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

Författarna tackar Reiner Schultheiss och Wolfgang Schaden för deras inspiration för denna modell. Vi tackar också Christian Dorfmüller för hans all time enorma insatser för att stödja vår forskning. Stort tack till Robert Göschl och Hans Hohenegger för noggrann teknisk förverkliga våra idéer!

Etiskt tillstånd Efter att ha fått skriftligt informerat samtycke från patienter, var navelsträngar som erhålls från kejsarsnitt vid avdelningen för gynekologi för isolering av humana umbilikalvensendotelceller (HUVEC). Tillstånd gavs från den etiska kommittén i Innsbruck Medical University (nr UN4435). 1. Förbered IVSWT Vattenbad <ol><li> Förbered 3,5 liter kranvatten i en lämplig tank. Vatten behöver värmas till 37 ° C (se protokoll 6). </li><li...

<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>

Betydelsen av den föreslagna modellen för in vitro-chockvåg behandling är det faktum att vågorna kan utbreda sig efter att ha passerat den cellkultur i motsats till befintliga modeller. Därigenom kan störande fysiska effekter, t.ex. dragkrafter undvikas. Modellen mer liknar in vivo-förhållanden än av andra tillämpar vinkar till sina cellodlingsflaskor direkt. En ytterligare fördel är möjligheten att variera avståndet mellan tryckvågskällan och celler. Detta...

Chockvågor är ljudtrycksvågor till följd av en plötslig frisättning av energi, t ex. som åska när blixten. Inom medicinen stötvågor har använts i över 30 år i Litotripsi för upplösningen av njursten. Eftersom bifynd av iliaca ben förtjockning i litotripsi patienter i början av 1980, var första studierna utfördes för att utvärdera effekten av chockvågen behandling (SWT) på ben läker 1. Imponerande resultaten av förbättrad läkning av långa rörben nonunions kunde observeras 2. Därefter har indikationer utvidgas till mjukdels sår 3. Grundläggande forskningsresultat visade att chockvågor orsakar en biologisk stimulans till målvävnaden utan några följdskador. Frisättning av angiogena tillväxtfaktorer (t.ex. VEGF, PlGF, FGF) följs av signifikant angiogenes. Detta ledde till en ytterligare utvidgning av indikationer mot ischemiska sjukdomar. Vår grupp och andra visade den positiva effect av SWT på ischemisk hjärtsjukdom i djurmodeller och i kliniska prövningar 4-6. Men den exakta mekanismen för hur den fysiska stimulansen av SWT är översatt till en biologisk signal (mechanotransduction) är i stort sett okända. Eftersom intresset för SWT från flera medicinska områden ökar kontinuerligt, är jakten på den mekanism blir mer och mer intensiv. Därför är in vitro chockvåg experiment allt viktigare. Förutom minskningen av djurförsök och kostnadseffektivitet, kan den största fördelen med in vitro chockvåg behandling (IVSWT) finnas en möjlighet att studera specifika beteendet hos en viss celltyp. I chockvåg medierad vävnadsregenerering troligtvis alla celler i den behandlade vävnaden är inblandade, är även systemiska effekter diskuteras. Ändå spelar varje celltyp en särskild roll och har sin egen inneboende funktion. IVSWT gör det möjligt att detektera denna funktion ennd därmed ger oss en bättre förståelse för de komplexa bakomliggande processer. Dagens kunskaper om stötvåg effekter på cellkulturer omfattar en ökning av spridning, ändring av cellmembranreceptorer, ökning och acceleration av celldifferentiering, frisättning av tillväxtfaktorer och kemo-attraherande samt ökad cellmigration 7-9. Störande fysiska effekter i de flesta in vitro-modeller Olika metoder för att tillämpa chockvågor på cellkulturer har beskrivits. Detta faktum leder till det problemet att det är mycket svårt att jämföra resultaten, eftersom fysiska tillståndet hos cellstimulering är helt olika mellan dessa modeller. Generellt alla befintliga modeller fokuserar på hur man bäst tillämpar chockvågor på celler. Dock kvarstår frågan: Vad händer med vågorna efter att ha passerat cellkulturen? Det huvudsakliga problemet är att skillnaden för den akustiskaimpedans av cellodlingsmediet och den omgivande luften är så hög, att mer än 99% av stötvågor blir reflekterade Figur 1. På grund av skillnaden i akustisk impedans av de två medierna vågorna är inte bara speglas utan en fasförskjutning på 180 ° sker resulterar i starka dragkrafter till cellerna Figur 2. Akustisk impedans definieras som produkten av densiteten hos ett material och dess ljudhastighet Z = ρ x c.. För vatten den akustiska impedansen är ZWater = 1.440.000 Ns / m 3, för luften är det bara 420 Ns / m 3. Den stora skillnaden mellan dessa två värden resulterar i reflektion och fasförskjutning av stötvågor. Fasförskjutningen förvandlar en positiv tryckpuls i en dragvågen. Även om denna dragkraft är inte skadligt för cellerna, stör det med tanken på att härma in vivo chockvåg effekter in vitro. In vivo dessadragkrafter knappast uppstå på grund av stora kroppsstrukturer. Dessutom kan rygg kör vågor även störa inkommande sådana. Detta kan orsaka störningar. Två typer av interferens är kända. Konstruktiv interferens innebär att båda vågorna adderas vilket resulterar i fördubblad amplitud Figur 3. Destruktiv interferens uppstår om vågor möter diametralt motsatt. Det orsakar avskaffandet av vågor (Figur 3). Därför IVSWT behöver en modell som gör att stötvågor att propagera efter passage av cellodlingen. IVSWT vattenbad Överväganden efter de ovan nämnda oro leda oss att utforma ett vattenbad för att undvika de beskrivna problemen Figur 4. I grunden består den av ett plexiglas inbyggd behållare med ett membran för att ansluta alla typer av stötvåg applikator. För koppling mellan detta membran och applikatorn ultraljudsöverföring GEl måste användas. Vattenbadet är fylld med avgasat vatten för att undvika kavitation som skulle inträffa om gas soluted inom vattnet. En varmare i botten med en temperatursensor som är ansluten till en styrenhet gör det möjligt att reglera temperaturen för imitation av in vivo-förhållanden och för att undvika cellkulturer för att kyla ner under förfarandet. Temperaturen kan hållas stabilt på 37 grader som det är gjort i en inkubator. En hållare för cellproverna möjliggör nedsänkning av alla typer av odlingskolv eller-rör. Därigenom måste provkärlet att vara helt fylld med odlingsmedium, såsom luftbubblor skulle blockera stötvågor! En kilformad upptagare vid den bakre väggen i badet destructs vågor för att inte få avspeglas och köra tillbaka för att undvika störningar. En ytterligare fördel till andra IVSWT modeller är möjligheten att variera avståndet mellan applikatorn och odlingsflaskor. Resultat av vår grupp och andra som använder den här modellen är klarthur att varje celltyp reagerar mycket specifikt till olika behandlingsparametrar. Dessutom är avgörande att definiera avståndet mellan källan av vågorna och provet som gör att vi kan styra celler för att vara i en specifik position i relation till fokus för stötvåg 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

