Name: electric and magnetic field devices for stimulation of biological tissues
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues at JoVE.com

著者らは、「フォンド・ナシオナル・デ・フィナンシアミエント・パラ・ラ・シエンシア、 ラ・テクノロジア、イ・ラ・イノバシオン -フォンド・フランシスコ・ホセ・デ・カルダス-ミンシエンシアス」とコロンビア大学ナシオナル・デ・コロンビア交付金第80740-290-2020号とヴァルチームテックが受けたサポート - ビデオ版の機器と技術サポートを提供するための 研究と革新 。

1. EFとMFのシミュレーション
メモ: EF と MF のシミュレーションは、COMSOL マルチフィジックスで行われました。
<ol><li>軸対称の 2D 構成を選択して、ドメインの電気と磁気の両方を表します。</li>
	<li>物理構成では、平行電極で EF を計算する 電流 インタフェースか、コイルの周囲の MFs を計算する 磁界 を選択します。</li>
	<li>スタディ設定で、[ <...

ヒト組織に影響を及ぼす異なる病理を治癒するために使用される治療は、局所的に痛みを和らげるか、または影響を受けた組織を外植または移植に置き換えようとする薬理学的療法32または外科的介入33である。近年、自家細胞療法は、傷害組織を治療するための代替療法として提案されており、そこで細胞は患者から単離され、インビトロ技術を介して、...

