Name: shock wave application to cell cultures
Uploaded: 2014-04-08T18:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Shock Wave Application to Cell Cultures at JoVE.com

Forfatterne takker Reiner Schultheiss og Wolfgang Schaden for deres inspiration til denne model. Vi takker også Christian Dorfmüller for hans all time enorm indsats for at støtte vores forskning. Mange tak til Robert Göschl og Hans Hohenegger til omhyggelig teknisk realisering af vores ideer!

Etisk tilladelse Efter opnåelse af skriftligt informeret samtykke fra patienter blev navlestrenge indhentet fra kejsersnit ved Institut for Gynækologi til isolering af humane umbilical vene endotelceller (HUVEC&#39;er). Tilladelsen blev givet fra den etiske komité i Innsbruck Medical University (nr. UN4435). 1.. Forbered IVSWT Water Bath <ol><li> Forbered 3,5 l ledningsvand i en passende tank. Vandet skal opvarmes til 37 ° C (se protokol 6). </li><li> Fyld van...

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

Betydningen af den foreslåede model for in vitro trykbølge behandling er, at bølger kan forplante sig efter passage af cellekulturen i modsætning til eksisterende modeller. Derved kan forstyrrende fysiske effekter såsom trækkræfter undgås. Modellen ligner mere in vivo betingelser end at ved andre anvender bølger til deres celledyrkningskolber direkte. En yderligere fordel er muligheden for at variere afstanden mellem trykbølge kilden og celler. Dette ville ikke v?...

Chokbølger er lydtrykbølgerne skyldes en pludselig frigivelse af energi, f.eks. som torden, når lyn. I medicin chokbølger har været anvendt i over 30 år i Lithotripsi til opløsningen af ​​nyresten. Da den tilfældige fund af hoftebenet fortykkelse i litotripsi patienter i begyndelsen af 1980&#39;erne blev de første undersøgelser for at vurdere effekten af trykbølge behandling (swt) på knoglehelingsprocessen 1.. Imponerende resultater af forbedret heling af lange knogler nonunions kunne observeres 2. Efterfølgende blev indikationer udvidet til blødtvævssår 3. Grundlæggende forskningsresultater har vist, at chokbølger forårsager en biologisk stimulus målvævet uden efterfølgende skader. Frigivelse af angiogene vækstfaktorer (f.eks VEGF, PLGF, FGF) er efterfulgt af betydelige angiogenese. Dette førte til en yderligere udvidelse af indikationer i retning af iskæmiske patologier. Vores gruppe og andre viste den positive effect af SWT på iskæmisk hjertesygdom i dyremodeller samt i kliniske forsøg 4-6. Men den nøjagtige mekanisme for, hvordan den fysiske stimulus af SWT er oversat til et biologisk signal (mechanotransduction) forbliver stort set ukendt. Da interessen for SWT fra flere områder af medicin stiger konstant, er søgen efter den mekanisme bliver mere og mere intens. Derfor er in vitro trykbølge eksperimenter får betydning. Udover reduktion af dyreforsøg og omkostningseffektivitet, kan den største fordel af in vitro trykbølge behandling (IVSWT) være mulighed for at studere den specifikke adfærd af en bestemt celletype. I trykbølge medieret vævsregeneration sandsynligvis alle celler i det behandlede væv er involveret, er selv systemiske effekter diskuteret. Ikke desto mindre, hver celletype spiller en særlig rolle, og har sin egen iboende funktion. IVSWT muligt for os at opdage denne særlige funktion ennd derved giver os en bedre forståelse af de komplekse underliggende processer. Dagens viden om trykbølge effekter på cellekulturer omfatter forøgelse af spredning, ændring af cellemembranreceptorer, stigning og acceleration af celledifferentiering, frigivelse af vækstfaktorer og kemo-tiltrækningsmidler samt øget celle migration 7-9. Er blevet beskrevet distraherende fysiske effekter i de fleste in vitro-modeller forskellige metoder til at anvende chokbølger på cellekulturer. Dette forhold fører til det problem, at det er meget vanskeligt at sammenligne resultater, da de fysiske betingelser for cellestimulering er helt anderledes mellem disse modeller. Generelt fokuserer alle eksisterende modeller på, hvordan man bedst anvender chokbølger på celler. Men dette spørgsmål er stadig: Hvad sker der med bølgerne efter at have passeret den celle kultur? Hovedproblemet er, at forskellen i den akustiskeimpedans celledyrkningsmediet og den omgivende luft er så høje, at mere end 99% af chokbølger komme til udtryk Figur 1. På grund af forskellen i akustiske impedans af de to medier bølgerne ikke kun afspejles men en faseforskydning på 180 ° opstår resulterer i stærke trækkræfter til cellerne figur 2. Akustisk impedans er defineret som produktet af densiteten af ​​et materiale og dets lydhastighed Z = ρ x ca. Til vand den akustiske impedans er ZWater = 1.440.000 Ns / m 3, for luft er det kun 420 Ns / m 3. Den store forskel på disse to værdier resulterer i refleksion og faseforskydning af chokbølger. Faseforskydningen viser en positiv trykimpuls i en trækstyrke bølge. Selv om dette trækkraft er ikke skadeligt for cellerne, det griber ind i tanken om at efterligne in vivo trykbølge effekter in vitro. In vivo dissetrækkræfter næppe forekomme som følge af store strukturer i kroppen. Endvidere kan igen kører bølger selv forstyrre de indkommende dem. Dette kan forårsage forstyrrelser. To typer af interferens er kendt. Konstruktiv interferens betyder, at begge bølger tilføjes hvilket resulterer i en fordobling amplitude Figur 3.. Destruktiv interferens opstår, hvis bølger mødes diametralt modsatte. Det forårsager ophævelse af bølger (figur 3). Derfor nødvendigt IVSWT en model, der gør det muligt for chokbølger at udbrede efter passage af cellekulturen. IVSWT vandbad Overvejelser efter de ovennævnte bekymringer fører os frem til et vandbad for at undgå de beskrevne problemer figur 4. Dybest set består det af en plexiglas indbygget beholder med en membran for at forbinde alle slags trykbølge applikator. Til koblingen mellem denne membran og applikatoren ultralyd transmission gel skal anvendes. Vandbadet er fyldt med afgasset vand for at undgå kavitation, der ville ske, hvis gas blev der er opløst i vandet. En ovn i bunden med en temperaturføler forbundet til en styreenhed gør det muligt at regulere temperaturen til efterligning af in vivo-betingelser og for at undgå cellekulturer til at køle ned i løbet af proceduren. Temperaturen kan holdes stabilt på 37 grader celsius, som det sker i en inkubator. En holder til celleprøverne tillader nedsænkning enhver form for dyrkningskolbe eller rør. Derved har brug prøvekarret at være helt fyldt med dyrkningsmedium, som luftbobler ville blokere chokbølger! En kileformet absorber på bagvæggen af ​​badet destructs bølger for ikke at komme til udtryk og løbe tilbage for at undgå interferens. En yderligere fordel for andre IVSWT modeller er muligheden for at variere afstanden mellem applikator dyrkningskolberne. Resultaterne af vores gruppe og andre, der bruger denne model klart shvordan at hver celletype reagerer meget specifikt til forskellige behandlingsmetoder parametre. Desuden definerer afstanden mellem kilden af ​​bølgerne, og prøven er af afgørende betydning, da det gør det muligt at kontrollere, at cellerne være på en bestemt position i forhold til fokus for chokbølgen applikator.

