Los autores agradecen a Shad y Schipke Chesser Daniel por su ayuda con el diseño y fabricación del sistema y Myles Valtresa de asistencia con la preparación del manuscrito.

1. Tejido de cosecha y preparación <ol><li> Válvulas aórtica deben ser tomadas de cerdos adultos que no pesen más de 120 libras inmediatamente después de la muerte. </li><li> Lave las válvulas de dos veces con solución salina estéril tamponada de fosfato (PBS) y el transporte al laboratorio en hielo. </li><li> Todos los pasos posteriores se deben realizar bajo condiciones estériles. </li><li> Asegúrese de que los folletos no muestran ningún signo de degeneración, lagrimeo o calcificación. Quitar folletos de la raíz aórtica mediante la reducción de 1 / 3 de la distancia desde el anillo. </li><li> Folletos a cabo en los distintos pozos de una placa de seis pocillo e incubar durante la noche con 3 ml de Dulbecco modificado medio de Eagle suplementado con 1% de solución anti-biotic/anti-mycotic y el 10% de suero fetal bovino a 37 ° C y 5% CO 2. </li><li> Como una alternativa de células, aisladas pueden ser sembradas en placas de cultivo de seis pozos y se utiliza en el dispositivo de presión. Válvula de aislamiento de las células endoteliales y células intersticiales puede llevar a cabo como se describió previamente 13, 14. </li></ol> 2. Estudios de presión <ol><li> Un sistema de presión a medida ha sido diseñado para estudiar los efectos de la presión mechanobiological cíclico en el tejido de la válvula aórtica 15. </li><li> Inicie sesión en el ordenador y abrir el programa LabVIEW (Figura 1). </li><li> Calibración: <ol><li> Antes de la experimentación, el sistema debe estar bien calibrados. </li><li> Conecte la fuente de alimentación a la placa de circuito. Esto proporciona energía a las válvulas solenoides que controlan el flujo de aire dentro y fuera de la cámara. </li><li> Asegúrese de que el aire comprimido está conectado al sistema y abrir el suministro de aire a velocidad plena. </li><li> Encienda el amplificador de señal. Asegúrese de que la lectura de voltaje es de 0,00. Realice los ajustes necesarios </li><li> La interfaz de LabVIEW tiene un interruptor marcado &quot;TEST / RECORD&quot;. Asegúrese de que el interruptor está en &quot;TEST&quot;. Haga clic en el botón &quot;Air Supply&quot; para abrir la válvula solenoide de entrada. </li><li> Usando el regulador de presión de gas, presurizar la cámara con aire comprimido a un ISP. La presión en la cámara se pueden leer con el medidor de presión digital en la parte posterior de la placa terminal de la cámara. Una vez que la presión se equilibra, se registra la lectura de voltaje del amplificador de la señal. Repita el procedimiento para la ISP 2, 3, 4 y 5. </li><li> Construir una curva de calibración de presión función de la tensión. La presión debe ser convertida de PSI para mmHg. La ecuación de la gráfica se puede colocar en el código del programa LabVIEW </li></ol></li><li> Retire la placa frontal de aluminio de la cámara de presión y rocíe la cámara con un 70% de etanol. Deja por un mínimo de 10 minutos para permitir que los gases residuales de etanol a disiparse. </li><li> Coloque la placa de seis pozos que contienen las muestras de hoja en la cámara y vuelva a colocar la placa frontal. Asegúrese de que el sello hermético de apretar las tuercas ubicadas en las cuatro varillas roscadas (que se encuentra en cada esquina de la placa final) con la mano. Coloque la cámara de presión en la incubadora a 37 ° C. Un diagrama esquemático de la cámara de presión se muestra en la figura 2. </li><li> La interfaz le pedirá al usuario que proporcione la cantidad de tiempo entre los ciclos del sistema entrada de aire comprimido y de salida. Estos deben ser reguladas para las condiciones diastólica y sistólica y 0,6 s 0,4 s para imitar, respectivamente, a una frecuencia de 1Hz. El usuario debe entrar en una ruta de archivo de datos. </li><li> En LabVIEW, haga clic en Ejecutar y el interruptor &quot;TEST / RECORD&quot; cambiar a &quot;RECORD&quot;. </li><li> Asegúrese de que la presión está en el nivel deseado con el gráfico de la interfaz de LabVIEW. La presión se puede ajustar con el regulador de presión de gas. </li><li> Ejecute el programa de tiempo deseado. </li><li> Una vez que el experimento se haya completado, haga clic en el botón de parada en LabVIEW, a su vez el suministro de aire y abra la válvula de escape en la cámara de presión. </li><li> Retire la placa frontal de la cámara y recuperar muestras de seis pozos placa que contiene. Muestras que ahora se puede analizar la expresión de genes, expresión de la proteína, la histología, propiedades mecánicas, etc </li></ol> 3. Los resultados representativos: El sistema de presión es capaz de simular las presiones máximas transvalvular observado en normotensos, la etapa I y II etapa de las condiciones de hipertensos. Sin embargo, la presión no era capaz de imitar el gradiente de presión sistólica, que es esencialmente cero en vivo. La frecuencia se mantiene a 1 Hz, con un tiempo de entrada de aire de 0,6 s y un tiempo de 0,4 s de escape. Formas de onda representante presión de las condiciones normales de presión y elevados obtenidos del sistema se puede ver en la figura 3. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1: Captura de pantalla de la interfaz de LabVIEW. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2: Esquema de la cámara de vista de la presión A. isométrica de la cámara de presión, ver B. secundarios de la cámara de presión;C. Vista superior de la cámara de presión. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig3.jpg" alt="Figura 3"/> Figura 3: Gráfico de simulación de la presión dentro de la cámara de presión en (A) normotensos, (B) Fase I hipertensos, y (C) Fase II las condiciones de hipertensos.

