Bu araştırma NIH RO3&#39;ü-EB007299-02 ve NSF EPSCoR Birincilik Ödülü kısmen desteklenmiştir.

1. Doku Construct Hazırlık Doku hazırlık süreci inşa üç ana aşamadan oluşmaktadır: kimyasal sinyal molekülleri aracılığıyla hücre popülasyonu genişlemesi, bir biyomateryal iskele üzerine hücrelerinin tohum ve farklılaşma. Yapı hazırlanması için işlem Dennis ve diğ., Hong ve ark. Ve Marion ve Mao 8,9,10 tarafından yapılan ölçümlere göre verilmiştir. <ol><li> Kültürü ve hücre hattı genişlemesi, tohum kemik ve 3x10 6 hücre / ml &#39;lik 1x10 6 hücre / ml&#39; lik bir yoğunluğa bir jelatin sünger üzerine insan mezenkimal kök hücreleri (h MKH) (4 mm çapında, 3.5 mm kalınlığında) için sonra yağ oluşumu. </li><li> Adipoz içine h MKH farklılaşma için, hücre büyüme ortamında 1 uM dekzametazon, 0.5 uM izobütil-metilksantin, 10 ug / ml insan rekombinant-insülini, ve 200 uM indometasin oluşan adipoz indüksiyon ortam uygulamakbir kez hücre iskele üzerinde birleşen görünür. Üç gün sonra, 10 mikrogram / 24 saat genişleme medya insan rekombinant insülin ml sonra indüksiyon medya dönmek ile medya değiştirin. Döngü üç kez tekrarlayın ve sonra da her iki günde bir bakım ortamı sadece alışverişi. </li><li> Osteogenezisi indüklemek için, 0.1 uM dekzametazon, L-askorbik asit 2phosphate 50 uM, ve hücre genişletme ortamda 10 mM β-gliserofosfat bir son konsantrasyon yaparak osteojenik indüksiyon ortam hazırlanır. Taze osteojenik medya her iki günde bir değiştirin. </li></ol> 2. Aktüatör Karakterizasyonu Aktüatör Karakterizasyonu MRE deney için hayati bir adımdır. MRE mekanik özelliklerin yerel değerleri değerlendirmek için mekanik bir kayma dalgaların yayılımı bağlıdır ve bu yüzden, bu mekanik bir piezoelektrik titreşim çalıştırıcı ile ilgili doku içinde üretilen ve karakterize edilmesi gerekir. Resimli bir exaKarakterizasyon işleminin mple Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. Bu prosedür bir amacı, büyük amplitüdleri (~ 250 mikron) ile zararsız bir kayma dalgaları üretmek için bir çalıştırıcının harekete optimize etmektir. <ol><li> Deney öncesinde, bir 10 mm test tüpünde yapı içine% 0.5 agaroz jel uygulayın. Jel sıcaklığında olmalıdır yaklaşık 37 ° C oluşturmak için zararı en aza indirmek için. </li><li> Agaroz jel beş dakika oda sıcaklığında ayarlamak için izin verildikten sonra, jel yüzey içine piezoelektrik bükme motorun ucu yerleştirin. </li><li> Rijit bir destek için örnek ve tahrik içeren boru bağlayın ve şark mekanik Aktüatörün ucuna doğru Lazer Doppler vibrometreler bir ışın. Gerekirse yansıyan sinyal optimize etmek için, sistemin konumlandırma ayarlama, yansıtıcı şerit kullanabilir. </li><li> Mekanik aktüatör beklenen rezonans frekansı dayanarak, d süpürüyor fonksiyon jeneratörü ayarlayınbeyaz bir gürültü sinyali ile 20 Vpp bir çalışma gerilimi kullanarak esired frekans aralığı (yani bu deney 20 ila 2000 Hz). </li><li> Sistemin rezonans frekansı tespit etmek ve y ekseni olarak FFT ve hız için programı ayarlamak için Polytec Vibrosoft programı karakterize spektrum bilgileri. </li><li> Deplasman ölçümü için, 200 Vpp bir çalışma voltajı kullanarak belirtilen rezonans frekansının sürekli sinüzoidin teslim aktüatör ayarlayın ve jel yüzeyine teslim edilmesini oluşturulan deplasman unutmayın. Y ekseni olarak