이 연구는 NSERC 박사후 연구원 (DWDW), ARCS 재단 장학금 (AL) 및 UC Davis College of Biological Sciences (KB) 보조금 (KB)에 의해 지원되었습니다.

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	<li>West, D. 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=The+exercise-induced+biochemical+milieu+enhances+collagen+content+and+tensile+strength+of+engineered+ligaments.">The exercise-induced biochemical milieu enhances collagen content and tensile strength of engineered ligaments.</a> J Physiol. 593 (20), 4665-4675 (2015).</li><li>Booth, F. W., Laye, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lack+of+adequate+appreciation+of+physical+exercise's+complexities+can+pre-empt+appropriate+design+and+interpretation+in+scientific+discovery.">Lack of adequate appreciation of physical exercise's complexities can pre-empt appropriate design and interpretation in scientific discovery.</a> J Physiol. 587 (Pt 23), 5527-5539 (2009).</li><li>Booth, F. W., Hargreaves, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+multi-organ+pathology+from+insufficient+exercise.">Understanding multi-organ pathology from insufficient exercise.</a> J Appl Physiol (1985). 111 (4), 1199-1200 (2011).</li><li>Shearn, J. 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=Tendon+tissue+engineering:+progress,+challenges,+and+translation+to+the+clinic.">Tendon tissue engineering: progress, challenges, and translation to the clinic.</a> J Musculoskelet Neuronal Interact. 11 (2), 163-173 (2011).</li><li>Liu, C. F., 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=What+we+should+know+before+using+tissue+engineering+techniques+to+repair+injured+tendons:+a+developmental+biology+perspective.">What we should know before using tissue engineering techniques to repair injured tendons: a developmental biology perspective.</a> Tissue Eng Part B Rev. 17 (3), 165-176 (2011).</li><li>Vunjak-Novakovic, G., Altman, G., Horan, R., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+of+ligaments.">Tissue engineering of ligaments.</a> Annu Rev Biomed Eng. 6, 131-156 (2004).</li><li>Bayer, M. L., 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=The+initiation+of+embryonic-like+collagen+fibrillogenesis+by+adult+human+tendon+fibroblasts+when+cultured+under+tension.">The initiation of embryonic-like collagen fibrillogenesis by adult human tendon fibroblasts when cultured under tension.</a> Biomaterials. 31 (18), 4889-4897 (2010).</li><li>Guerquin, M. J., 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=Transcription+factor+EGR1+directs+tendon+differentiation+and+promotes+tendon+repair.">Transcription factor EGR1 directs tendon differentiation and promotes tendon repair.</a> J Clin Invest. 123 (8), 3564-3576 (2013).</li><li>Ma, J., 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=Three-dimensional+engineered+bone-ligament-bone+constructs+for+anterior+cruciate+ligament+replacement.">Three-dimensional engineered bone-ligament-bone constructs for anterior cruciate ligament replacement.</a> Tissue Eng Part A. 18 (1-2), 103-116 (2012).</li><li>Hagerty, P., 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=The+effect+of+growth+factors+on+both+collagen+synthesis+and+tensile+strength+of+engineered+human+ligaments.">The effect of growth factors on both collagen synthesis and tensile strength of engineered human ligaments.</a> Biomaterials. 33 (27), 6355-6361 (2012).</li><li>Paxton, J. Z., Hagerty, P., Andrick, J. J., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+an+intermittent+stretch+paradigm+using+ERK1/2+phosphorylation+results+in+increased+collagen+synthesis+in+engineered+ligaments.">Optimizing an intermittent stretch paradigm using ERK1/2 phosphorylation results in increased collagen synthesis in engineered ligaments.