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No hay conflictos de interés declarado.

El sistema de presión con éxito la válvula aórtica folletos expuestos a las presiones cíclicas que eran representativos de la presión diastólica transvalvular. Sin embargo, no fue capaz de imitar la presión sistólica transvalvular, como la única presión se redujo a 40 mmHg. Presión transvalvular es la diferencia entre la presión en la aorta ascendente y el ventrículo izquierdo. Durante la diástole, cuando la válvula está cerrada, la diferencia de presión es 80 mmHg en condiciones normotensos y 90 mmHg y 100 mmHg en la etapa I y etapa II hipertensión, respectivamente. Durante la sístole, cuando la válvula está abierta, la diferencia de presión entre el ventrículo izquierdo y la aorta ascendente es igual a cero. Los cambios celulares que ocurren en la enfermedad de la válvula aórtica se cree que están asociados con la presión diastólica alta, por lo tanto, el hecho de que la presión no cayó a cero no puede ser una preocupación importante. Esto se basa en la suposición de que es la magnitud de presión y amplitud de la presión que no es la fuerza impulsora detrás de las respuestas biológicas. La reducción de la presión de 100 mmHg a 0 mmHg requiere 1,20 ± 0.04s, informó del análisis de datos de 20 ciclos de presión. Dado que la cantidad de tiempo se cierra la válvula aórtica es aproximadamente 2 / 3 del ciclo cardíaco, el flujo de aire en la cámara de presión que requieren 2.4s para crear el mismo balance de apertura de la válvula y el cierre de experiencia en condiciones fisiológicas. Como resultado, una frecuencia de 0,28 Hz se utiliza para probar los efectos de la presión sistólica y diastólica, niveles de presión transvalvular en mecanobiología de la válvula aórtica. Sin embargo, si la presión sistólica y diastólica transvalvular se simula a una frecuencia fisiológica de 1 Hz, una bomba de vacío y el depósito puede ser instalado en la válvula de solenoide de escape. La bomba de vacío puede establecer para eliminar una cantidad fija de presión por lo que cuando se abre la válvula de escape, la cantidad de aire necesaria para reducir por completo la presión desde el nivel de presión de ajuste se elaborará en el depósito vacío. La eliminación de la presión que crean un ambiente mmHg 0, sinónimo de presión transvalvular sistólico. Por el contrario, cuando la válvula de escape se cierra, el vacío ya no afectará a la cámara que permita a la presión para aumentar a través de aire comprimido. Además de utilizar una bomba de vacío para imitar las condiciones fisiológicas más cerca, una válvula de escape de mayor diámetro se puede utilizar para bajar la presión en el reactor biológico con mayor rapidez. En la actualidad, el 3 / 8 &quot;de diámetro de escape de la válvula solenoide tiene un caudal de 3,3 galones por minuto (a 60 ° F, la gravedad específica de 1), mientras que una válvula de escape con 2&quot; de diámetro con un caudal de 28,0 litros por minutos. Una válvula de solenoide de diámetro más grande es más rentable que el uso de una bomba de vacío, sin embargo puede que no sea capaz de bajar la presión completamente a cero dentro del rango fisiológico y por lo tanto se debe investigar más. Por otra parte, varias válvulas de solenoide provocada por el mismo circuito de control que se abren al mismo tiempo se podría añadir, por lo que &quot;de procesamiento en paralelo&quot; la salida de gas. El sistema podría funcionar de forma continua utilizando en la casa de aire comprimido. Estudios previos han demostrado que los cambios agudos en la expresión génica y proteica puede ocurrir dentro de dos horas 16, 17. Sin embargo, esta duración puede no ser suficiente para estudiar transitoria de genes / proteínas de expresión o cambios