EFおよびMFは、細胞のダイナミクスを改変し、組織1の細胞外マトリックスに関連する主分子の増殖を刺激し、合成を増加させることが示されている。これらの生物物理学的刺激は、特定の設定やデバイスを使用して、さまざまな方法で適用することができます。EFを生成するデバイスに関しては、直接結合刺激装置は、生体外の生体試料に接触しているか、生体内で患者および動物の組織に直接移植された電極を使用する2;しかしながら、電極間の接触による生体適合性の不十分、pHおよび分子酸素レベル1の変化を含む制限および欠陥が依然として存在する。逆に、間接的なカップリングデバイスは、生物学的サンプル3と並行して配置される2つの電極間にEFを生成し、生物学的サンプルを刺激し、組織と電極の間の直接接触を避けるために非侵襲的な代替技術を可能にする。このタイプの装置は患者への最低の侵略のプロシージャを行うために将来の臨床適用に外挿することができる。MFを生成するデバイスに関連して、誘導結合刺激装置は、細胞培養4、5の周りに位置するコイルを流れる時間変動電流を作成します。最後に、EF と静的 MF を使用して一過性電磁界1を生成する複合デバイスがあります。生物学的サンプルを刺激する構成が異なることを考えると、生体物理学的刺激を適用する際には、緊張や周波数などの変数を考慮する必要があります。電圧は生体組織の挙動に影響を与えるため、重要な変数です。例えば、細胞の移動、配向、遺伝子発現は印加電圧3、6、7、8、9、10の振幅に依存することが示されている。生体内で発生することが証明されているので、周波数は生体物理学的刺激に重要な役割を果たします。高低周波数は細胞に有益な効果を有することが実証されている。特に、細胞膜の電圧ゲート型カルシウムチャネルまたは小胞体では、細胞内レベル1、7、11において異なるシグナル伝達経路を引き起こす。
上記に従って、EFsを生成する装置は、2つの並列コンデンサ12に接続された電圧発生器から構成される。この装置は、アームストロングらによって実施され、軟骨細胞13の増殖速度および分子合成の両方を刺激する。この装置の適応は、上蓋と底蓋を掘削することによって細胞培養井戸プレートを改変したBrightonららによって行われた。穴はカバースライドで満たされ、下の眼鏡は生物学的組織を培養するために使用された。電極は各カバースライドに配置され、EFs14を生成した。この装置は、軟骨細胞、骨芽細胞および軟骨外植物を電気的に刺激するために用いられ、細胞増殖14、15、16および分子合成3、17の増加を示す。 Hartigらによって設計された装置は、平行コンデンサに接続された波発生器と電圧増幅器で構成されていた。電極は絶縁の場合に置かれた高品質のステンレス鋼から成っていた。この装置は、骨芽細胞を刺激するために使用され、増殖およびタンパク質分泌18の有意な増加を示す。Kimらが使用する装置は、高電圧金属酸化物の相補半導体の製造プロセスを用いて製造された二相電流刺激チップで構成されていた。培養井戸プレートは、電気刺激で導電性表面上の細胞を培養するように設計された。電極はシリコンプレート19の上に金で被覆した。この装置は、骨芽細胞を刺激するために使用され、血管内皮増殖因子19の増殖及び合成の増加を示し、アルカリホスファターゼ活性の産生を刺激し、カルシウム沈着及び骨形態形成タンパク質20を刺激する。同様に、本装置は、ヒト骨髄間葉系幹細胞21の血管内皮増殖因子の増殖速度および発現を刺激するために用いた。中鈴路らで設計された装置は、白金プレートに接続された電圧発生器で構成された。電極は24の異なった点で電位を測定するために造られた。この装置は軟骨細胞を刺激するために用いられ、EFは細胞形態を変化させなかったことを示し、増殖および分子合成22を増加させた。Auらで使用される装置は、白金線で心臓刺激装置に接続された2本のカーボンロッドを備えたガラス室から構成された。この刺激剤は、心筋細胞および線維芽細胞を刺激するために用いられ、細胞伸長及び線維芽細胞の配向性23を改善する。
さまざまなMFデバイスは、いくつかのタイプの生物学的サンプルを刺激するために、ヘルムホルツコイルに基づいて製造されています。例えば、ヘルムホルツコイルは、軟骨細胞24,25の増殖および分子合成を刺激するために使用されてきたが、関節軟骨外植物26のプロテオグリカン合成を増強し、骨芽細胞様細胞27の骨形成に関連する遺伝子のアップレギュレーションを改善し、内皮細胞28の増殖および分子発現を増加させる。ヘルムホルツコイルは、一方が他方のコイルの前に位置する2つのコイル全体でMFを生成します。コイルは、均質なMFを確保するために、コイルの半径と等しい距離で配置する必要があります。ヘルムホルツコイルを使用することの欠点は、必要なMF強度を生成するのに十分な大きさである必要があるため、コイル寸法にあります。さらに、コイル間の距離は、生物学的組織の周りのMFの均質な分布を確保するために十分でなければなりません。ヘルムホルツコイルによる問題を回避するために、ソレノイドコイルの製造にさまざまな研究が焦点を当てています。ソレノイドコイルは、銅線で巻かれたチューブをベースにしてMFを生成します。銅線入力をコンセントまたは電源に直接接続してコイルを通電し、ソレノイドの中央にMFsを作成することができます。コイルの回転数が多いほど、生成されるMFは大きくなります。MFの大きさはまた、コイル29を通電するために印加される電圧および電流に依存する。ソレノイドコイルは、HeLa、HEK293およびMCF730または間葉系幹細胞31のような磁気的に異なる種類の細胞を刺激するために使用されてきた。
異なる著者が使用するデバイスは、電極の十分なサイズまたはEFとMFの両方を均質に分配するためにコイルの正しい長さを考慮していません。さらに、デバイスは固定電圧と周波数を生成し、特定の生体組織を刺激するための使用を制限します。このため、このプロトコルでは、容量性システムとコイルの両方をシミュレーションして、生物学的サンプル上のEFとMFの均質な分布を保証し、エッジ効果を回避するための計算シミュレーションガイドラインが実施される。また、電子回路の設計により、電極とコイルの間に電圧と周波数が発生し、細胞培養井戸プレートや空気のインピーダンスによる制限を克服するEFやMFが生まれることが示されています。これらの改変は、非侵襲的で適応性のあるバイオリアクターを作成し、任意の生物学的組織を刺激することを可能にする。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Electrical stimulator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational amplifier</td>
			<td>Motorola</td>
			<td>LF-353N</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>22 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>10 k&#937; 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>2.6 k&#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>2.2 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>220 &#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>22 &#937; 
			Quantity: 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>10 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>6.8 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>3.3 &#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester capacitors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1 nF 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester capacitors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>100 nF 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VHF Band Amplifier Transistor JFET</td>
			<td>Toshiba</td>
			<td>2SK161</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power transistor BJT NPN</td>
			<td>Mospec</td>
			<td>TIP 31C</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zener diode</td>
			<td>Microsemi</td>
			<td>1N4148</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Switch</td>
			<td>Toogle Switch</td>
			<td>SPDT - T13</td>
			<td>---- 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toroidal ferrite core</td>
			<td>Caracol</td>
			<td>----</td>
			<td>T*22*14*8 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooper wire</td>
			<td>Greenshine</td>
			<td>----</td>
			<td>AWG &#8211; 24 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relimate header with female housing</td>
			<td>ADAFRUIT</td>
			<td>----</td>
			<td>8 pin connectors 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relimate header with female housing</td>
			<td>ADAFRUIT</td>
			<td>----</td>
			<td>2 pin connectors 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female plug terminal connector</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>4mm Lantern Plugs (Plug + Socket) 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Heat Sink</td>
			<td>AWIND</td>
			<td>----</td>
			<td>For TIP 31C transistor 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Led</td>
			<td>CHANZON</td>
			<td>----</td>
			<td>5 mm red 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Integrated circuit socket connector</td>
			<td>Te Electronics Co., Ltd.</td>
			<td>----</td>
			<td>Double row 8-pin DIP 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 pin connectors set</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>JST PH 2.0 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 pin screw connectors</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>For PCB 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 pin screw connectors</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>For PCB 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>P1041 - 4 mm - 15 A 
			Quantity: 7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bullet connectors to banana plug charge lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>4 mm male-male/female-female adapters - 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Case</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>ABS 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrodes</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>Stainless &#8211; steel 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode support</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>Teflon 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stimulator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooper wire</td>
			<td>Greenshine</td>
			<td>----</td>
			<td>AWG &#8211; 18 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AC power plugs</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>120 V AC &#8211; 60 Hz 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana female connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>1Set Dual Injection - 4 mm &#8211; 15 A 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana male connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>1Set Dual Injection - 4 mm 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture well plate support</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>PMMA 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fuse</td>
			<td>Bussmann</td>
			<td>2A</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transformer</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1A &#8211; 6 V AC 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>PVC 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable rheostat</td>
			<td>MCP</td>
			<td>BXS150</td>
			<td>10 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>General equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital dual source&#160;</td>
			<td>PeakTech</td>
			<td>DG 1022Z</td>
			<td>2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Oscilloscope</td>
			<td>Rigol</td>
			<td>DS1104Z Plus</td>
			<td>100 MHz, bandwidth, 4 channels 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital multimeter</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>F179</td>
			<td>Voltage CC &#8211; CA (1000 V). Current CC &#8211; CA 10 A. Frequency 100 kHz 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electric and magnetic field devices for stimulation of biological tissues