Chockvågor numera är väl kända för att de regenerativa effekter. Grundläggande forskningsresultat visade att chockvågor orsakar en biologisk stimulans till målceller eller vävnad utan några följdskador. Därför, in vitro-försök är att öka intresset. Olika metoder för att tillämpa chockvågor på cellkulturer har beskrivits. Generellt alla befintliga modeller fokuserar på hur man bäst tillämpar chockvågor på celler. Dock kvarstår frågan: Vad händer med vågorna efter att ha passerat cellkulturen? Skillnaden i den akustiska impedansen i cellodlingsmediet och den omgivande luften är så hög, att mer än 99% av stötvågor får reflekteras! Vi utvecklade därför en modell som i huvudsak består av en plexiglas inbyggd behållare som tillåter vågorna att utbreda sig i vattnet efter att ha passerat cellkultur. Detta undviker kavitation effekter samt återspegling av vågorna som annars skulle störa kommande sådana. Wie denna modell har vi möjlighet att efterlikna förhållandena in vivo och därmed få mer och mer kunskap om hur den fysiska stimulansen av stötvågor blir översatt till en biologisk cell signal (&quot;mechanotransduction&quot;).

Med hjälp av den beskrivna metoden vi tillämpat chockvågor till humana umbilikalvensendotelceller (HUVEC) som vi ovan isolerad från navelsträngar. Navelsträngar erhölls från elektiva kejsarsnitt. HUVECs behandlades vid ett sammanflöde av 90% i en T25 cellkultur kolv med en elektrohydraulisk chockvåg terapisystem. Parametrar Behandling var en energitäthet av 0,1 mJ / mm 2 och en frekvens på 5 Hz. 300 impulser applicerades från ett avstånd av 5 cm från chockvågen kä...

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

Shock Wave Application to Cell Cultures

Chockvågor numera är väl kända för att de regenerativa effekter. Därför in vitro-försök är att öka intresset. Vi utvecklade därför en modell för in vitro chockvåg försök (IVSWT) som gör att vi kan efterlikna in vivo-förhållanden och därmed undvika störande fysiska effekter.

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

Design av en cyklisk tryck Bioreaktor för Ex vivo Studie av Aorta hjärtklaffar

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

Hög genomströmning, automatiserat rena fram DNA och RNA från kliniska prover med TruTip Technology om gemensamma Vätskehantering Robotar

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 fibrinbaserade Tissue konstruktioner från Myofibroblaster och tillämpning av begränsningar och påfrestningar för att inducera cell-och kollagen (om) organisering

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 tumör Stromal mikromiljö med Ansökan till 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

I vitro-modell av fysiologiska och patologiska blodflöde med Application till Undersökningar av Vascular Cell ombyggnad

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

Syntes av biokompatibla Liquid Crystal Elastomer Skum som Cell Ställningar för 3D Spatial cellkulturer

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

Stora ytor skanning sond Nanolithography underlättas av automatiska justering och dess tillämpning på substrat Fabrication för cellkulturstudier

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

Skapa encellig Co-kulturer på ett deterministiskt sätt med ett Microfluidic 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

Ökad hållbarhet hos dissocierade neurala cellkulturer med användning av biologiskt aktiv koralllinjematris

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 kvantifiering av utvalda kynukreniner analyserade av flytande kromatografi-masspektrometri i medium som samlats in från cancercellkulturer

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