en el fenotipo celular, como resultado de la tensión mecánica. La desventaja de usar el aire comprimido es que el gas no contiene 5% de CO 2, lo cual es importante para controlar el pH del medio de cultivo. Esto se puede superar mediante la adición de tampón HEPES en el medio. Además, las células producen CO 2 como producto de desecho del metabolismo. La secreción de CO 2 de los tejidos también evitará que el medio de convertirse en fundamental. Además de las pruebas de válvulas aórticas a diferentes presiones, puede ser prudente para estudiar los efectos de diferentes frecuencias. Por ejemplo, los efectos de los cambios en la frecuencia cardiaca antes, durante y después de la cirugía podría aclarar los cambios en la expresión de la proteína dentro de la válvula. Arritmias postoperatorias ocurren hasta en un 20% de los pacientes 18-21. El programa LabVIEW utilizado para este sistema permite al usuario elegir la duración de tiempo de aire que entra y sale de la cámara, por lo tanto, la frecuencia del ciclo se puede ajustar fácilmente. El dispositivo permite una frecuencia máxima de 1.5Hz (90bpm) debido a la cantidad de tiempo necesario para agotar la presión de la cámara. Como se ve en la figura 3, una disminución de presión importante se produjo en la primera 0.2s después de la activación de la válvula de escape, y luego disminuyó gradualmente a la presión residual de 0,2 segundos restantes de gases de escape. La caída de presión media en el 0,2 s iniciales de escape fue de 45,8 ± 0.34mmHg, mide más de 20 ciclos de presión. Dado que las pruebas de Fase II las condiciones de hipertensos sólo se requiere una presión de ciclismo por lo menos entre 60 a 100 mmHg, una frecuencia de 1,5 Hz permite 0.22s de escape, que es amplio time de caída de 40 mmHg de presión. Si una bomba de vacío está conectada a la válvula de escape, podría facilitar un rápido descenso en la presión y que permiten una mayor frecuencia de las pruebas. La frecuencia mínima del biorreactor no se limita, sin embargo, debido a que el regulador de presión podría permitir flujo lento de aire y la válvula de escape tendría tiempo suficiente para bajar la presión dentro del reactor. En conclusión, un sistema de cultivo estéril se ha construido para permitir el estudio ex vivo de la válvula aórtica porcina mecanobiología corazón. La presión en el biorreactor un ciclo entre los niveles de presión diastólica transvalvular de las condiciones fisiológicas y patológicas. Para cumplir con los requisitos del sistema, el biorreactor fue compacto y por lo tanto, podría estar contenido dentro de un incubador humidificado para mantener la temperatura de los tejidos a 37 ° C. Además, la magnitud de presión y frecuencia fueron controlados de forma independiente, lo que permite una amplia gama de condiciones de estudio.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nombre del reactivo </th><th> Empresa </th><th> Número de catálogo </th><th> Comentarios (opcional) </th></tr><tr><td> DMEM </td><td> Sigma </td><td> D5671 </td><td></td></tr><tr><td> Dulbecco PBS </td><td> Sigma </td><td> D5652 </td><td></td></tr><tr><td> Solución Anti-mycotic/antibiotic </td><td> Sigma </td><td> A5955 </td><td></td></tr><tr><td> De suero fetal bovino </td><td> ThermoScientific </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> Viton Las válvulas de diafragma de solenoide </td><td> McMaster Carr </td><td> 4868K11 </td><td></td></tr><tr><td> Transductor de presión </td><td> Omega Engineering, Inc. </td><td> PX302-200GV </td><td></td></tr><tr><td> De carga acondicionado celular </td><td> Encore Electronics, Inc. </td><td> 4025-101 </td><td></td></tr><tr><td> Adquisición de Datos (DAQ) Módulo </td><td> Measurement Computing </td><td> PMD1608 </td><td></td></tr></tbody></table>

