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

De auteurs danken Reiner Schultheiss en Wolfgang Schaden voor hun inspiratie voor dit model. We danken ook Christian Dorfmüller voor zijn hele tijd enorme inspanningen om ons onderzoek te ondersteunen. Veel dank aan Robert Göschl en Hans Hohenegger voor een zorgvuldige technische realisatie van onze ideeën!

Ethische toestemming Na het verkrijgen van informed consent van de patiënten, werden navelstrengen verkregen van een keizersnede op de afdeling Gynaecologie voor isolatie van humane navelstreng endotheel cellen (HUVEC). Toestemming werd gegeven van de ethische commissie van de Medische Universiteit van Innsbruck (nr. UN4435). 1. Bereid de IVSWT Water Bath <ol><li> Bereid 3.5 L van leidingwater in een geschikte tank. Water moet worden verwarmd tot 37 ° C (zie Pro...

<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>

De betekenis van het voorgestelde model voor in vitro drukgolfbehandeling is het feit dat golven kunnen voortplanten na het passeren van de celkweek in tegenstelling tot bestaande modellen. Daardoor kunnen storende fysische effecten zoals trekkrachten worden vermeden. Het model lijkt meer op in vivo omstandigheden dan die door anderen toepassen golven om hun celkweekkolven direct. Een bijkomend voordeel is de mogelijkheid van het variëren van de afstand tussen schokgolf br...

Schokgolven zijn geluidsdrukgolven die voortvloeien uit een plotseling vrijkomen van energie, bijvoorbeeld. als donder bij bliksem. In de geneeskunde schokgolven worden al meer dan 30 jaar Lithotripsie de desintegratie van nierstenen. Aangezien de incidentele vaststelling van iliacale bot verdikking bij Lithotripsie patiënten in de vroege jaren 1980, werd eerste studies uitgevoerd om het effect van drukgolfbehandeling (SWT) op botgenezing 1 evalueren. Indrukwekkende resultaten van een betere genezing van de lange bot nonunions kon worden waargenomen 2. Vervolgens werden aanwijzingen uitgebreid zacht weefsel wonden 3. Fundamenteel onderzoek bevindingen bleek dat schokgolven veroorzaken een biologische prikkel om het te onderzoeken weefsel zonder eventuele gevolgschade. Vrijgave van angiogene groeifactoren (bijvoorbeeld VEGF, PlGF, FGF) wordt gevolgd door aanzienlijke angiogenese. Dit leidde tot een verdere uitbreiding van indicaties naar ischemische pathologieën. Onze groep en anderen toonden de positieve effect van SWT op ischemische hartziekte in diermodellen als in klinische studies 4-6. Echter, het exacte mechanisme van hoe de fysieke prikkel van SWT wordt vertaald in een biologisch signaal (mechanotransduction) blijft grotendeels onbekend. Omdat de belangstelling voor SWT uit verschillende gebieden van de geneeskunde neemt voortdurend toe, is de zoektocht naar het mechanisme steeds meer en intenser. Daarom worden in vitro schokgolf experimenten steeds belangrijker. Naast vermindering van dierproeven en kosteneffectiviteit, kan het grootste voordeel van in vitro schokgolf behandeling (IVSWT) de mogelijkheid van het bestuderen van de specifieke werking van een bepaald type cel. In schokgolf gemedieerde weefselregeneratie waarschijnlijk alle cellen van het behandelde weefsel betrokken zijn, zelfs systemische effecten besproken. Toch heeft elk type cel speelt een specifieke rol en heeft een eigen intrinsieke functie. IVSWT stelt ons in staat om deze specifieke functie een te detecterennd daardoor geeft ons een beter begrip van de complexe onderliggende processen. Kennis van vandaag over effecten schokgolf op celculturen omvat de toename van proliferatie, wijziging van celmembraanreceptoren, verhoging en versnelling van celdifferentiatie, afgifte van groeifactoren en chemo-lokstoffen evenals verhoogde cel migratie 7-9. Storende fysieke effecten meeste in vitro modellen Verschillende methoden voor het aanbrengen schokgolven op celkweken beschreven. Dit feit leidt tot het probleem dat het zeer moeilijk resultaten te vergelijken, zoals lichamelijke toestand van cel stimulatie heel verschillend tussen deze modellen. In het algemeen, alle bestaande modellen richten op hoe schokgolven beste toepassen op cellen. Echter, deze vraag blijft: Wat gebeurt er met de golven na het passeren van de celkweek? Het grootste probleem is dat het verschil in de akoestischeimpedantie van het celkweekmedium en de omgevingslucht is zo hoog, dat meer dan 99% van schokgolven gereflecteerd Figuur 1. Door het verschil in akoestische impedantie van de twee media de golven niet alleen terug, maar een faseverschuiving van 180 ° komt die een sterke trekkrachten aan de cellen Figuur 2. Akoestische impedantie wordt gedefinieerd als het product van de dichtheid van een materiaal en de geluidssnelheid Z = ρ x c. Voor water de akoestische impedantie is ZWater = 1440000 Ns / m 3, voor de lucht is het slechts 420 Ns / m 3. Het grote verschil tussen deze twee waarden resulteert in reflectie en faseverschuiving van schokgolven. De faseverschuiving blijkt een positieve druk puls in een trek-golf. Hoewel deze trekkracht niet schadelijk voor de cellen, het interfereert met het idee nabootsen in vivo schokgolf effecten in vitro. In vivo dezetrekkrachten nauwelijks optreden als gevolg van grote lichaamsstructuren. Bovendien kan de achterkant loopt golven zelfs verstoren de inkomende Ones. Dit kan storingen veroorzaken. Twee soorten storingen bekend. Constructieve interferentie betekent dat beide golven worden toegevoegd hetgeen resulteert in een verdubbeling amplitude Figuur 3. Destructieve interferentie treedt op als golven ontmoeten lijnrecht tegenover elkaar. Het veroorzaakt afschaffing van golven (Figuur 3). Daarom IVSWT moet een model dat schokgolven kunnen voortplanten na het passeren van de celkweek. IVSWT waterbad Overwegingen naar aanleiding van de bovengenoemde bezwaren leiden ons naar een waterbad voor het vermijden van het ontwerp van de beschreven problemen Figuur 4. Kortom, het bestaat uit een plexiglas gebouwde container met een membraan om elk soort schokgolf applicator verbinden. Voor koppeling tussen dit membraan en de applicator ultrageluidtransmissie geIk moet worden gebruikt. Het waterbad is gevuld met ontgast water cavitatie die zou optreden als gas werd soluted in het water te vermijden. Een kachel bij de bodem met een temperatuursensor verbonden met een regeleenheid stelt om gedurende imitatie van in vivo omstandigheden reguleren en celculturen vermijden tijdens de procedure afkoelen. De temperatuur kan stabiel worden gehouden op 37 graden Celsius als het wordt gedaan in een incubator. Een houder voor de cel monsters zorgt voor het onderdompelen van elke vorm van cultuur fles of buis. Daarbij moet het monster vaartuig volledig worden gevuld met kweekmedium, zoals luchtbellen schokgolven zouden blokkeren! Een wigvormige absorber aan de achterwand van het bad vernietigt golven om niet gereflecteerd en ren terug om interferentie te voorkomen. Een verder voordeel van andere IVSWT modellen is de mogelijkheid van het variëren van de afstand tussen de applicator en de cultuur kolven. Bevindingen van onze groep en anderen die gebruik maken van dit model duidelijk ishoe dat elk type cel reageert zeer specifiek naar verschillende behandeling parameters. Bovendien bepalen de afstand tussen de bron van de golven en het monster is belangrijk omdat hiermee de cellen te controleren om op een bepaalde positie ten opzichte van de focus van de schokgolf applicator.