</a> Tissue Eng Part A. 18 (3-4), 277-284 (2012).</li><li>Safdar, A., 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=Endurance+exercise+rescues+progeroid+aging+and+induces+systemic+mitochondrial+rejuvenation+in+mtDNA+mutator+mice.">Endurance exercise rescues progeroid aging and induces systemic mitochondrial rejuvenation in mtDNA mutator mice.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (10), 4135-4140 (2011).</li><li>Pedersen, B. K., Febbraio, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscles,+exercise+and+obesity:+skeletal+muscle+as+a+secretory+organ.">Muscles, exercise and obesity: skeletal muscle as a secretory organ.</a> Nat Rev Endocrinol. 8 (8), 457-465 (2012).</li><li>Crane, J. D., 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=Exercise-stimulated+interleukin-15+is+controlled+by+AMPK+and+regulates+skin+metabolism+and+aging.">Exercise-stimulated interleukin-15 is controlled by AMPK and regulates skin metabolism and aging.</a> Aging Cell. 14 (4), 625-634 (2015).</li><li>Rao, R. 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=Meteorin-like+is+a+hormone+that+regulates+immune-adipose+interactions+to+increase+beige+fat+thermogenesis.">Meteorin-like is a hormone that regulates immune-adipose interactions to increase beige fat thermogenesis.</a> Cell. 157 (6), 1279-1291 (2014).</li><li>Aswad, H., 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=Exosomes+participate+in+the+alteration+of+muscle+homeostasis+during+lipid-induced+insulin+resistance+in+mice.">Exosomes participate in the alteration of muscle homeostasis during lipid-induced insulin resistance in mice.</a> Diabetologia. 57 (10), 2155-2164 (2014).</li><li>Safdar, A., Saleem, A., Tarnopolsky, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+endurance+exercise-derived+exosomes+to+treat+metabolic+diseases.">The potential of endurance exercise-derived exosomes to treat metabolic diseases.</a> Nat Rev Endocrinol. 12 (9), 504-517 (2016).</li><li>Maling, H. M., Stern, D. N., Altland, P. D., Highman, B., Brodie, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physiologic+role+of+the+sympathetic+nervous+system+in+exercise.">The physiologic role of the sympathetic nervous system in exercise.</a> J Pharmacol Exp Ther. 154 (1), 35-45 (1966).</li><li>Pritzlaff, C. J., 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=Impact+of+acute+exercise+intensity+on+pulsatile+growth+hormone+release+in+men.">Impact of acute exercise intensity on pulsatile growth hormone release in men.</a> J Appl Physiol (1985). 87 (2), 498-504 (1999).</li><li>Creemers, L. B., Jansen, D. C., van Veen-Reurings, A., van den Bos, T., Everts, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microassay+for+the+assessment+of+low+levels+of+hydroxyproline.">Microassay for the assessment of low levels of hydroxyproline.</a> Biotechniques. 22 (4), 656-658 (1997).</li><li>Neuman, R. E., Logan, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+determination+of+hydroxyproline.">The determination of hydroxyproline.</a> J Biol Chem. 184 (1), 299-306 (1950).</li><li>Paxton, J. Z., Donnelly, K., Keatch, R. P., Baar, K., Grover, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+the+longevity+and+strength+in+an+in+vitro+model+of+the+bone-ligament+interface.">Factors affecting the longevity and strength in an in vitro model of the bone-ligament interface.</a> Ann Biomed Eng. 38 (6), 2155-2166 (2010).