design of a cyclic pressure bioreactor for the ex vivo study of aortic heart valves

La válvula aórtica, localizada entre el ventrículo izquierdo y la aorta, permite un flujo unidireccional de sangre, evitando el reflujo hacia el ventrículo. Folletos de la válvula aórtica se componen de células intersticiales suspendido dentro de una matriz extracelular (MEC) y se alinean con una monocapa de células endoteliales. La válvula resistente a un ambiente duro, dinámico y está constantemente expuesto a corte, flexión, tensión y compresión. Las investigaciones han demostrado lesiones calcificadas en las válvulas enfermas se producen en zonas de alto esfuerzo mecánico como consecuencia de la alteración del endotelio o daño de la matriz intersticial 1-3. Por lo tanto, no es de extrañar que los estudios epidemiológicos han demostrado que la hipertensión es un factor de riesgo en la aparición de la enfermedad de la válvula aórtica 4. La única opción de tratamiento actualmente disponibles para la enfermedad de la válvula es la cirugía de reemplazo de la válvula enferma por una válvula mecánica o bioprótesis 5. Una mejor comprensión de la biología de la válvula en respuesta a las tensiones físicas que ayudan a dilucidar los mecanismos de la patogénesis de la válvula. A su vez, esto podría ayudar en el desarrollo de terapias no invasivas, como la intervención farmacéutica o la prevención. Biorreactores varios han sido previamente desarrollado para estudiar la mecanobiología de las válvulas del corazón nativo o ingeniería 6-9. Biorreactores pulsátil también se han desarrollado para estudiar una amplia gama de tejidos incluyendo el cartílago 10, 11 huesos y la vejiga 12. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un sistema de presión cíclica que puede ser utilizado para dilucidar la respuesta biológica de la válvula aórtica a las cargas de mayor presión. El sistema consistía en una cámara de acrílico en el que colocar las muestras y producir una presión cíclica, viton válvulas de solenoide del diafragma para controlar el tiempo del ciclo de presión, y un ordenador para controlar los dispositivos eléctricos. La presión se controlará mediante un transductor de presión, y la señal se acondicionó con un acondicionador de la célula de carga. Un programa LabVIEW regula la presión usando un dispositivo analógico a la bomba de aire comprimido en el sistema a la velocidad adecuada. El sistema imita la dinámica de los niveles de presión transvalvular asociados con la válvula aórtica, una onda de diente de sierra produce un aumento gradual en la presión, típico de la gradiente de presión transvalvular que está presente a través de la válvula durante la diástole, seguida de una fuerte caída de presión que representa la apertura de la válvula en sístole. El programa LabVIEW permite a los usuarios controlar la magnitud y la frecuencia de presión cíclica. El sistema fue capaz de someter a las muestras de tejido de las condiciones de presión fisiológicos y patológicos. Este dispositivo se puede utilizar para aumentar nuestra comprensión de cómo las válvulas del corazón responder a los cambios en el entorno mecánico local.

