Name: electric and magnetic field devices for stimulation of biological tissues
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00
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Los autores agradecen el apoyo financiero brindado por "Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación -Fondo Francisco José de Caldas- Minciencias" y la Universidad Nacional de Colombia a través de la subvención Nº 80740-290-2020 y el apoyo recibido por Valteam Tech - Investigación e Innovación para proporcionar el equipo y soporte técnico en la edición del video.

1. Simulación de EF y MFs
NOTA: La simulación de efs y MFs se realizó en MULTIFÍSica COMSOL.
<ol><li>Seleccione una configuración 2D axisymmétrica para representar tanto dominios eléctricos como magnéticos.</li>
	<li>En la configuración física, seleccione la interfaz corriente eléctrica para calcular los EFs en electrodos paralelos o la interfaz campo magnético para calcular los MFs alrededor de las bobinas.</li>
	<li>En la configuración del est...

Los tratamientos utilizados para curar diferentes patologías que afectan a los tejidos humanos son terapias farmacológicas32 o intervenciones quirúrgicas33,que buscan aliviar el dolor localmente o reemplazar los tejidos afectados por explantas o trasplantes. Recientemente, la terapia celular autóloga se ha propuesto como una terapia alternativa para tratar los tejidos lesionados, donde las células están aisladas del paciente y expandidas, a través de técnicas in vit...