</li><li>Woessner, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+determination+of+hydroxyproline+in+tissue+and+protein+samples+containing+small+proportions+of+this+imino+acid.">The determination of hydroxyproline in tissue and protein samples containing small proportions of this imino acid.</a> Arch Biochem Biophys. 93, 440-447 (1961).</li><li>Paxton, J. Z., Wudebwe, U. N., Wang, A., Woods, D., Grover, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+sinew+contraction+during+formation+of+tissue-engineered+fibrin-based+ligament+constructs.">Monitoring sinew contraction during formation of tissue-engineered fibrin-based ligament constructs.</a> Tissue Eng Part A. 18 (15-16), 1596-1607 (2012).</li><li>Lee, C. A., 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=Estrogen+inhibits+lysyl+oxidase+and+decreases+mechanical+function+in+engineered+ligaments.">Estrogen inhibits lysyl oxidase and decreases mechanical function in engineered ligaments.</a> J Appl Physiol (1985). 118 (10), 1250-1257 (2015).</li><li>Paxton, J. Z., Grover, L. M., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+an+in+vitro+model+of+a+functional+ligament+from+bone+to+bone.">Engineering an in vitro model of a functional ligament from bone to bone.</a> Tissue Eng Part A. 16 (11), 3515-3525 (2010).</li><li>Heinemeier, K., Langberg, H., Kjaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-induced+changes+in+circulating+levels+of+transforming+growth+factor-beta-1+in+humans:+methodological+considerations.">Exercise-induced changes in circulating levels of transforming growth factor-beta-1 in humans: methodological considerations.</a> Eur J Appl Physiol. 90 (1-2), 171-177 (2003).</li><li>Mackey, A. L., Heinemeier, K. M., Koskinen, S. O., Kjaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+adaptation+of+tendon+and+muscle+connective+tissue+to+mechanical+loading.">Dynamic adaptation of tendon and muscle connective tissue to mechanical loading.</a> Connect Tissue Res. 49 (3), 165-168 (2008).</li><li>Psychogios, N., 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=The+human+serum+metabolome.">The human serum metabolome.</a> PLoS One. 6 (2), e16957 (2011).</li><li>Nguyen, 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=The+effects+of+resting+and+exercise+serum+from+children+with+cystic+fibrosis+on+C2C12+myoblast+proliferation+in+vitro.">The effects of resting and exercise serum from children with cystic fibrosis on C2C12 myoblast proliferation in vitro.</a> Physiol Rep. 2 (6), e12042 (2014).</li><li>Joyner, M. J., Pedersen, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ten+questions+about+systems+biology.">Ten questions about systems biology.</a> J Physiol. 589 (Pt 5), 1017-1030 (2011).</li><li>Joyner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+sucking+sound:+can+physiology+fill+the+intellectual+void+left+by+the+reductionists?.">Giant sucking sound: can physiology fill the intellectual void left by the reductionists?.</a> J Appl Physiol (1985). 111 (2), 335-342 (2011).</li><li>Benjamin, 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=Where+tendons+and+ligaments+meet+bone:+attachment+sites+('entheses')+in+relation+to+exercise+and/or+mechanical+load.">Where tendons and ligaments meet bone: attachment sites ('entheses') in relation to exercise and/or mechanical load.</a> J Anat. 208 (4), 471-490 (2006).</li><li>Arruda, E. M., Calve, S., Dennis, R. G., Mundy, K., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+variation+of+tibialis+anterior+tendon+mechanics+is+lost+following+denervation.">Regional variation of tibialis anterior tendon mechanics is lost following denervation.</a> J Appl Physiol (1985). 101 (4), 1113-1117 (1985).</li><li>Arendt, E., Dick, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knee+injury+patterns+among+men+and+women+in+collegiate+basketball+and+soccer.+NCAA+data+and+review+of+literature.">Knee injury patterns among men and women in collegiate basketball and soccer. NCAA data and review of literature.</a> Am J Sports Med. 23 (6), 694-701 (1995).</li></ol>