電界(EF)や磁場(MF)は、増殖、移動、分化、形態、分子合成などの細胞ダイナミクスを改善するために、組織工学によって広く使用されてきました。しかし、細胞、組織、または足場を刺激する際には、刺激強度や刺激時間などの変数を考慮する必要があります。EFとMFは細胞の反応によって変化することを考えると、生物学的サンプルを刺激するために十分な生物物理学的刺激を生成するデバイスを構築する方法は不明です。実際、生物物理学的刺激が適用される場合の計算と分布に関する証拠が不足しています。このプロトコルは、EFやMFを生成するデバイスの設計と製造、および生物学的サンプルの内外の生物物理学的刺激分布を予測する計算方法論の実施に焦点を当てています。EF装置は、生物学的培養物の上部と下部に位置する2つの平行なステンレス鋼電極で構成された。電極を発振器に接続して、60kHzで電圧(50、100、150、200 Vp-p)を発生させた。MF装置はコイルで構成され、変圧器で通電し、60Hzで電流(1A)と電圧(6V)を発生させた。ポリメチルメタクリレート支持体は、コイルの真ん中に生物学的培養物を見つけるために構築されました。計算シミュレーションは、生物学的組織の内外のEFとMFの均質な分布を解明した。この計算モデルは、電圧、周波数、組織形態、ウェルプレートタイプ、電極およびコイルサイズなどのパラメータを変更して、細胞応答を達成するためにEFsおよびMFを推定できる有望なツールです。

計算シミュレーション 図 3に、EF および MF の分布を示します。一方で、容量性システムにおけるEFの均質な分布を観察することが可能であった(図3A)。EFは、生体試料内のフィールドの大きさを詳細に観察するためにプロットした(図3B)。このシミュレーションは、電極のサイズをパラメータ化し、エッジ効果を?...

Watch this Scientific Journal Video about Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues at JoVE.com

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

このプロトコルは、生物学的組織を刺激するために使用される電気および磁気刺激装置の両方を構築するためのステップバイステップのプロセスを記述する。このプロトコルには、計算上の電界と磁場をシミュレートし、刺激装置の製造をシミュレートするためのガイドラインが含まれています。