Se ha demostrado que los EF y los MFs modifican la dinámica celular, estimulando la proliferación y aumentando la síntesis de las moléculas principales asociadas con la matriz extracelular de los tejidos1. Estos estímulos biofísicos se pueden aplicar de diferentes maneras mediante el uso de ajustes y dispositivos específicos. En cuanto a los dispositivos para generar EF, los estimuladores directos de acoplamiento utilizan electrodos que están en contacto con muestras biológicas in vitro o implantadas directamente en tejidos de pacientes y animales in vivo2; sin embargo, todavía hay limitaciones y deficiencias que incluyen biocompatibilidad insuficiente por los electrodos en contacto, cambios en los niveles de pH y oxígeno molecular1. Por el contrario, los dispositivos de acoplamiento indirecto generan EF entre dos electrodos, que se colocan en paralelo a las muestras biológicas3,permitiendo una técnica alternativa no invasiva para estimular muestras biológicas y evitar el contacto directo entre tejidos y electrodos. Este tipo de dispositivo se puede extrapolar a futuras aplicaciones clínicas para realizar procedimientos con una mínima invasión al paciente. En relación con los dispositivos que generan MFs, los estimuladores de acoplamiento inductivos crean una corriente eléctrica que varía el tiempo, que fluye a través de una bobina que se encuentra alrededor de los cultivos celulares4,5. Por último, hay dispositivos combinados, que utilizan EFs y MFs estáticos para generar campos electromagnéticos transitorios1. Dado que existen diferentes configuraciones para estimular muestras biológicas, es necesario considerar variables como la tensión y la frecuencia cuando se aplican estímulos biofísicos. El voltaje es una variable importante, ya que influye en el comportamiento de los tejidos biológicos; por ejemplo, se ha demostrado que la migración celular, la orientación y la expresión génica dependen de la amplitud de la tensión aplicada3,6,7,8,9,10. La frecuencia juega un papel importante en la estimulación biofísica, ya que se ha demostrado que estos ocurren naturalmente in vivo. Se ha demostrado que las frecuencias altas y bajas tienen efectos beneficiosos en las células; especialmente, en los canales de calcio cerrados por voltaje de membrana celular o reticulum endoplasmático, que desencadenan diferentes vías de señalización en el nivel intracelular1,7,11.
Según lo anterior, un dispositivo para generar EF consiste en un generador de voltaje conectado a dos capacitores paralelos12. Este dispositivo fue implementado por Armstrong et al. para estimular tanto la tasa proliferativa como la síntesis molecular de los condrocitos13. Una adaptación de este dispositivo fue realizada por Brighton et al. que modificaron las placas de cultivo celular perforando sus tapas superiores e inferiores. Los agujeros se llenaron con toboganes de cubierta, donde las gafas inferiores se utilizaban para cultivo de tejidos biológicos. Se colocaron electrodos en cada diapositiva de cubierta para generar efs14. Este dispositivo se utilizó para estimular eléctricamente condrocitos, osteoblastos y explantas de cartílago, mostrando un aumento en la proliferación celular14,15,16 y síntesis molecular3,17. El dispositivo diseñado por Hartig et al. consistía en un generador de ondas y un amplificador de voltaje, que estaban conectados a capacitores paralelos. Los electrodos estaban hechos de acero inoxidable de alta calidad ubicados en una caja aislante. El dispositivo se utilizó para estimular los osteoblastos, mostrando un aumento significativo en la proliferación y secreción de proteínas18. El dispositivo utilizado por Kim et al. consistía en un chip estimulador de corriente bifásico, que fue construido utilizando un proceso de fabricación de semiconductores complementarios de óxido metálico de alta tensión. Una placa de cultivo fue diseñada para cultivo de células sobre una superficie conductora con estimulación eléctrica. Los electrodos estaban recubiertos de oro sobre placas de silicio19. Este dispositivo se utilizó para estimular los osteoblastos, mostrando un aumento en la proliferación y la síntesis del factor de crecimiento endotelial vascular19,y estimulando la producción de actividad alcalina fosfatasa, deposición de calcio y proteínas morfogénicas óseas20. Del mismo modo, este dispositivo se utilizó para estimular la tasa proliferativa y la expresión del factor de crecimiento endotelial vascular de las células madre mesenquimales de médula ósea humana21. El dispositivo diseñado por Nakasuji et al. estaba compuesto por un generador de voltaje conectado a placas de platino. Los electrodos fueron construidos para medir el potencial eléctrico en 24 puntos diferentes. Este dispositivo se utilizó para estimular los condrocitos, mostrando que los EF no alteraron la morfología celular y aumentaron la proliferación y la síntesis molecular22. El dispositivo utilizado por Au et al. consistía en una cámara de vidrio equipada con dos barras de carbono conectadas a un estimulador cardíaco con alambres de platino. Este estimulador se utilizó para estimular los cardiomiocitos y fibroblastos, mejorando la elongación celular y la alineación de fibroblastos23.
Diferentes dispositivos MF se han fabricado sobre la base de bobinas Helmholtz para estimular varios tipos de muestras biológicas. Por ejemplo, las bobinas Helmholtz se han utilizado para estimular la proliferación y síntesis molecular de condrocitos24,25,mejorar la síntesis proteoglycan de explantas de cartílago articular26,mejorar la regulación genética relacionada con la formación ósea de células similares a osteoblastos27,y aumentar la proliferación y expresión molecular de las células endoteliales28. Las bobinas Helmholtz generan MFs a lo largo de dos bobinas ubicadas una delante de la otra. Las bobinas deben colocarse con una distancia igual al radio de las bobinas para garantizar un MF homogéneo. La desventaja de usar bobinas Helmholtz radica en las dimensiones de la bobina, ya que necesitan ser lo suficientemente grandes como para generar la intensidad MF requerida. Además, la distancia entre bobinas debe ser adecuada para garantizar una distribución homogénea de los MFs alrededor de los tejidos biológicos. Para evitar problemas causados por las bobinas Helmholtz, diferentes estudios se han centrado en la fabricación de bobinas solenoides. Las bobinas solenoides se basan en un tubo, que se enrolla con alambre de cobre para generar MFs. Las entradas de alambre de cobre se pueden conectar directamente a la toma de corriente o a una fuente de alimentación para energizar la bobina y crear MFs en el centro del solenoide. Cuantos más giros tenga la bobina, mayor será el MF generado. La magnitud MF también depende de la tensión y corriente aplicadas para energizar la bobina29. Las bobinas solenoides se han utilizado para estimular magnéticamente diferentes tipos de células como HeLa, HEK293 y MCF730 o células madre mesenquimales31.
Los dispositivos utilizados por diferentes autores no han considerado ni el tamaño adecuado de los electrodos ni la longitud correcta de la bobina para distribuir homogéneamente tanto los EFs como los MFs. Además, los dispositivos generan voltajes fijos y frecuencias, limitando su uso para estimular tejidos biológicos específicos. Por esta razón, en este protocolo se realiza una guía de simulación computacional para simular tanto sistemas capacitivos como bobinas para garantizar una distribución homogénea de efs y MFs sobre muestras biológicas, evitando el efecto borde. Además, se muestra que el diseño de circuitos electrónicos genera voltajes y frecuencia entre los electrodos y la bobina, creando EFs y MFs que superarán las limitaciones causadas por la impedancia de las placas y el aire del cultivo celular. Estas modificaciones permitirán la creación de biorreactores no invasivos y adaptativos para estimular cualquier tejido biológico.