deplasmanlı FFT gösterilecek Vibrosoft ayarlayın. </li></ol> 3. Görüntü Alma <ol><li> Aktüatör karakterizasyonu tamamladıktan sonra, MRI tarayıcı merkezinde örnek ve aktüatör yerleştirin. Doku yapı deneyler için, RF sinyal iletim ve alım için küçük ve daha hassas RF bobini (bu denemede yani 10 mm) kullanın. (Gösterilen prosedür, 9.4 T kullanandüşey delikli mıknatıs üç eksenli gradyanlar, 100 G / cm) ile donatılmıştır. </li><li> Yapı yeri belirlenmesi için bir izci görüntü elde edin. </li><li> Edinimi için parametreleri ayarlayın. In vitro sagital tarama tipik bir 1000 ms, 20-40 ms, 0.5-1.0 mm, 128x128 piksel matris boyutu 12x10 mm 2 Görüş dilim kalınlığı eko zaman bir tekrarı zamanınız olacak. </li><li> Elastografi parametreler için, Lazer Doppler vibrometreler karakterizasyonu tarafından belirlenen değere tahrik frekans ayarlayın. Mevcut çalışmada, tek kutuplu çift 50 G / cm degrade genliği ile ihtiyaç vardı. Ayarlamak için Diğer parametreler ilk edinimi için sıfır milisaniye olarak ayarlanması gerekir gecikme içerir. </li><li> Mod patlaması ve frekans ve devir sayısı dahil elastografi satın parametreleri bu maç için fonksiyon jeneratörü parametrelerini ayarlamak için fonksiyon jeneratörü değiştirin. Ayrıca, işlev ayarlamakTION jeneratör dışarıdan tetiklenir edilecek. </li><li> Sagittal bir görüntü için, pozitif dilim yönde olmalı ve tarama başlatmak için hareket sensitizasyon ayarlayın. Satın alınmasının ardından, resmi kontrol ve negatif dilim yönüne sensitizasyon değiştirin. </li><li> Kayma dalgası görüntü üretimi için karmaşık bölümü yapacak MATLAB programı çalıştırın. </li><li> Makaslama dalgaları ve bu faz kaydırma mümkün eserlerin varlığı için görüntü değerlendirin. </li><li> Görüntüye herhangi bir ayar gerekli ise, sıfır saniye ile karakterize rezonans frekansının tam bir döneme kadar sekiz eşit aralıklı değerleri parametre dizisi boyutunu ayarlamak. </li><li> Pozitif ve negatif dilim yönelimleri hem de bir tarama elde edin. </li><li> Görüntüleri elde edildikten sonra, görüntülerin bir diziden kayma dalgası veri üretmek için tasarlanmış bir MATLAB programı kullanın. </li></ol> 4. MRE Deney Görüntü İşleme <ol><li> ThMRE e son adım kayma dalgası görüntülerden kayma rijitliği hesaplamaktır. Üç boyutlu veri kümesi (2 uzaysal, 1 zamansal) değerlendirecektir MATLAB programı içine veri yerleştirilmesi. </li></ol> Not: Bir düzlemsel kayma dalgası, yer değiştirme ve Laplace bir fonksiyonu olarak karmaşık değerli kayma modülü tahminine izin Ayrıştır hareket denklemlerinin üstlenerek. Algoritma sonlu fark ile mekansal ikinci türevleri yaklaşır ve bir piksel-piksel temelinde kayma modülü hesaplar. Bu karmaşık sayı itibaren, birçok mekanik parametrelerin algoritması sağlar gibi kayma dalgası hızı, dalga zayıflama, kayma rijitliği, kesme esneklik, kesme viskozitesi, vb gibi çıkarılabilir ilgi bölgelerinin seçimi kendisi için ortalama ve standart sapma Her parametre hesaplanır. <ol start="2"><li> Görüntüleme parametreleri programın başında belirtilen gerekir. Buna ek olarak, incielastogram e üst limit örnek kontrast optimize etmek için ayarlanabilmektedir. </li></ol> Not: Program kullanıcıya kurtarma sadakat tahmin yardımcı ara sonuçları (low-pass filtre sonra dalga, yön filtreleme, zamansal FFT, çizgi