生体組織の刺激のための電界・磁場装置

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

生物物理学的刺激は、異なる組織における細胞および分子動力学を刺激するために使用されてきた。軟骨細胞、骨芽細胞、線維芽細胞、組織インプラント、足場などの異なる種類の細胞における電界および磁場の影響を評価する研究があります。生体組織を刺激する特定の特徴の下で異なる刺激装置が開発されているが、広範囲の生体試料を刺激するために電圧や周波数を変化させることができる電気・磁気デバイスを確認する必要がある。電気場分布を検証する計算シミュレーションをCOMSOL多物理で行った。ここでは、2つの並列電極によって構成される容量性システムをシミュレートするために軸方向構成を使用し、空気、当社の培養井戸板、培養媒体、および生物学的試料は、この場合、足場で表されてきた。各要素の材料特性は、電気伝導度と相対誘電率であった。印加された電圧は100ボルトに設定され、周波数は60キロヘルツの新しいウィーンに設定されました。すべてのパラメータが導入された後、モデルはすべてのサーフェスの電界分布を観察するために計算されます。より詳細な方法で電界分布を観察するために、完全なシステム、足場内、培養媒体、空気中、および文化的な井戸プレート内および電極の外に電界を差し込むことが可能である。回路は、電界を生成し、ブリッジwien発振器に基づいています。これは正と負のフィードバックの両方を使用する顔のチップのRCnonthian配列です。ブリッジ・ウィーン・オシレーターは、R5とC2の組み合わせで入力電圧を直列に分割し、R6とC3の組み合わせで並列に分割された反応電圧である点灯したラボネットワークによって構成されます。周波数を計算するために、共振周波数方程式を使用して、FサブゼロはR5とR5に等しい周波数Rは抵抗値、C3はコンデンサと等しいCです。この回路は、出力電圧が振幅が低下すると、振幅が大きくなり、抵抗電圧が割った出力が減少すると、分割された抵抗電圧が増加するように設計されています。これにより、アンプの電圧ゲインは出力信号の振幅変化を自動的に開始する。次に、抵抗の組合せを計算し、4つの上電圧を生成した。最後に、信号整流段階を実装して、トランスで信号を増幅しました。回路がシミュレートされると、その結果、発振器によって生成された最終的な線盤信号がプロットとして塗装された回路基板が製造されました。回路がシミュレートされたら、次のステップは、ここでブレッドボードにウィーンブリッジ発振器を構築することです, 我々は、回路を生成している4つの出力電圧と周波数をテストすることができます.その後、私たちはリードカーティス形式と私たちはオシレータが生成する電圧のために使用する抵抗器のために行った発振器をプリント基板で製造します。そして最後に、我々はここに回路インジケータのための最終的なアセンブリを持っています。電気刺激装置をテストする最初のステップは、これを行うために電源の出力電圧を確認し、我々は並列電源を調整し、地面と正と負の端子との間の12と12ボルトの出力電圧を測定することです。出力電圧が確認されると、電気刺激装置の電流入力に電源の各出力を接続することができます。白いケーブルは地面です。黒いケーブルは負の電圧です。そして、赤いケーブルは正の電圧です。電気刺激装置を発生している出力信号を試験するために、電極の中央に培養井戸板を配置する。その後、電気刺激装置によって発生する出力電圧を各並列プレートに接続します。交互電流で作業していることを考えると、オシレータの出力電圧をパラレルプレートの端子に接続する厳密な順序はありません。出力信号を確認するために、各電極に直接接続されているオシロスコープを使用します。Cナインがオシロスコープによって捕獲されると、我々は波を完全に観察するために信号の振幅と周期を変更した。この工程では、電気刺激装置によって発生する4つの電圧を検証することができる。60キロヘルツ、新しい風のフォーラムで50ボルト、100ボルト、150ボルトと200ボルト。電界と同様に、磁場分布を検証するための計算シミュレーションを実施した。軸対称構成は、クーパーワイヤと空気によって構成されるコイルをシミュレートするために使用されました。ここでは、異なる材料特性が考慮され、適用される周波数は60ヘルツに設定されました。全てのパラメータを導入した後、磁場分布を観測するモデルを計算した。最後に、コイルの中心に磁場がどのように均一に分布しているかを観察する図を作成した。アンペアの法則に由来する電磁界方程式は、真空N'の磁気透過性がクーパー線の回転数である磁場を計算するために使用された。I'は、その直径で等級化されなければならない電流とh'は、コイルの長さである。これらのパラメータの値は、2ミリメートルの磁場を推定するために選択されました。磁場を発生させる回路を計算的にシミュレートした。ここで、変圧器は出口に直接接続される。可変抵抗器を使用して電流を流し、長さ1ミリメートルの磁場を生成しました。ヒューズが接続されて回路が保護されました。計算が行われたら、ポリメチルメタクリレート支持体とコイルを構築した後、シミュレーションを行った後、我々はペトリ皿が刺激装置の真ん中に位置することを確実にするために特別な装置を製造した。その後、我々は、コイルの真ん中に均質な磁場を確保するために、培養の途中に配置されるPVCチューブに450ターンのワイヤクーパーを持つコインを製造します。その後、6ボルトの出力と1つのアンペアを備えた変圧器を製造し、回路を通電します。磁気シミュレータ装置をテストするために、コイルが発生している電流を測定した。この測定は、マルチメータをコイルと連動させることで実行されます。電流が約1アンペアであることを確認すると、変圧器はコイルに接続されて回路が閉じます。その後、オシロスコープは、磁気刺激によって生成される60ヘルツで正接信号を検証するためにコイルの出力に接続される。細胞培養が電気的に刺激されているとき、培養培地の変化が生物学的サンプルに対して行われるときに不妊状態を維持することが関連する。そのため、選帝者を機内に導入する必要がある。培養液が変化すると、培養井戸板は電極の上方に位置する。細胞培養物をインキュベーターに戻すために、下側電極は安定した表面上に位置し、上側電極を細胞培養の上部に配置する。そして、電気的シミュレータ装置の出力ケーブルは、各電極の末流部に接続されている。最後に、電化製品は、電気刺激を開始するために、インキュベーターに慎重に配置されます。同様の無菌条件は、文化媒体が磁気刺激されている生物学的サンプルに変更されたときに考慮される。ここでは、35ミリメートルのペトリ皿は、細胞、外植、または足場のいずれかを培養するために使用されます。培養培地が変更されると、細胞培養物をポリメチルメタクリレート支持体に配置する必要があります。ここでは、各ペトリ皿が一方の上に位置しています。その後、コイルは細胞培養をカバーするために支持の上に注意深く配置される。最後に、磁気刺激装置は、磁気刺激を開始するためにインキュベーターに配置される。ご覧のとおり、電気刺激装置は軟骨細胞および骨芽細胞を刺激するためにテストされている。ここでは、増殖と分子合成を評価した。電気刺激器はまた、軟骨形成炎を刺激するために試験されている、成長板の形態変化を評価するために外植。さらに、培養、間葉系幹細胞からウロン酸およびゼラチンヒドロゲルへの間葉系幹細胞は、コンドロゲン分化電位を評価するために電気的に刺激されている。一方、それらの磁気刺激装置は、増殖と分子合成の両方を評価するために軟骨細胞を刺激するために試験されている。我々が開発したデバイスは、この研究では、生体材料と直接接触しているときに電極によって数えられる互換性の問題を避ける。さらに、これらの種類のデバイスは、pHの変化や分子培養ゲルレベルの低下を防ぐための利点を表しています。電圧と周波数は、生体組織を刺激する瞬間に考慮すべき重要な変数です。一方で、移動、増殖、遺伝子発現などの細胞動力学が、印加電圧の適性に依存しているという証拠がある。一方、低い周波数と高い周波数は、細胞膜チャネルの開閉において特に細胞に影響を及ぼし、細胞外および細胞内レベルで異なるシグナル経路を引き起こすことが証明されています。全体的に、この同様の装置は、細胞代替移植のような回生療法を改善するために臨床環境に外挿することができる。このタイプの治療は、組織再生のためのインビトロおよびインビボ技術を組み合わせた。ここでは、電気および磁気刺激装置は、患者に移植される前に細胞、組織および足場の細胞および分子特徴を改善することによって、生物学的材料の刺激において重要な役割を果たすことができる。

