐 엔지니어링 구조의 변화를 평가하는 지금은 가능합니다. 조작 모니터링 조직 등 확산, 자화 전송, 화학 시프트 분석 1로 구성하고 위해 또한, MRE (군용 식품)는 다른 MR 방...

<table border="1"><tbody><tr><td> 자재 명칭 </td><td> 유형 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 </td></tr><tr><td> MSCGM - 총알 키트 </td><td> 시약 </td><td> Lonza </td><td> PT-3001 </td><td> 4에서 저장 ° C </td></tr><tr><td> 1X의 DPBS </td><td> 시약 </td><td> Invitrogen </td><td> 21600-010 </td><td></td></tr><tr><td> 0.05 % 트립신-EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산) </td><td> 시약 </td><td> Gibco, Invitrogen </td><td> 25300-054 </td><td> -20 ° C에서 저장 </td></tr><tr><td> Dexamethasone </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> D2915 </td><td></td></tr><tr><td> 3 - 이소 부틸-1-methylxanthine </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> I5879 </td><td> -20 ° C에서 저장 </td></tr><tr><td> 인슐린 - 소의 췌장 </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> I6634 </td><td> -20 ° C에서 저장 </td></tr><tr><td> 인도 메 타신 </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> I7378 </td><td></td></tr><tr><td> Β-Glycerophosphate </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> G9891 </td><td></td></tr><tr><td> 2 - 인산 L-아스코르비 산 </td><td> 시약 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> A8960 </td><td></td></tr><tr><td> Gelfoam </td><td> 발판 </td><td> Pharmacia &amp; Upjohn 주식 회사 </td><td> 09-0315-08 </td><td></td></tr><tr><td> 인간 mesenchymal 줄기 세포 </td><td> 세포주 </td><td> Lonza </td><td> PT-2501 </td><td></td></tr><tr><td> 9.4T MR 스캐너 </td><td> 장비 </td><td> 애질런트 </td><td></td><td> 400MHz WB </td></tr><tr><td> 10mm Litz 코일 </td><td> 장비 </td><td> 늙어 빠진 과학 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 레이저 도플러 진동계 </td><td> 장비 </td><td> Polytec </td><td> PDV-100 </td><td></td></tr><tr><td> Vibrosoft (20) </td><td> 소프트웨어 </td><td> Polytec </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 함수 발생기 </td><td> 장비 </td><td> 애질런트 </td><td> 아프가 니스탄 3022B </td><td></td></tr><tr><td> 증폭기 </td><td> 장비 </td><td> 압전 INC </td><td> EPA - 104-115 </td><td></td></tr><tr><td> 압전 굽힘 모터 </td><td> 장비 </td><td> 압전 INC. </td><td> T234-A4Cl-203X </td><td></td></tr><tr><td> 컴퓨터 리눅스 </td><td> 장비 </td><td> 프로세서 : 인텔 코어 2 듀오 E8400 메모리 : 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 컴퓨터 윈도우 </td><td> 장비 </td><td> 프로세서 : 인텔 코어 2 듀오 E8400 메모리 : 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MATLAB </td><td> 소프트웨어 </td><td> Mathworks, INC </td><td></td><td> 2009b </td></tr></tbody></table>

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

전통적인 기계적인 테스트는 종종 시료의 파괴​​에 결과 및 연구를 구축 설계 장기적인 조직의 경우에는 파괴적인 평가의 사용은 허용되지 않습니다. 제안된 대안은 자기 공명 elastography라는 이미징 프로세스의 사용이다. Elastography는 조직의 구조와 기능을 식별하는 데 필수 마커가 지방 기계적 성질 값 (즉, 복합 전단 계수)를 측정하여 공학 결과를 결정하기위한 비파괴 방법입니다. 평가를위한 비침 투 수단으로서, 그러한 자기 공명 영상 (MRI)와 같은 이미징 modalities와 엔지니어링 구조의 모니터링은 지난 10 년 1 증가하고 관심을 보여줬습니다. 예를 들어, 보급 및 relaxometry의 자기 공명 (MR) 기술은 엔지니어링 조직 개발이 중 화학 및 물리적 특성의 변화를 특징 짓는 수 있었다. 에서 제안된 방법다음과 같은 프로토콜이 작은 부드러운 조직 3의 기계적 성질을 측정하는 비침 투 MR 기반 기술로 미세한 자기 공명 elastography (μMRE)를 사용합니다. MRE (군용 식품)은 관심의 조직과 음파 기계 액츄에이터를 커플링 및 MR 스캐너 4 전단 웨이브 전파를 기록함으로써 이루어진다. 최근 μMRE은 전통적으로 파괴적인 기계 매크로 기법 5를 사용하여 측정하는 필수적인 성장 정보를 얻기 위해 조직 공학에 적용되었습니다. 다음 절차에서는 elastography는 기계식 액추에이터와 결합 수정 돼야 해 한이 스핀 - 에코 시퀀스와 엔지니어링 구조의 영상을 통해 이루어진다. 그림 1에 나타난 바와 같이, 수정된 순서는 외부 전단 파도의 전송과 이미지 수집을 동기화, 이후, 움직임은 바이폴라 쌍을 진동을 통해 sensitized입니다. 긍정적이고 부정적인 움직임 sensitiza와 이미지의 수집을 따라데이터의 기, 복잡한 부서는 전단 파 이미지를 생성합니다. 그런 다음 이미지가 전단 강성지도 6 생성 반전 알고리즘을 사용하여 평가된다. 각 voxel의 결과로 성능은 강력하게 데이터를 동적 기계적 분석 7을 사용 회수와 함께 (R 2&gt; 0.9914) 상관 관계를 보여왔다. 본 연구에서는 elastography는 그림 2에 표시된 adipogenic과 osteogenic 구조로 인간 mesenchymal 줄기 세포 (H MSC) 차별 모니터링을위한 조직 개발 과정에 통합되어 있습니다.