profilleri, vb sonra dalga) sağlar. <ol start="3"><li> Bazı parametreler bu faiz, belirli bir bölgede bir parametre standart sapması ise alçak geçiren filtreler, hareket temporal frekansı, dalganın yayılma yönüne, vb düzeyleri gibi bu bilgilere dayanmaktadır ve ayarlanabilir Ayrıca hesaplamanın kalitesinin bir göstergesi. </li></ol> 5. Temsilcisi Sonuçlar Şekil 4 notları osteojenik ve adipogenic yapı gelişimi dört hafta boyunca mekanik özelliklerinde değişiklik. MRE 730-820 Hz yapıldı. Her iki numaralı seribaşı süngerler yaklaşık 3 kPa, osteogeni başladı ikenc yönlendirilmiş doku 22 kPa sertlik sonuçlandı; adipoz 1 kPa sertliği azalmış doku yönettiği, oysa. Ayrıca, osteojenik yapıları çalışmanın başından sonuna kıyasla boyutu belirgin bir azalma görülmüştür. Elastografi çalışmadan elde edilen ek özellikleri Tablo 1 &#39;de gösterilmiştir. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig1.jpg" alt="Şekil 1"/> Şekil 1. Manyetik rezonans elastografi için görüntü elde etme süreci. Görüntü alımı sırasında, bir darbe dizisi (a) (b) MRI tarayıcı bipolar gradyanlar darbeleri ile fonksiyon jeneratör senkronizasyonu kontrol eder. Olumlu ve olumsuz yönlerde toggled bipolar geçişlerini satın alınmasını takiben, (c) bir kayma dalgası görüntü karmaşık bir bölümü kullanılarak üretilir. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig2.jpg" alt="Şekil 2."/> Doku motoru için MRE süreci Şekil 2. Akış şemasıered yapıları. İlk olarak, hücreler (a) ilk büyümüş ve tasarlanmış bir proje için gerekli nüfus boyutuna genişletilir. Daha sonra hücreler, bir biyomateryal iskelesi ve kimyasal reaktifler üzerine tohumlu (b) farklılaşma sinyallemek için uygulanan vardır. Iskelelerinin olan ilk adım (c) yapı ile birleştirilen bir çalıştırıcının rezonans frekansının belirlenmesidir MRE ile karakterize edilir. Sonra, MR görüntüleri (d) bir kayma dalgası görüntü (e) oluşturmak için elde edilir. Son olarak, bir algoritma bir elastogram oluşturmak için uygulanmıştır (f) eşleyen yapının sertliği. Aynı zamanda, yapıları farklılaşmayı doğrulamak için histolojik değerlendirmesi (g) kesitler vardır. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig3.jpg" alt="Şekil 3,"/> Şekil 3. Aktüatör karakterizasyonu prosedürü. Jelatin iskele% 0.5 agaroz jel tarafından eklenmiştir. Örnek olarak aktarıldığı hareket karakterize etmek için, beyaz bir gürültü birinci sistemi içine gönderilir(1a) ve ortaya çıkan hareket, bir Lazer Doppler vibrometreler (1b) ile tespit edilir. Rezonans frekansı belirlendikten sonra, rezonans azından bir sürekli sinüzoidin sinyali (2a) jelatin ortamına aktarılmıştır yerinden (2b) belirlemek için gönderilir. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618fig4.jpg" alt="Şekil 4,"/> Şekil 4. Dört haftalık süre içinde geliştirme haritası oluşturun. Adipogenic (A) ve osteojenik (O) yapıları soldan gelen büyüklük ve kayma dalgası görüntüleri, elastogram ve ortalama kayma rijitliği ile doğru gösterilir. Çubuk grafik ve hata çubukları renk düzeni ile elastogram karşılık gelir renk haritası ilgi her yapı Kullanıcı bölgede standart sapmayı temsil eder. <img src="/files/ftp_upload/3618/3618Table1.jpg" alt="Tablo 1"/&gt; Tablo 1. Büyümenin dört hafta süresince yağ ve osteo yapıları mekanik özellikleri.

