Name: shock wave application to cell cultures
Uploaded: 2014-04-08T18:30:00
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Die Autoren danken Reiner Schultheiss und Wolfgang Schaden für ihre Inspiration für dieses Modell. Wir danken Christian Dorfmüller für seine enormen Anstrengungen aller Zeit zu unserer Forschung zu unterstützen. Vielen Dank an Robert Göschl und Hans Hohenegger für die sorgfältige technische Umsetzung unserer Ideen!

Ethische Genehmigung Nach Einholung schriftlicher Einwilligung der Patienten wurden aus Nabelschnüren Kaiserschnitt in der Abteilung für Frauenheilkunde für die Isolierung von menschlichen Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVECs) erhalten. Die Erlaubnis wurde von der Ethikkommission der Medizinischen Universität Innsbruck (Nr. UN4435) gegeben. 1. Vorbereiten des IVSWT Wasserbad <ol><li> Planen 3,5 l Leitungswasser in einem geeigneten Behälter. Wasser muss auf...

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	<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>

Die Bedeutung der vorgeschlagenen Modell zur in-vitro Stoßwellenbehandlung ist die Tatsache, dass die Wellen kann nach dem Passieren der Zellkultur im Gegensatz zu existierenden Modellen ausbreiten. Dadurch können störende physikalische Effekte wie Zugkräfte vermieden werden. Das Modell ähnelt mehr in vivo-Bedingungen als die von anderen Anwendung direkt Wellen, ihre Zellkulturflaschen. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Möglichkeit der Änderung des Abstandes zwischen...

Stoßwellen sind Schalldruckwellen, die sich aus einer plötzlichen Freisetzung von Energie, zB. wie Donner, wenn der Blitz. In der Medizin Schockwellen sind seit über 30 Jahren in der Lithotripsie für die Behandlung von Nierensteinen eingesetzt. Da die Zufallsbefund Darmbein Verdickung in Lithotripsie Patienten in den frühen 1980er Jahren wurden erste Studien durchgeführt, um die Wirkung der Stoßwellenbehandlung (SWT) auf die Knochenheil 1 auszuwerten. Beeindruckende Ergebnisse verbessert die Heilung von Röhrenknochen Pseudarthrosen konnte 2 beobachtet werden. Anschließend wurden Hinweise auf Weichteilwunden 3 erweitert. Die Grundlagenforschung Ergebnisse zeigten, dass Stoßwellen nicht dazu führen, eine biologische Reiz auf das Zielgewebe ohne Folgeschäden. Freisetzung von angiogenetischen Wachstumsfaktoren (z. B. VEGF, PIGF, FGF) durch deutliche Angiogenese gefolgt. Dies führte zu einem weiteren Ausbau der Beschilderung in Richtung ischämischen Pathologien. Unsere Gruppe und andere zeigten die positive effect von SWT auf ischämische Herzerkrankung im Tiermodell als auch in klinischen Studien 4-6. Jedoch der genaue Mechanismus, wie die physikalischen Stimulus von SWT in ein biologisches Signal (mechanotransduction) übersetzt weitgehend unbekannt. Da das Interesse in SWT aus verschiedenen Bereichen der Medizin kontinuierlich zunimmt, ist die Suche nach dem Mechanismus immer mehr und intensiver. Daher werden in vitro Experimente Schockwelle an Bedeutung. Neben der Reduktion von Tierversuchen und Wirtschaftlichkeit kann der größte Vorteil von In-vitro-Stoßwellenbehandlung (IVSWT) die Möglichkeit, das Studium der spezifische Verhalten eines bestimmten Zelltyp sein. In Stoßwellen vermittelten Geweberegeneration wahrscheinlich alle Zellen des behandelten Gewebes beteiligt sind, auch systemische Effekte werden diskutiert. Dennoch spielt jeder Zelltyp eine spezifische Rolle und hat seine eigene innere Funktion. IVSWT ermöglicht es uns, diese spezielle Funktion ein Erfassungsnd gibt uns dadurch ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden komplexen Prozessen. Das heutige Wissen über die Wirkung der Stoßwellen auf Zellkulturen umfasst die Zunahme der Verbreitung, Veränderung der Zellmembran-Rezeptoren, die Erhöhung und Beschleunigung der Zelldifferenzierung, die Freisetzung von Wachstumsfaktoren und chemo Lockstoffe sowie erhöhte Zellmigration 7-9. Störende physikalische Effekte in den meisten in-vitro-Modelle sind verschiedene Verfahren zur Anwendung von Stoßwellen auf Zellkulturen beschrieben. Diese Tatsache führt zu dem Problem, dass es sehr schwierig ist, Ergebnisse zu vergleichen, als physikalische Bedingungen des Zellstimulation sehr unterschiedlich zwischen diesen Modellen sind. In der Regel konzentrieren sich alle bestehenden Modelle für die Schockwellen auf Zellen besten anzuwenden. Allerdings bleibt die Frage: Was passiert mit den Wellen nach dem Passieren der Zellkultur? Das Hauptproblem ist, dass die Differenz der akustischenImpedanz des Zellkulturmediums und der Umgebungsluft ist so hoch, dass mehr als 99% der Stoßwellen reflektiert zu werden 1. Aufgrund der Differenz in der akustischen Impedanz der beiden Medien die Wellen nicht nur reflektiert, sondern eine Phasenverschiebung von 180 ° auf, was zu starken Zugkräfte auf die Zellen Fig. 2 beschrieben. Akustische Impedanz als das Produkt aus der Dichte des Materials und seiner Schallgeschwindigkeit Z = ρ x C definiert. Wasser für die akustische Impedanz ZWater = 1.440.000 Ns / m 3 für Luft ist es nur 420 Ns / m 3. Die große Differenz der beiden Werte ergibt sich Reflexion und die Phasenverschiebung von Stoßwellen. Die Phasenverschiebung stellt sich eine positive Druckimpuls in eine Zug-Welle. Auch wenn diese Zugkraft ist nicht schädlich für die Zellen, stört es mit der Idee der Nachahmung in vivo Stoßwelleneffekte in vitro. In vivo dieseZugkräfte kaum durch große Körperstrukturen auftreten. Darüber hinaus kann die Rücklaufwellen stören auch die ankommenden Einsen. Dies kann Störungen verursachen. Zwei Arten von Störungen sind bekannt. Konstruktive Interferenz bedeutet, dass beide Wellen aufgenommen wodurch sich verdoppelt Amplitude Abbildung 3. Destruktive Interferenz tritt auf, wenn Wellen treffen diametral entgegengesetzt. Es verursacht Abschaffung der Wellen (3). Daher muss IVSWT ein Modell, das Schockwellen ermöglicht, nach dem Passieren der Zellkultur vermehren. IVSWT Wasserbad Überlegungen im Anschluss an die oben genannten Bedenken führen uns zu einer Wasser-Bad-Design zur Vermeidung der beschriebenen Probleme Abbildung 4. Grundsätzlich besteht es aus einem Plexiglas-Behälter gebaut mit einer Membran, jede Art von Stoßwellenapplikator verbinden. Zur Kopplung zwischen dieser Membran und der Applikator Ultraschallübertragung gel zu verwenden. Das Wasserbad wird mit entgastem Wasser gefüllt ist, um Kavitation, die auftreten würde, wenn Gas in dem Wasser gelösten vermeiden. Eine Heizvorrichtung am Boden mit einem Temperatursensor mit einer Steuereinheit verbunden ermöglicht Temperatur Nachahmung in vivo-Bedingungen zu regulieren und Zellkulturen zu vermeiden, um sich während des Verfahrens zu kühlen. Die Temperatur kann bei 37 Grad Celsius stabil gehalten werden, wie es in einem Inkubator getan. Ein Halter für die Zellproben können zum Eintauchen jede Art von Kulturkolben oder Röhrchen. Dabei muss das Probengefäß vollständig mit Kulturmedium gefüllt werden, wie Luftblasen würde Schockwellen blockieren! Eine keilförmige Absorber an der Rückwand des Bades selbst zerstört Wellen um nicht reflektiert und laufen zurück um Störungen zu vermeiden bekommen. Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen IVSWT Modelle ist die Möglichkeit der Änderung des Abstandes zwischen dem Applikator und den Kulturflaschen. Die Ergebnisse unserer Gruppe und andere, die verwenden dieses Modell eindeutig swie, dass jeder Zelltyp reagiert sehr spezifisch auf verschiedene Behandlungsparameter. Außerdem ist entscheidend definiert den Abstand zwischen der Quelle der Wellen und der Probe ermöglicht es, die Zellen zu steuern, um an einer bestimmten Position in Bezug auf den Schwerpunkt der Stoßwellenapplikator sein.