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

shock wave application to cell cultures

Chokbølger i dag er kendt for deres regenerative effekter. Grundlæggende forskningsresultater viste, at chokbølger forårsager en biologisk stimulus til at målrette celler eller væv uden efterfølgende skader. Derfor in vitro forsøg er af stigende interesse. Der er beskrevet forskellige metoder til at anvende chokbølger på cellekulturer. Generelt fokuserer alle eksisterende modeller på, hvordan man bedst anvender chokbølger på celler. Men dette spørgsmål er stadig: Hvad sker der med bølgerne efter at have passeret den celle kultur? Forskellen på den akustiske impedans af celledyrkningsmediet og den omgivende luft er så høje, at mere end 99% af chokbølger komme til udtryk! Vi har derfor udviklet en model, der primært består af en plexiglas indbygget beholder, der tillader at bølgerne udbreder sig i vandet efter passage af cellekulturen. Derved undgår kavitation effekter samt afspejling af de bølger, der ellers ville forstyrre kommende dem. With denne model er vi i stand til at efterligne betingelserne i et levende, og derved få mere og mere viden om, hvordan den fysiske stimulus af chokbølger bliver oversat til en biologisk celle signal (&quot;mechanotransduction&quot;).

Ved hjælp af den beskrevne fremgangsmåde vi anvendte chokbølger til humane endotelceller i vena umbilicalis (HUVEC&#39;er), vi oven isoleret fra navlestrenge. Navlestrenge blev indhentet fra elektive kejsersnit. HUVEC&#39;er blev behandlet på et sammenløb af 90% i en T25 cellekultur kolbe med et elektrohydraulisk trykbølge terapi system. Behandling parametre var en energi fluxtæthed på 0,1 mJ / mm 2 og en frekvens på 5 Hz. 300 impulser blev anvendt fra en afstand på 5 cm...

Watch this Scientific Journal Video about Shock Wave Application to Cell Cultures at JoVE.com

Shock Wave Application to Cell Cultures

Chokbølger i dag er kendt for deres regenerative effekter. Derfor in vitro forsøg er af stigende interesse. Vi har derfor udviklet en model for in vitro trykbølge forsøg (IVSWT), der gør os i stand til at efterligne in vivo betingelser og derved undgå distraherende fysiske virkninger.

Shock Wave Anvendelse cellekulturer

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Bioengineering

Unit 1

Waves

SCIENTISTS IN ACTION

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

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

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

High-throughput, Automated Extraction of DNA and RNA from Clinical Samples using TruTip Technology on Common Liquid Handling Robots

High-throughput, Automated Udvinding af DNA og RNA fra kliniske prøver ved hjælp TruTip Technology om fælles Væskehåndtering Robotter

TruTip is a simple nucleic acid extraction  technology whereby a porous, monolithic binding matrix is inserted into a  pipette tip. The geometry of the ...

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

Engineering Fibrin-baserede vævskonstruktioner fra myofibroblasts og Application of Begrænsninger og stamme at fremkalde Cell og kollagen (Re) Organisation

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

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

Tissue Engineering af Tumor Stromal mikromiljø med Application til cancercelleinvasion

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

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

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

In vitro model af fysiologiske og patologiske Blood Flow med Application til Undersøgelser af vaskulær Cell Remodeling

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

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

Syntese af Biokompatible Liquid Crystal Elastomer Skum som Cell Stilladser til 3D Spatial Cell Cultures

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

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

Store område Scanning Probe Nanolithography lettes ved automatisk justering og dens anvendelse til substrat Fabrication for celle kultur studier

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

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

Etablering af enkelt cellebaserede Co-kulturer på en deterministisk måde med en Mikrofluidisk chip

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

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

Øget holdbarhed af dissocierede neurale cellekulturer ved hjælp af biologisk aktiv korallinjematrix

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

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

Samtidig kvantificering af udvalgte kynureniner analyseret af flydende kromatografi-massespektrometri i medium indsamlet fra kræftcellekulturer

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