<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

Los campos eléctricos (EF) y los campos magnéticos (MFs) han sido ampliamente utilizados por la ingeniería de tejidos para mejorar la dinámica celular como la proliferación, migración, diferenciación, morfología y síntesis molecular. Sin embargo, variables tales tiempos de fuerza y estimulación de estímulos deben considerarse al estimular las células, tejidos o andamios. Dado que los EF y los MFs varían según la respuesta celular, no está claro cómo construir dispositivos que generen estímulos biofísicos adecuados para estimular muestras biológicas. De hecho, hay una falta de evidencia con respecto al cálculo y distribución cuando se aplican estímulos biofísicos. Este protocolo se centra en el diseño y fabricación de dispositivos para generar EF y MFs e implementación de una metodología computacional para predecir la distribución de estímulos biofísicos dentro y fuera de muestras biológicas. El dispositivo EF estaba compuesto por dos electrodos paralelos de acero inoxidable situados en la parte superior e inferior de los cultivos biológicos. Los electrodos se conectaron a un oscilador para generar voltajes (50, 100, 150 y 200 Vp-p) a 60 kHz. El dispositivo MF se componía de una bobina, que estaba energizada con un transformador para generar una corriente (1 A) y voltaje (6 V) a 60 Hz. Se construyó un soporte de metacrilato de polimetilo para localizar los cultivos biológicos en medio de la bobina. La simulación computacional elucidaba la distribución homogénea de efs y MFs dentro y fuera de los tejidos biológicos. Este modelo computacional es una herramienta prometedora que puede modificar parámetros como voltajes, frecuencias, morfologías tisulares, tipos de placas de pozo, electrodos y tamaño de bobina para estimar los EFs y MFs para lograr una respuesta celular.

Simulación computacional Las distribuciones de efs y MFs se muestran en la figura 3. Por un lado, era posible observar la distribución homogénea de los EF en el sistema capacitivo(Figura 3A). El EF fue trazado para observar en detalle la magnitud del campo dentro de la muestra biológica (Figura 3B). Esta simulación fue útil para parametrizar el tamaño de los electrodos y fabricarlos para evitar el efecto b...

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Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Este protocolo describe el proceso paso a paso para construir estimuladores eléctricos y magnéticos utilizados para estimular los tejidos biológicos. El protocolo incluye una directriz para simular campos computacionalmente eléctricos y magnéticos y la fabricación de dispositivos estimuladores.

Dispositivos eléctricos y de campo magnético para la estimulación de tejidos biológicos