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Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Un biorreactor presión cíclica capaz de someter a los tejidos del corazón de la válvula de presión a las condiciones fisiológicas y patológicas ha sido diseñado. Un programa LabVIEW permite a los usuarios para controlar la presión magnitud, amplitud y frecuencia. Este dispositivo puede ser utilizado para estudiar el tejido mecanobiología de las válvulas del corazón o células aisladas.

Diseño de un biorreactor de presión cíclica de la Ex Vivo Estudio de las válvulas aórtica del corazón

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

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Nanyang Technological University

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Patient-specific Modeling of the Heart: Estimation of Ventricular Fiber Orientations

Patient-specific simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered by the absence of in vivo imaging technology for clinically acquiring myocardial fiber orientations. The objective of this project was to develop a methodology to estimate cardiac fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries. An accurate representation of ventricular geometry and fiber orientations was reconstructed, respectively, from high-resolution ex vivo structural magnetic resonance (MR) and diffusion tensor (DT) MR images of a normal human heart, referred to as the atlas. Ventricular geometry of a patient heart was extracted, via semiautomatic segmentation, from an in vivo computed tomography (CT) image. Using image transformation algorithms, the atlas ventricular geometry was deformed to match that of the patient. Finally, the deformation field was applied to the atlas fiber orientations to obtain an estimate of patient fiber orientations. The accuracy of the fiber estimates was assessed using six normal and three failing canine hearts. The mean absolute difference between inclination angles of acquired and estimated fiber orientations was 15.4 &deg;. Computational simulations of ventricular activation maps and pseudo-ECGs in sinus rhythm and ventricular tachycardia indicated that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.The new insights obtained from the project will pave the way for the development of patient-specific models of the heart that can aid physicians in personalized diagnosis and decisions regarding electrophysiological interventions.

A methodology to estimate ventricular fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries for personalized modeling is described. Validation of the methodology performed using normal and failing canine hearts demonstrate that that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.

Modelado específico del paciente del corazón: Estimación de las orientaciones de las fibras ventriculares

Patient-specific  simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered  by the absence of in vivo imaging technology for ...

Investigación

Bioingeniería

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

Diseño de un Carga mecánica Biaxial biorreactor para Ingeniería de Tejidos

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to carefully control temperature, pH, and dissolved oxygen concentrations in particular makes them essential to efficient large scale growth and expression of fermentation products. This video will briefly describe the advantages of the fermentor over the shake flask. It will also identify key components of a typical benchtop fermentation system and give basic instruction on setup of the vessel and calibration of its probes. The viewer will be familiarized with the sterilization process and shown how to inoculate the growth medium in the vessel with culture. Basic concepts of operation, sampling, and harvesting will also be demonstrated. Simple data analysis and system cleanup will also be discussed.

Fermentors are used to increase culture yield and productivity of bioengineered cells. After screening multiple microbial or animal cell culture candidates in shake flasks, the next logical step is to increase the selected culture&#x2019;s biomass with the fermentor. This video demonstrates the setup and operation of a typical benchtop bioreactor system.

La operación de un biorreactor de sobremesa

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

Characterization of Complex Systems Using the Design of Experiments Approach: Transient Protein Expression in Tobacco as a Case Study

Plants provide multiple benefits for the production of biopharmaceuticals including low costs, scalability, and safety. Transient expression offers the additional advantage of short development and production times, but expression levels can vary significantly between batches thus giving rise to regulatory concerns in the context of good manufacturing practice. We used a design of experiments (DoE) approach to determine the impact of major factors such as regulatory elements in the expression construct, plant growth and development parameters, and the incubation conditions during expression, on the variability of expression between batches. We tested plants expressing a model anti-HIV monoclonal antibody (2G12) and a fluorescent marker protein (DsRed). We discuss the rationale for selecting certain properties of the model and identify its potential limitations. The general approach can easily be transferred to other problems because the principles of the model are broadly applicable: knowledge-based parameter selection, complexity reduction by splitting the initial problem into smaller modules, software-guided setup of optimal experiment combinations and step-wise design augmentation. Therefore, the methodology is not only useful for characterizing protein expression in plants but also for the investigation of other complex systems lacking a mechanistic description. The predictive equations describing the interconnectivity between parameters can be used to establish mechanistic models for other complex systems.

We describe a design of experiments approach that can be used to determine and model the influence of transgene regulatory elements, plant growth and development parameters, and incubation conditions on the transient expression of monoclonal antibodies and reporter proteins in plants.

Caracterización de Sistemas Complejos Uso del Diseño de Experimentos Enfoque: Expresión de Proteínas transitoria en tabaco como un estudio de caso

Plants provide multiple benefits for the production of biopharmaceuticals including low costs, scalability, and safety. Transient expression offers the ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions. While these studies have been informative about general cell signaling mechanisms, they neglect important cellular cues received from the structural and mechanical properties of the local microenvironment and extracellular matrix (ECM). To understand how cells interact within a physiological ECM, it is important to study them in the context of 3 dimensional assays. Cell migration, cell differentiation, and cell proliferation are only a few processes that have been shown to be impacted by local changes in the mechanical properties of a 3-dimensional ECM. Collagen I, a core fibrillar component of the ECM, is more than a simple structural element of a tissue. Under normal conditions, mechanical cues from the collagen network direct morphogenesis and maintain cellular structures. In diseased microenvironments, such as the tumor microenvironment, the collagen network is often dramatically remodeled, demonstrating altered composition, enhanced deposition and altered fiber organization. In breast cancer, the degree of fiber alignment is important, as an increase in aligned fibers perpendicular to the tumor boundary has been correlated to poorer patient prognosis1. Aligned collagen matrices result in increased dissemination of tumor cells via persistent migration2,3. The following is a simple protocol for embedding cells within a 3-dimensional, fibrillar collagen hydrogel. This protocol is readily adaptable to many platforms, and can reproducibly generate both aligned and random collagen matrices for investigation of cell migration, cell division, and other cellular processes in a tunable, 3-dimensional, physiological microenvironment.

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Collagen is a core component of the ECM, and provides essential cues for several cellular processes ranging from migration to differentiation and proliferation. Provided here is a protocol for embedding cells within 3D collagen hydrogels, and a more advanced technique for generating randomized or aligned collagen matrices using PDMS microchannels.

Preparación de geles de colágeno en 3D y microcanales para el estudio de las interacciones 3D<em&gt; En Vivo</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

Anatomically Realistic Neonatal Heart Model for Use in Neonatal Patient Simulators

Neonatal patient simulators (NPS) are artificial patient surrogates used in the context of medical simulation training. Neonatologists and nursing staff practice clinical interventions such as chest compressions to ensure patient survival in the case of bradycardia or cardiac arrest. The simulators used currently are of low physical fidelity and therefore cannot provide qualitative insight into the procedure of chest compressions. The embedding of an anatomically realistic heart model in future simulators enables the detection of cardiac output generated during chest compressions; this can provide clinicians with an output parameter, which can deepen the understanding of the effect of the compressions in relation to the amount of blood flow generated. Before this monitoring can be achieved, an anatomically realistic heart model must be created containing: two atria, two ventricles, four heart valves, pulmonary veins and arteries, and systemic veins and arteries. This protocol describes the procedure for creating such a functional artificial neonatal heart model by utilizing a combination of magnetic resonance imaging (MRI), 3D printing, and casting in the form of cold injection molding. Using this method with flexible 3D printed inner molds in the injection molding process, an anatomically realistic heart model can be obtained.

This protocol describes a procedure for creating functional artificial neonatal heart models by utilizing a combination of magnetic resonance imaging, 3D printing, and injection molding. The purpose of these models is for integration into the next generation of neonatal patient simulators and as a tool for physiological and anatomical studies.