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Bioengineering

Unit 1

Current and Resistance

SCIENTISTS IN ACTION

Electric Field-controlled Directed Migration of Neural Progenitor Cells in 2D and 3D Environments

2Dと3D環境での神経前駆細胞の電界制御監督移行

Endogenous electric fields (EFs) occur naturally in vivo and play a critical role during tissue/organ development and regeneration, including that of the ...

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

のためのシンプルなマイクロ流体デバイス<em生体内で&gt;</emの&gt;イメージング<em&gt; Cエレガンス</em&gt;<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;とゼブラフィッシュ

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法による生体組織のイメージング

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement (EFIRM)

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement EFIRM

電界誘起リリースおよび測定によるエキソソームのバイオマーカーの検出（EFIRM）

Exosomes are microvesicular structures that play a mediating role in intercellular communication. It is of interest to study the internal cargo of ...

Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

マルチチャンネルデュアル電界マイクロ流体チップを用いて、肺癌細胞の走電性の研究

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

制御された薬物放出のための磁場応答性ハイブリッドゼラチンマイクロゲルを交互に

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

医療機器のための細菌撥ポリマーのハイスループット同定

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリング アセンブリを自動化

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Metabolic Support of Excised, Living Brain Tissues During Magnetic Resonance Microscopy Acquisition

代謝サポートの切除、生体脳磁気共鳴顕微鏡集録時に

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic ...

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...