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

Los estímulos biofísicos se han utilizado para estimular la dinámica celular y molecular en diferentes tejidos. Algunos estudios han evaluado el impacto de los campos eléctricos y magnéticos en diferentes tipos de células como condrocitos, osteoblastos y fibroblastos, implantes tisulares y andamios. Aunque se han desarrollado diferentes dispositivos estimulantes bajo las características específicas para estimular los tejidos biológicos, es necesario confirmar dispositivos eléctricos y magnéticos en los que la tensión y la frecuencia podrían variar para estimular una amplia gama de muestras biológicas.La simulación computacional para verificar la distribución del campo eléctrico se realizó en COMSOL Multiphysics. Aquí, se utilizó una configuración axisimétrica para simular el sistema capacitivo que está compuesto por dos electrodos paralelos, el aire, nuestra placa de pozo de cultivo, los medios de cultivo y la muestra biológica, que en este caso, ha sido representada por un andamio. Las propiedades materiales de cada elemento eran la conductividad eléctrica y la permisividad relativa.La tensión aplicada se fijó en 100 voltios, mientras que la frecuencia se estableció en 60 kilohercios sine Wien para. Una vez introducidos todos los parámetros, el modelo se calcula para observar la distribución del campo eléctrico en todas las superficies. Para observar de una manera más detallada la distribución del campo eléctrico, es posible tapar el campo eléctrico en el sistema completo, dentro del andamio, en los medios culturales, en el aire, y dentro de la placa del pozo cultural y fuera de los electrodos.El circuito generará los campos eléctricos, se basa en el oscilador wien puente. Esta es una secuencia RCnonthian de chip facial que utiliza retroalimentación positiva y negativa. El oscilador wien puente está compuesto por una red de laboratorio iluminada que es una tensión reactiva dividida en la que la tensión de entrada se divide por la combinación entre R5 y C2 en serie y por la combinación entre R6 y C3 en paralelo.Para calcular la frecuencia, utilizamos una ecuación de frecuencia resonante donde F Sub-Zero es la frecuencia R igual a R5 igual a R6 son las resistencias y C igual a C2 y C3 son los capacitores. Este circuito está diseñado para que el voltaje resistivo dividido aumente cuando la salida que aumenta en amplitud y el voltaje resistivo dividido disminuye cuando disminuye el voltaje de salida en amplitud. Por lo tanto, la ganancia de tensión del amplificador comienza automáticamente los cambios de amplitud de la señal de salida.A continuación, se calculó una combinación de resistencias para generar los cuatro voltajes superiores. Finalmente, se implementó una etapa de rectificación de señal antes para amplificar la señal con el transformador. Una vez simulado el circuito, la placa de circuito pintada fue fabricada como resultado de la señal sinusoidal final generada por el oscilador es parcela.Una vez simulado el circuito, el siguiente paso es construir el oscilador de puente wien en una placa de pan aquí, podemos probar los cuatro voltajes de salida y la frecuencia que está generando el circuito. Luego fabricamos en una placa de circuito impreso el oscilador que hicimos para el formato Reed Curtis y las resistencias que utilizamos para los voltajes que genera el oscilador. Y finalmente tenemos aquí el montaje final para los indicadores del circuito.El primer paso para probar el dispositivo estimulador eléctrico es verificar la tensión de salida de la fuente de alimentación para ello, ajustamos la fuente de alimentación en paralelo y medimos la tensión de salida de 12 y 12 voltios entre el suelo y los terminales positivos y negativos. Una vez verificada la tensión de salida podemos proceder a conectar cada salida de la fuente de alimentación en la entrada actual del dispositivo estimulador eléctrico. El cable blanco es el suelo.El cable negro es el voltaje negativo. Y el cable rojo es el voltaje positivo. Para probar la señal de salida que está generando el dispositivo estimulador eléctrico, localizamos una placa de pozo de cultivo en medio de los electrodos.A partir de entonces, conectamos las tensiones de salida generadas por el dispositivo estimulador eléctrico a cada placa paralela. Dado que estamos trabajando en corriente alterna no hay un orden estricto de conexión de la tensión de salida del oscilador a los terminales de la placa paralela. Para verificar la señal de salida utilizamos un Osciloscopio, que está conectado directamente a cada electrodo.Cuando el C nueve es capturado por el Osciloscopio modificamos la amplitud y el período de la señal para observar la onda por completo. En este paso, es posible verificar las cuatro tensiones generadas por el dispositivo estimulador eléctrico. 