Modelo corazón Neonatal anatómicamente realista para el uso en simuladores de paciente Neonatal

Neonatal patient simulators (NPS) are artificial patient surrogates used in the context of medical simulation training. Neonatologists and nursing staff ...

Light-sheet Fluorescence Microscopy for the Study of the Murine Heart

Light-sheet fluorescence microscopy has been widely used for rapid image acquisition with a high axial resolution from micrometer to millimeter scale. Traditional light-sheet techniques involve the use of a single illumination beam directed orthogonally at sample tissue. Images of large samples that are produced using a single illumination beam contain stripes or artifacts and suffer from a reduced resolution due to the scattering and absorption of light by the tissue. This study uses a dual-sided illumination beam and a simplified CLARITY optical clearing technique for the murine heart. These techniques allow for deeper imaging by removing lipids from the heart and produce a large field of imaging, greater than 10 x 10 x 10 mm3. As a result, this strategy enables us to quantify the ventricular dimensions, track the cardiac lineage, and localize the spatial distribution of cardiac-specific proteins and ion-channels from the post-natal to adult mouse hearts with sufficient contrast and resolution.

This study uses a dual-sided illumination light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) technique combined with optical clearing to study the murine heart.

Hoja de luz fluorescencia microscopía para el estudio del corazón murino

Light-sheet fluorescence microscopy has been widely used for rapid image acquisition with a high axial resolution from micrometer to millimeter scale. ...

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential to establish an ex vivo model that can evaluate SIM performance accurately, for developing high-performance SIMs. In our previous study, we developed a new ex vivo model that can be used to evaluate the performance of various SIMs in detail by applying constant tension to the specimen&#39;s ends. We also confirmed that the proposed new ex vivo model allows accurate submucosal elevation height (SEH) measurement under uniform conditions and detailed comparisons of the performances of various types of SIMs. Here, we describe the new ex vivo model and explain the detailed setup methodology of this model. Since all parts of the new model were easy to obtain, the setup of the new model could be completed quickly. SEH of various SIMs could be measured more accurately by using the new model. The critical factor that determines SIM performance can be identified using the new model. SIM development speed will drastically increase after the factor has been identified.

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

We developed a new ex vivo model that applies constant tension to the porcine gastric specimen. This development made it possible to evaluate the performance (the height and duration of the submucosal elevation) of various SIMs accurately.&#160; The detailed setup methodology of this new model is explained.

Un nuevo modelo Ex Vivo para la evaluación de la ejecución Material de la inyección Submucosal endoscópica

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

Biaxiales caracterizaciones mecánicas de válvulas auriculoventricular del corazón

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...

Imaging-Guided Bioreactor for Generating Bioengineered Airway Tissue

Repeated injury to airway tissue can impair lung function and cause chronic lung disease, such as chronic obstructive pulmonary disease. Advances in regenerative medicine and bioreactor technologies offer opportunities to produce lab-grown functional tissue and organ constructs that can be used to screen drugs, model disease, and engineer tissue replacements. Here, a miniaturized bioreactor coupled with an imaging modality that allows in situ visualization of the inner lumen of explanted rat trachea during in vitro tissue manipulation and&#160;culture is described. Using this bioreactor, the protocol demonstrates imaging-guided selective removal of endogenous cellular components while preserving the intrinsic biochemical features and ultrastructure of the airway tissue matrix. Furthermore, the delivery, uniform distribution, and subsequent prolonged culture of exogenous cells on the decellularized airway lumen with optical monitoring in situ are shown. The results highlight that the imaging-guided bioreactor can potentially be used to facilitate the generation of functional in vitro airway tissues.

The protocol describes an imaging-enabled bioreactor that allows the selective removal of the endogenous epithelium from the rat trachea and homogenous distribution of exogenous cells on the lumen surface, followed by long-term in vitro culture of the cell-tissue construct.

Biorreactor guiado por imágenes para generar tejido biodiseñado de las vías respiratorias

Repeated injury to airway tissue can impair lung function and cause chronic lung disease, such as chronic obstructive pulmonary disease. Advances in ...