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

절차는 지방과 미세한 자기 공명 elastography (μMRE)를 사용하여 기계적 성질의 비침 투 현지 심사를 통해 osteogenic 조직 공학 구조의 공학 결과를 모니터링하기위한 자기 공명 elastography의 방법론을 보여줍니다.

조직 평가에 대한 자기 공명 Elastography 방법론은 구조 성장하는 기술

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 조회수.  University of Nebraska-Lincoln. 절차는 지방과 미세한 자기 공명 elastography (μMRE)를 사용하여 기계적 성질의 비침 투 현지 심사를 통해 osteogenic 조직 공학 구조의 공학 결과를 모니터링하기위한 자기 공명 elastography의 방법론을 보여줍니다.

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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.

트라이 전단지 폴리머 밸브의 상대 유체 역학 평가를위한 프로토콜

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

연구

생체공학

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 ...

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.

엔지니어링 전방 십자 인대 이식의 평가 흉선 쥐 모델

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

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.

헤파린 결합 도메인 골 형성 성장 인자 전달을위한 고분자 전해질 복합

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.

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.

대사 지원 Excised, 자기 공명 현미경 중 생활 뇌 조직

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.

사용자 지정 레이저 에칭 마스터스에서 조직 문화 금형 설계

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.

복 부 대동맥 히드로 조직 흉내 낸 제조 초음파 Elastography 유효성 검사에 대 한 환영

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

Seeding and Implantation of a Biosynthetic Tissue-engineered Tracheal Graft in a Mouse Model

Treatment options for congenital or secondary long segment tracheal defects have historically been limited due to an inability to replace functional tissue. Tissue engineering holds great promise as a potential solution with its ability to integrate cells and signaling molecules into a 3-dimensional scaffold. Recent work with tissue engineered tracheal grafts (TETGs) has seen some success but their translation has been limited by graft stenosis, graft collapse, and delayed epithelialization. In order to investigate the mechanisms driving these issues, we have developed a mouse model for tissue engineered tracheal graft implantation. TETGs were constructed using electrospun polymers polyethylene terephthalate (PET) and polyurethane (PU) in a mixture of PET and PU (20:80 percent weight). Scaffolds were then seeded using bone marrow mononuclear cells isolated from 6-8 week-old C57BL/6 mice by gradient centrifugation. Ten million cells per graft were seeded onto the lumen of the scaffold and allowed to incubate overnight before implantation between the third and seventh tracheal rings. These grafts were able to recapitulate the findings of stenosis and delayed epithelialization as demonstrated by histological analysis and lack of Keratin 5 and Keratin 14 basal epithelial cells on immunofluorescence. This model will serve as a tool for investigating cellular and molecular mechanisms involved in host remodeling.

Graft stenosis poses a critical obstacle in tissue engineered airway replacement. To investigate cellular mechanisms underlying stenosis, we utilize a murine model of tissue engineered tracheal replacement with seeded bone marrow mononuclear cells (BM-MNC). Here, we detail our protocol, including scaffold manufacturing, BM-MNC isolation, graft seeding, and implantation.

시드 및 마우스 모델에서 생 합성 조직 설계 Tracheal 이식의 이식

Treatment options for congenital or secondary long segment tracheal defects have historically been limited due to an inability to replace functional ...

Tissue-Engineered Graft for Circumferential Esophageal Reconstruction in Rats

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant technique with nutritional support. Recently, there have been many attempts at esophageal tissue engineering, but the success rate has been limited due to difficulty in early epithelization in the special environment of peristalsis. Here, we developed an artificial esophagus that can improve the regeneration of the esophageal mucosa and muscle layers through a two-layered tubular scaffold, a mesenchymal stem cell-based bioreactor system, and a bypass feeding technique with modified gastrostomy. The scaffold is made of polyurethane (PU) nanofibers in a cylindrical shape with a three-dimensional (3D) printed polycaprolactone strand wrapped around the outer wall. Prior to transplantation, human-derived mesenchymal stem cells were seeded into the lumen of the scaffold, and bioreactor cultivation was performed to enhance cellular reactivity. We improved the graft survival rate by applying surgical anastomosis and covering the implanted prosthesis with a thyroid gland flap, followed by temporary nonoral gastrostomy feeding. These grafts were able to recapitulate the findings of initial epithelialization and muscle regeneration around the implanted sites, as demonstrated by histological analysis. In addition, increased elastin fibers and neovascularization were observed in the periphery of the graft. Therefore, this model presents a potential new technique for circumferential esophageal reconstruction.

Esophageal reconstruction is a challenging procedure, and development of a tissue-engineered esophagus that enables regeneration of esophageal mucosa and muscle and that can be implanted as an artificial graft is necessary. Here, we present our protocol to generate an artificial esophagus, including scaffold manufacturing, bioreactor cultivation, and various surgical techniques.

쥐의 원주 식도 재건을 위한 조직 공학 이식편

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant ...