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 inspirasjon for denne modellen. Vi vil også takke Christian Dorfmüller for hans all time enorm innsats for å støtte vår forskning. Mange takk til Robert Göschl og Hans Hohenegger for forsiktig teknisk realisering av våre ideer!

Etisk tillatelse Etter å ha innhentet skriftlig informert samtykke fra pasientene, ble navlestrengene innhentet fra keisersnitt ved Institutt for gynekologi for isolering av humane navlestrengsvenen endotelceller (HUVECs). Tillatelse ble gitt fra den etiske komiteen i Innsbruck Medical University (no. UN4435). En. Klargjør IVSWT Water Bath <ol><li> Forbered 3,5 L vann fra springen i en passende tank. Vann må varmes opp til 37 ° C (se protokoll 6). </li><li> Fy...

<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 av den foreslåtte modell for in vitro-sjokkbølgebehandling er det faktum at bølger kan forplante seg etter passering av cellekultur i motsetning til eksisterende modeller. Derved kan forstyrrende fysikalske effekter som for eksempel strekk-krefter unngås. Modellen mer ligner in vivo forhold enn at ved andre søker bølger til sine cellekulturflasker direkte. En ytterligere fordel er muligheten for å variere avstanden mellom sjokkbølgen kilde og celler. Det...

Sjokkbølger er lydtrykkbølger som følge av en plutselig frigjøring av energi, f.eks. som torden når lyn. I medisin sjokkbølger har blitt brukt i over 30 år i Litotripsi for oppløsningen av nyrestein. Siden tilfeldig funn av iliac bein fortykkelse i Litotripsi pasienter i 1980, ble det første studier utført for å evaluere effekten av sjokkbølgebehandling (SWT) på bein healing en. Imponerende resultater av forbedret healing av lange ben nonunions kunne observeres to. Deretter indikasjoner ble utvidet til bløtvev sår tre. Grunnleggende forskningsresultater viser at sjokkbølger forårsaker en biologisk stimulans til målet vev uten følgeskader. Frigjøring av angiogene vekstfaktorer (for eksempel VEGF, PlGF, FGF) etterfølges av betydelig angiogenese. Dette førte til en ytterligere utvidelse av indikasjoner mot iskemiske patologi. Vår gruppe og andre viste den positive effekten av SWT på ischemisk hjertesykdom i dyremodeller og i kliniske forsøk 4-6. Men den eksakte mekanismen for hvordan fysisk stimulans av SWT er oversatt til et biologisk signal (mechanotransduction) er fortsatt i stor grad ukjent. Ettersom interessen for SWT fra flere felt av medisin øker kontinuerlig, er søken etter den mekanismen blir mer og mer intens. Derfor er in vitro bølge eksperimenter sjokk stadig viktigere. Foruten reduksjon av dyreforsøk og kostnadseffektivitet, kan den største fordelen av in vitro sjokkbølgebehandling (IVSWT) være mulighet for å studere den spesifikke atferden til en bestemt celletype. I sjokkbølge mediert vevsregenerering sannsynligvis alle celler i det behandlede vev er involvert, er enda systemiske effekter diskutert. Likevel spiller hver celletype en bestemt rolle og har sin egen iboende funksjon. IVSWT gjør oss i stand til å oppdage denne bestemte funksjonen ennd dermed gir oss bedre forståelse av de komplekse underliggende prosesser. Dagens kunnskap om støtbølge virkninger på cellekulturer omfatter økning av proliferasjon, endring av celle-membranreseptorer, øke og akselerering av celledifferensiering, frigjøring av vekstfaktorer og kjemo-tiltrekningsmidler, så vel som økt cellemigrasjon 7-9. Forstyrrende fysiske effekter i de fleste in vitro-modeller ulike metoder for å bruke sjokkbølger på cellekulturer har blitt beskrevet. Dette faktum fører til det problem at det er meget vanskelig å sammenligne resultatene, som fysiske betingelser for cellestimulering er ganske forskjellig mellom disse modellene. Generelt alle eksisterende modeller fokusere på hvordan du best kan bruke sjokkbølger på celler. Imidlertid gjenstår spørsmålet: Hva skjer med bølgene etter bestått cellekultur? Hovedproblemet er at forskjellen på det akustiskeimpedansen av cellekulturmediet, og den omgivende luft er så høy, at mer enn 99% av sjokkbølger blir reflektert figur 1. På grunn av forskjellen i akustisk impedans mellom de to medier bølger blir ikke bare reflekteres, men en fase-forskyvning på 180 ° forekommer noe som resulterer i sterke strekkrefter til cellene Figur 2.. Akustisk impedans er definert som produktet av tettheten av et materiale og dets lydhastighet Z = ρ x c. For vann den akustiske impedansen er ZWater = 1440000 Ns / m 3, for luft det er bare 420 Ns / m 3. Den store forskjell mellom disse to verdier gir refleksjon og faseforskyvning av sjokkbølger. Den faseforskyvning slår en positiv trykkpuls inn i en strekkbølge. Selv om denne strekkraft ikke er skadelige for cellene, griper det med tanken på å etterligne in vivo sjokkbølgevirkninger in vitro. In vivo dissestrekkrefter neppe oppstå på grunn av store kroppsstruktur. Videre kan baksiden løpende bølger selv forstyrrer de innkommende seg. Dette kan føre til forstyrrelser. To typer forstyrrelser er kjent. Konstruktiv interferens betyr at begge bølger legges dermed resultere i doblet amplitude Figur 3. Destruktiv interferens oppstår hvis bølger møtes diametralt motsatt. Det fører til nedlegging av bølger (figur 3). Derfor trenger IVSWT en modell som gjør det mulig for trykkbølger til å forplante seg etter passering av cellekultur. IVSWT vannbad Hensyn Etter ovennevnte bekymringer føre oss til å designe et vannbad for å unngå de beskrevne problemene Figur 4. Utgangspunktet består det av et pleksiglass bygget beholder med en membran for å koble alle slags sjokkbølge applikator. For kopling mellom dette membran og applikatoren ultralydoverførings gel har til å bli brukt. I vannbadet er fylt med avgasset vann for å unngå kavitasjon som ville oppstå hvis gassen ble soluted i vannet. Et varmeelement i bunnen med en temperaturføler som er koblet til en styreenhet gjør det mulig å regulere temperaturen for etterligning av in vivo-betingelser, og for å unngå cellekulturer avkjøles under prosedyren. Temperaturen kan holdes stabilt på 37 grader celsius som det er gjort i en inkubator. En holder for celleprøver gjør det mulig å dyppe en hvilken som helst form for kulturen kolbe eller rør. Derved må prøven fartøyet for å bli fullstendig fylt med dyrkningsmedium, ettersom luftbobler vil blokkere sjokkbølger! En kileformet absorber på bakveggen av badekaret destructs bølger for ikke å bli reflektert og kjøres tilbake for å unngå interferens. En ytterligere fordel med andre IVSWT modeller er muligheten for å variere avstanden mellom påføringsinnretningen og kulturflasker. Funn av vår gruppe og andre som bruker denne modellen klart erhvordan at hver celletype reagerer svært spesifikt til ulike behandlingsparametere. Videre bestemmer avstanden mellom kilden av bølgene, og prøven er viktig da det gjør det mulig å kontrollere cellene til å være på en bestemt posisjon i forhold til vekt av sjokkbølgen 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

Sjokkbølger i dag er godt kjent for sine regenerative effekter. Grunnleggende forskningsresultater viser at sjokkbølger forårsaker en biologisk stimulans til å målrette celler eller vev uten følgeskader. Derfor in vitro eksperimenter er av økende interesse. Forskjellige metoder for påføring av sjokkbølger på cellekulturer er beskrevet. Generelt alle eksisterende modeller fokusere på hvordan du best kan bruke sjokkbølger på celler. Imidlertid gjenstår spørsmålet: Hva skjer med bølgene etter bestått cellekultur? Forskjellen fra den akustiske impedansen til cellekulturmediet, og den omgivende luft er så høy, at mer enn 99% av sjokkbølger blir reflektert! Vi har derfor utviklet en modell som i hovedsak består av en pleksiglass bygget beholder som gjør det mulig for bølgene å forplante seg i vann etter å ha passert cellekultur. Dette unngår kavitasjon effekter samt refleksjon av bølger som ellers ville forstyrre kommende dem. With denne modellen er vi i stand til å etterligne in vivo-forhold og dermed få mer og mer kunnskap om hvordan den fysiske stimulans av sjokkbølger blir oversatt til en biologisk celle signal (&quot;mechanotransduction&quot;).

Ved hjelp av den beskrevne metoden vi benyttet sjokkbølger til menneskelige umbilical vein endotelceller (HUVECs) at vi Afore isolert fra navlestrenger. Navlestrenger ble innhentet fra elektive keisersnitt. HUVECs ble behandlet på en sammenfletting av 90% i en T25 cellekultur kolbe med en elektrohydraulisk sjokkbølgebehandling system. Behandlingsparametere var en energitettheten på 0,1 mJ / mm 2 og en frekvens på 5 Hz. 300 impulser ble påført fra en avstand på 5 cm fra sjo...

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

Shock Wave Application to Cell Cultures

Sjokkbølger i dag er godt kjent for sine regenerative effekter. Derfor in vitro eksperimenter er av økende interesse. Vi har derfor utviklet en modell for in vitro sjokkbølge studier (IVSWT) som gjør oss i stand til å etterligne in vivo forhold og dermed unngå forstyrrende fysiske effekter.

Shock Wave Søknad til 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

Høy gjennomstrømning, Automated Utvinning av DNA og RNA fra kliniske prøver ved hjelp TruTip Technology på Common Væskehåndtering 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

Engineering Fibrin-baserte Tissue konstruerer fra myofibroblasts og anvendelse av restriksjoner og belastning å bevege Cell og kollagen (Re) Organisasjon

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 av Tumor stromal mikromiljøet med Søknad til 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 Modell av fysiologiske og patologiske Blood Flow med Application å Undersøkelser av 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 av Biokompatible Liquid Crystal Elastomer Skum som Cell Stillas for 3D Spatial cellekulturer

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

Stor-området skanning sonde Nanolithography tilrettelagt av automatiserte justering og dens anvendelse til underlaget fabrikasjon for cellen kulturstudier

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 single-Cell basert co-kulturer i en deterministisk måte med en Mikrovæskebasert 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

Økende holdbarhet av dissosierte nevrale cellekulturer ved bruk av biologisk aktiv korallinmatriks

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 kvantifisering av utvalgte kynureniner analysert av flytende kromatografi-massespektrometri i medium samlet fra kreftcellekulturer

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