<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

Stoßwellen sind heute bekannt für ihre regenerierende Wirkung bekannt. Die Grundlagenforschung Ergebnisse zeigten, dass Stoßwellen nicht dazu führen, eine biologische Reiz auf Zellen oder Gewebe gezielt ohne Folgeschäden. Daher sind in vitro-Experimenten von zunehmendem Interesse. Verschiedene Methoden der Anwendung von Stoßwellen auf Zellkulturen beschrieben. In der Regel konzentrieren sich alle bestehenden Modelle für die Schockwellen auf Zellen besten anzuwenden. Allerdings bleibt die Frage: Was passiert mit den Wellen nach dem Passieren der Zellkultur? Der Unterschied der akustischen Impedanz des Zellkulturmediums und der Umgebungsluft ist so hoch, dass mehr als 99% der Stoßwellen reflektiert zu werden! Wir haben daher ein Modell entwickelt, das im Wesentlichen aus einem Plexiglas-Behälter gebaut, die die Wellen im Wasser nach dem Passieren der Zellkultur ausbreiten kann. Dies vermeidet Kavitation Effekte sowie Reflexion der Wellen, die sonst stören würden kündigte. With diesem Modell sind wir in der Lage, in vivo-Bedingungen zu imitieren und dadurch gewinnen mehr und mehr Wissen darüber, wie die physikalischen Reiz von Stoßwellen wird in einer biologischen Zelle Signal (&quot;mechanotransduction&quot;) übersetzt.

Mit dem beschriebenen Verfahren angewendet wir Schockwellen der menschlichen Nabelschnur-Endothelzellen (HUVECs), die wir zuvor aus der Nabelschnur isoliert. Nabelschnüre wurden von elektiven Kaiserschnitte erhalten. HUVECs wurden bei einem Zusammenfluss von 90% in einer T25-Zellkulturflasche mit einer elektrohydraulischen Stoßwellentherapiesystem behandelt. Behandlungsparameter waren eine Energieflussdichte von 0,1 mJ / mm 2 und einer Frequenz von 5 Hz ist. 300 Impulse wurden a...

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Shock Wave Application to Cell Cultures

Stoßwellen sind heute bekannt für ihre regenerierende Wirkung bekannt. Daher in vitro-Experimenten sind von zunehmendem Interesse. Wir haben daher ein Modell entwickelt, für die in vitro-Studien Schockwelle (IVSWT), die es uns ermöglicht, in vivo-Bedingungen dadurch vermeiden störende physikalische Effekte zu imitieren.

Shock Wave Anwendung auf Zellkulturen

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

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