50 voltios, 100 voltios, 150 voltios y 200 voltios a 60 kilos de Hertz, foro sinusoidal de viento.Al igual que los campos eléctricos, se implementó una simulación computacional para verificar la distribución del campo magnético. Se utilizó una configuración axisymmetric para simular la bobina compuesta por el cable de cooperación y el aire. Aquí, se consideraron diferentes propiedades materiales y la frecuencia aplicada se estableció en 60 Hertz.Después de introducir todos los parámetros, el modelo se calculó para observar la distribución del campo magnético. Finalmente, se realizó un diagrama para observar cómo el campo magnético se distribuye homogéneamente en el centro de la bobina. La ecuación de campo solenoide, derivada de la Ley de Ampere se utilizó para calcular el campo magnético donde está la permeabilidad magnética del vacío N'is el número de giros del cable Cooper.Yo soy la corriente y h'que se calificará en su diámetro, es la longitud de la bobina. Los valores de estos parámetros fueron elegidos para estimar un campo magnético de dos milímetros. El circuito para generar los campos magnéticos fue simulado computacionalmente.Aquí, el transformador está conectado directamente a la toma de corriente. Se utilizó una resistencia variable para cuerpo la corriente y generar los campos magnéticos de 1 milímetro de largo. Se conectó un fusible para proteger el circuito.Una vez realizados los cálculos, se construyó el soporte de metacrilato de polimetilo y la bobina Después de realizar la simulación fabricamos un dispositivo especial para garantizar que las placas Petri se van a ubicar en el medio del dispositivo de estimulación. Después de eso, fabricamos una moneda con 450 vueltas de cable cooper en un tubo de PVC que se va a ubicar en el medio de la cultura para asegurar un campo magnético homogéneo en el medio de la bobina. Después de eso, fabricamos un transformador con una salida de seis Voltios y un Ampere para energizar el circuito.Para probar el dispositivo simulador magnético, medimos la corriente que la bobina está generando. Esta medida se realiza conectando el multímetro en serie con la bobina. Una vez que verificamos que la corriente es aproximadamente un Ampere el transformador está conectado a la bobina para cerrar el circuito.A partir de entonces, el osciloscopio está conectado a las salidas de la bobina con el fin de verificar la señal sinusoidal a 60 Hertz que es generada por la estimulación magnética. Cuando los cultivos celulares se estimulan eléctricamente es relevante mantener las condiciones del esteril cuando se realizan cambios en los medios de cultivo en las muestras biológicas, por esta razón es necesario introducir a los electores en la cabina. Una vez que los medios de cultivo cambiaron la placa del pozo de cultivo se encuentra por encima del electrodo.Para devolver los cultivos celulares a la incubadora, el electrodo inferior se encuentra sobre una superficie estable para colocar el electrodo superior en la parte superior del cultivo celular. A continuación, los cables de salida del dispositivo de simulador eléctrico están conectados a la terminal de cada electrodo. Finalmente, los electores están cuidadosamente ubicados en la incubadora para iniciar la estimulación eléctrica.Condiciones estériles similares se consideran cuando los medios culturales se cambian a las muestras biológicas que están siendo estimuladas magnéticamente. Aquí, placas Petri de 35 milímetros se utilizan para cultivo de células, explantas o andamios. Una vez que se cambian los medios de cultivo, los cultivos celulares deben ubicarse en el soporte de polimetilmetrilato.Aquí cada plato de Petri se encuentra uno encima del otro. A partir de entonces, la bobina se encuentra cuidadosamente sobre el soporte para cubrir los cultivos celulares. Finalmente, el dispositivo estimulador magnético se encuentra en la incubadora para iniciar la estimulación magnética.Como se puede ver, el dispositivo estimulador eléctrico ha sido probado para estimular los condrocitos y osteoblastos. Aquí, hemos evaluado la proliferación y la síntesis molecular. El estimulador eléctrico también ha sido probado para estimular la condroepifisitis, explantas para evaluar los cambios morfológicos en la placa de crecimiento.Además, cultivo, células STEM mesenquimales en ácido urónico e hidrogeles gelatinosos han sido estimulados eléctricamente para evaluar el potencial de diferenciación condrogénica. Por otro lado, su dispositivo estimulador magnético ha sido probado para estimular los condrocitos para evaluar tanto la proliferación como la síntesis molecular. Los dispositivos que desarrollamos, en este estudio evitan problemas de compatibilidad cuenta por los electrodos cuando están en contacto directo con el material biológico.Además, este tipo de dispositivos representan una ventaja porque evitan los cambios en el pH y la reducción de los niveles de gel de cultivo molecular. El voltaje y las frecuencias son variables importantes a tener en cuenta en el momento de estimular los tejidos biológicos. Por un lado, ha sido evidencia de que la dinámica celular como la migración, proliferación, expresión génica entre otros, dependen de la aptitud de la tensión aplicada.Por otro lado, se ha demostrado que las frecuencias bajas y altas tienen un efecto sobre las células especialmente en la apertura y cierre de los canales de membrana celular, que desencadenan diferentes vías de señal a niveles extra e intracelulares. En general, este dispositivo similar se puede extrapolar a entornos clínicos para mejorar las terapias regenerativas, como la implantación alternativa celular. Este tipo de tratamiento combina técnicas in vitro e in vivo para la regeneración de tejidos.Aquí, los estimuladores eléctricos y magnéticos podrían desempeñar un papel clave en la estimulación de materiales biológicos mejorando las características celulares y moleculares de las células, tejidos y andamios antes de ser implantados en el paciente.

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