<ol>
	<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>

Yazarlar ifşa Çıkar çatışması var.

Bu prosedürde, doku lamine yapılar için MRE işlemi hücre hazırlanması bir elastogram üretilmesi için gösterilmiştir. Doku mühendisliği boru hattına bir zarar vermeden mekanik değerlendirme yöntemi uygulayarak, bu gelişme birden aşamalarında mühendislik yapıları değişimleri değerlendirmek artık mümkün. Mühendislik izleme doku gibi difüzyon, mıknatıslanma transferi ve kimyasal kayma analizi 1 oluşumları için ek olarak, MRE diğer MR yöntemleri tamamlar. <p class="jove_con...

<table border="1"><tbody><tr><td> Malzeme Adı </td><td> Tip </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> MSCGM-Bullet Kiti </td><td> Reaktif </td><td> Lonza </td><td> PT-3001 </td><td> 4 at ° C&#39;nin </td></tr><tr><td> 1X DPBS </td><td> Reaktif </td><td> Invitrogen </td><td> 21600-010 </td><td></td></tr><tr><td> % 0.05 tripsin-EDTA </td><td> Reaktif </td><td> Gibco, Invitrogen </td><td> 25300-054 </td><td> -20 ° C&#39;de deposunda </td></tr><tr><td> Deksametazon </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D2915 </td><td></td></tr><tr><td> 3-izobütil-1-metilksantin </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I5879 </td><td> -20 ° C&#39;de deposunda </td></tr><tr><td> İnsülin pankreas sığır </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I6634 </td><td> -20 ° C&#39;de deposunda </td></tr><tr><td> Indometazin </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> I7378 </td><td></td></tr><tr><td> Β-gliserofosfat </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G9891 </td><td></td></tr><tr><td> 2-fosfat L-Askorbik Asit </td><td> Reaktif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A8960 </td><td></td></tr><tr><td> Gelfoam </td><td> Iskele </td><td> Pharmacia &amp; Upjohn A.Ş. </td><td> 09-0315-08 </td><td></td></tr><tr><td> Insan mezenkimal kök hücreleri </td><td> Hücre Hattı </td><td> Lonza </td><td> PT-2501 </td><td></td></tr><tr><td> 9.4T MR Tarayıcı </td><td> Ekipman </td><td> Agilent </td><td></td><td> 400MHz WB </td></tr><tr><td> 10mm Litz Bobin </td><td> Ekipman </td><td> Doty Bilimsel </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Lazer Doppler vibrometreler </td><td> Ekipman </td><td> Polytec </td><td> PDV-100 </td><td></td></tr><tr><td> Vibrosoft (20) </td><td> Yazılım </td><td> Polytec </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Fonksiyon jeneratörü </td><td> Ekipman </td><td> Agilent </td><td> AFG 3022B </td><td></td></tr><tr><td> Amplifikatör </td><td> Ekipman </td><td> Piezo inc </td><td> EPA-104-115 </td><td></td></tr><tr><td> Piezo Bükme motoru </td><td> Ekipman </td><td> Piezo inc. </td><td> T234-A4Cl-203X </td><td></td></tr><tr><td> Bilgisayar Linux </td><td> Ekipman </td><td> İşlemci: Intel Core 2 Duo E8400 Bellek: 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Bilgisayar, Windows </td><td> Ekipman </td><td> İşlemci: Intel Core 2 Duo E8400 Bellek: 2G </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MATLAB </td><td> Yazılım </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