<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

Schokgolven tegenwoordig bekend om hun regeneratieve effecten. Fundamenteel onderzoek bevindingen bleek dat schokgolven veroorzaken een biologische prikkel om cellen of weefsel te richten zonder eventuele gevolgschade. Daarom, in vitro experimenten van toenemend belang. Verschillende methoden voor het aanbrengen schokgolven op celkweken beschreven. In het algemeen, alle bestaande modellen richten op hoe schokgolven beste toepassen op cellen. Echter, deze vraag blijft: Wat gebeurt er met de golven na het passeren van de celkweek? Het verschil van de akoestische impedantie van het celkweekmedium en de lucht is zo hoog, dat meer dan 99% van schokgolven gereflecteerd! We hebben daarom een ​​model ontwikkeld dat voornamelijk bestaat uit een plexiglas gebouwde container die het mogelijk maakt de golven te verspreiden in het water na het passeren van de celkweek. Dit voorkomt cavitatie effecten evenals reflectie van de golven die anders nog te houden zou verstoren. With dit model zijn we in staat om in vivo omstandigheden na te bootsen en zo krijgen meer en meer kennis over hoe de fysieke prikkel van schokgolven wordt vertaald in een biologische cel-signaal (&quot;mechanotransduction&quot;).

Met de beschreven werkwijze pasten wij schokgolven op humane navelstreng endotheelcellen (HUVEC) die wij hiervoor geïsoleerd uit navelstrengen. Navelstrengen werden verkregen van electieve keizersneden. HUVECs werden behandeld op een samenloop van 90% in een T25 celkweekkolf met een elektrohydraulische schokgolf therapie systeem. Behandelingsparameters waren een energie fluxdichtheid van 0,1 mJ / mm 2 en een frequentie van 5 Hz. 300 impulsen toegepast op een afstand van 5 cm van ...

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

Shock Wave Application to Cell Cultures

Schokgolven tegenwoordig bekend om hun regeneratieve effecten. Daarom in vitro experimenten zijn van toenemend belang. We hebben daarom een model ontwikkeld voor in vitro schokgolf trials (IVSWT) die ons in staat stelt om na te bootsen in vivo omstandigheden waardoor storende fysieke effecten te vermijden.

Shock Wave Toepassing op celculturen

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

Ontwerp van een Cyclic Pressure Bioreactor voor de Ex Vivo Studie van Aorta hartkleppen

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, geautomatiseerde extractie van DNA en RNA uit klinische monsters met behulp TruTip Technology op Common Liquid Handling Robots

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

Techniek Fibrine-based Tissue constructen van myofibroblasten en Application of Constraints en Zeef to Cell en collageen (Re) organisatie Induce

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 van Tumor Stromal Microenvironment met Toepassing op Cancer Cell Invasion

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 van de fysiologische en pathologische Blood Flow met toepassing op onderzoeken van Vascular celremodelering

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

Synthese van biocompatibel Liquid Crystal elastomeerschuimen als Cell Stellingen voor 3D Ruimtelijke 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

Grote terrein Scanning Probe Nanolithography vergemakkelijkt door automatische uitlijning en de toepassing ervan op substraat Fabrication voor cel Cultuurwetenschappen

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

Het opzetten van eencellige co-culturen op een deterministische manier met een Microfluïdische 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

Toenemende duurzaamheid van gedissocieerde neurale celculturen met behulp van biologisch actieve coralline matrix

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

Gelijktijdige kwantificering van geselecteerde kynurenines geanalyseerd door vloeibare chromatografie-massaspectrometrie in medium verzameld uit kankercelculturen

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