Geleneksel mekanik bir test numunesinin genellikle tahribat sonuçlanır ve çalışmalar oluşturmak tasarlanmış, uzun süreli doku durumda, yıkıcı değerlendirmenin kullanımı kabul edilebilir değildir. Önerilen bir alternatif manyetik rezonans elastografi olarak adlandırılan bir görüntüleme işleminin kullanımı. Elastography bir doku yapısı ve işlevsellik belirlenmesi için gerekli işaretleyicilerdir yerel bir mekanik özellik değerleri (yani, karmaşık bir kayma modülü) ölçülmesi ile lamine sonucu belirlemek için bir geri dönüşlü bir yöntemdir. Değerlendirilmesi için noninvazif yolu olarak, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) gibi görüntüleme yöntemleri ile mühendislik yapıların izlenmesi son on yılda 1 artan ilgi gördü. Örneğin, difüzyon ve relaxometry manyetik rezonans (MR) teknikleri mühendislik doku gelişimi 2 sırasında fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişiklikler karakterize etmek mümkün olmuştur. Önerilen yöntemaşağıdaki protokol küçük bir yumuşak dokuların 3 mekanik özelliklerini ölçmek için bir invaziv olmayan MR bazlı bir teknik olarak mikroskopik manyetik rezonans elastografi (μMRE) kullanır. MRE ilgili doku ile bir sonik mekanik tahrik kuplaj ve bir MR tarayıcı 4 ile kayma dalga yayılımı kayıt ile elde edilir. Son zamanlarda, μMRE geleneksel yıkıcı mekanik makroskopik teknikleri 5 ile ölçülür gerekli büyüme bilgi edinme doku mühendisliği uygulanmıştır. Aşağıdaki prosedürde, elastografi mekanik bir aktüatör ile birleştiğinde bir modifiye Hahn spin-eko sekansı ile mühendislik yapıları görüntüleme yoluyla elde edilir. Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi, modifiye sekansı dış kayma dalgaların iletimi ile görüntü toplama senkronize eder; daha sonra, hareketli bipolar çiftleri salınan kullanımı yoluyla sensitize olup. Olumlu ve olumsuz hareket sensitiza ile görüntülerin toplanması ardındanverilerin daha karmaşık bölümü bir kayma dalgası görüntü üretir. Sonra görüntü bir kayma rijitliği haritası 6 oluşturmak için bir inversiyon algoritması kullanılarak değerlendirilir. Her voksel az çıkan ölçümler güçlü veri dinamik mekanik analizi 7 kullanılarak toplanmıştır (R 2&gt; 0,9914) ilişkili olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmada, elastografi olarak Şekil 2&#39;de gösterilmiştir adipogenic ve osteojenik yapıları içine insan mezenkimal kök hücre (h MSC) farklılaşma izlemek için doku gelişimi sürecine entegre edilmiştir.

Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth at JoVE.com

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

Prosedürü yağ ve mikroskobik manyetik rezonans elastografi (μMRE) kullanarak mekanik özelliklerini noninvaziv yerel değerlendirmesi yoluyla osteojenik doku mühendislik yapıları mühendislik sonucu izlemek için manyetik rezonans elastografi metodolojisi göstermektedir.

Doku Değerlendirilmesinde Manyetik Rezonans Elastography Metodoloji Construct Büyüme Tasarlandı

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 Görüntüleme.  University of Nebraska-Lincoln. Prosedürü yağ ve mikroskobik manyetik rezonans elastografi (μMRE) kullanarak mekanik özelliklerini noninvaziv yerel değerlendirmesi yoluyla osteojenik doku mühendislik yapıları mühendislik sonucu izlemek için manyetik rezonans elastografi metodolojisi göstermektedir.

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

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.

Tri-broşür Polimer Vanalar göreceli hidrodinamik Değerlendirme Protokolü

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

Biyomühendislik

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.

Doku Engineered Vasküler Greftlerinin ve sonraki İmplantasyonunda Cerrahi Tekniği<em&gt; İn Vivo</em&gt; İzleme

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.

Engineered Ön Çapraz Bağ Greftlerinin Değerlendirme Atimik Rat Modeli

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.

Heparin Binding Domain osteojenik Büyüme Faktörü Teslim polielektrolit Kompleksi

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.

Kardiyak İlaç güvenlik Taraması için insan mühendisliği kalp dokusunun Otomatik Büzülme Analizi

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.

Metabolik destek çıkardım, yaşam beyin dokuları manyetik rezonans mikroskobu Alım sırasında

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.

Özel doku kültürü kalıpları lazer kazınmış ustalardan mühendislik

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.

Abdominal aort hidrojel doku-taklit üretim hayaletler ultrason Elastography doğrulama

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.

Tohum ve bir biyosentetik doku Mühendisliği trakeal greft bir fare modeli implantasyonu

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.

Sıçanlarda Çevresel Özofagus Rekonstrüksiyonu için Doku-Mühendislik Greft

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