저자는 경쟁적인 금전적 이해 관계가 없다고 선언합니다.

현재의 원고는 조직 개발에서부터 번역 / 임상 질문에 이르기까지 광범위한 연구 주제를 가진 조사자에게 유용한 실험용 플랫폼 인 인대 조직 모델을 설명합니다. 여기에 설명 된 인대 모델은 워크 플로의 다양한 지점에서 적용 할 수있는 다용도 프로토콜을 기반으로합니다 ( 그림 1 및 토론 섹션 ). 또한, 시험 관내 환경의 본질적으로 환원 주의적 특성은 컨디셔닝 된 인간 또는 동물 혈청으로 사료 배지를 보충함으로써 생리 학적 영역에 더 가깝게 될 수있다. 구조물은 다양한 출처의 섬유 아세포를 사용하여 형성 될 수 있습니다. 여기에 제시된 방법과 대표 결과가 기본 ACL 섬유 아세포의 사용을 기반으로하지만, 세포 분리 프로토콜은 다른 유형의 기본 섬유 아세포를 수집하기 위해 조정할 수 있습니다. 설명한대로도 4 에서, 젊은 인간 공여자로부터 분리 된 1 차 세포로 형성된 인조 된 인대는 낮은 공여자 가변성을 나타낸다. 1 차 세포는 초기 분리 및 통과 제한에 의해 제한됩니다. 세포주의 사용은 실험의 재현성을 향상시킬 수있다. 다른 세포 유형의 사용은 세포 배양 배지 및 섬유소 겔 배합의 변형을 요구할 수있다. 예를 들어 우리는 인간 간엽 줄기 세포 (MSCs)가 2 주 동안 브러시 사이트 시멘트 앵커 사이에 선형 조직을 형성 할 수 없다는 것을 관찰했다. 한편, 말의 우수 굴곡근 섬유 아세포, 말 골수 간질 세포, 병아리 배아 힘줄 섬유 아세포 , 그리고 쥐 C3H10T1 / 2 MSC는 섬유소 겔을 빠르게 수축시키고 소화시켜 선형 조직을 형성한다 (미공개 관측). 이러한 대조는 세포 수축성, 증식 및 섬유소 용해 효소 생산의 차이의 결과 일 수 있습니다. 화학 물질의 적용및 기계적 자극 본원에 기재된 방법에서, 피브린 계 조직은 브러시 라이트 시멘트 앵커 주위에 형성되어 종단점 인장 시험뿐만 아니라 신장 바이오 리액터 (11) 를 통한 기계적 자극의 적용을 허용한다. 적색의 시멘트 - 연조직 계면 (enthesis)의 존재는 추가적인 연구와 개선을위한 기회를 제공한다. 이 시험관 환경에서 화학적 및 기계적 요인의 기여도를보다 쉽게 ​​확인할 수 있습니다. 운동 후 혈청 환경의 효과가 운동의 기계적 자극과 분리되는 그림 5 에 그 예가 나와 있습니다. 실험적 개입, 치료 구성 및 관찰 가능한 변화를 예상 할 수있는 적절한 종말점을 결정하기 위해 파일럿 연구가 필요할 수 있습니다. 포예를 들어, 운동 후 혈청 연구 1 에서, 실험 처리의 길이는 매 2 일마다 구조물을 먹이는 배지를 보충하기 위해 사용 된 혈청 공급에 의해 제한되었다. 또한, 배양 2 주째에는 TGF-β1을 제거한 상태에서 아스코르브 산 및 L- 프롤린을 유지 한 채로 휴식 또는 운동 후 혈청을 배양 배지에 보충 하였다. TGF-β1은 운동 후 혈청에서 증가하는 것으로 알려져있는 프로 섬유 성 성장 인자이다. 따라서, 운동 후 혈청의 TGF-β1- 관련 효과를 모호하게하는 것을 피하기 위해,이 사이토 카인은 배양 배지에서 유지되지 않았다. 이 공학적 인대 모델은 또한 기계적 스트레치의 효과를 테스트하는 데 사용될 수 있습니다. 브러시 라이트 시멘트 앵커 끝 ( 그림 1 에 나와 있는 일축 인장 시험기와 유사)을 잡기 위해 역 모델링 된 그립을 엔지니어링함으로써 스트레치 바이오 리액터를 eng<html> ineered ligaments. 우리 연구실은 이전에이 모델을 사용하여 인위적 스트레치 패러다임의 합리적인 설계 또는 심지어 잠재적으로 생체 내 에서 의 합리적인 설계에 대한 더 나은 이해를 제공 할 맞춤 제작 된 생물 반응기 11 에서 일축 인장 스트레치에 대한 인조 인장의 분자 신호 응답을 조사하기 위해이 모델을 사용했습니다 스트레치 / 활동 / 치료 응용 분야. 엔지니어링 인대의 평가 전통적인 단층 배양과 마찬가지로 3D 구조물은 유전자 / 단백질 발현을 분석 할 수 있습니다. 또한 3D 형태학은 기능적 및 형태 학적 변화를 평가할 수있는 기회를 제공하며 장기 연구를 위해 문화가 유지 될 수 있습니다 ( 그림 3 ). 인조 인간 인대는 자연적이고 성숙한 인대와 동등하지는 않지만 힘줄 / 인대를 개발하는 것과 유사하며 영양소에 대한 반응으로 원주 조직과 유사하게 행동합니다26, 성장 인자 10 , 호르몬 25 , 운동 11 , 28. 따라서 어떤 인 비트로 모델로부터 일반화되기 전에주의를 기울여야하지만, 인대 구조 검사의 결과는 다른 생리 학적 메커니즘을 드러내거나 알릴 수있다. 생체 내에서 조사하는 것은 불가능 합니다. 광범위한 적용 범위를 지닌 유연하고 역동적 인 모델을위한 조건부 혈청 보충 사료 공급 인간 혈청 대사 물질은 당 단백질, 지단백질, 지질 유도체, 에너지 기질, 대사 산물, 비타민, 효소, 호르몬, 신경 전달 물질, 빌딩 블록 / 중간체 등과 같은 4,500 가지 화합물의 환경입니다. 29 화합물 분류 29 에 따른 사람의 혈청 대사 물질의 추가 검사는 additi실험용 혈청을 생체 외 실험에 통합하는 데 따른 이점이 있습니다. 즉, 혈청에서 ~ 4500 가지 화합물의 대부분은 소수성 또는 지질에서 유래되어 수송 / 가용화를위한 단백질 결합의 중요성을 강조합니다. 실험적으로 내인성 화합물 수송 동력학을 반복하여 생체 이용률과 화합물 - 표적 상호 작용을 거의 불가능하게 만든다. 따라서, 실험용 혈청은 가용화, 수송, 표적 결합 및 작용 메카니즘에 대한 액세서리 분자에 의존하는 것으로 알려진 화합물의 연구에 특히 효과적이다. 우리 연구소는 운동의 건강 혜택에 오랫동안 관심을 가지고 있습니다. 운동은 다양한 요인들 (예, IL-6 13 , IL-15 14 , Meteorin-like 15 , IL-exosomes 16 , 17 )이있다. 운동 후 생화학 적 환경은 골격근 운동에 반응하는 호르몬뿐만 아니라 분비 동맥의 교감 신경계 자극 ( 예 : 부신에서 나온 코티솔 및 카테콜라민 18 )과 성장 뇌하수체 앞쪽에있는 호르몬 19 ). 우리는 최근 운동 전후 혈청의 모델을 사용하여 운동에 의해 유도 된 생화학 적 환경이 조작 된 조직에 미치는 영향을 조사했습니다. 많은 중요한 운동 관련 연구 문제가 남아 있지만이 모델은 결코 이런 식으로 제한되지 않습니다. 예를 들어, 혈청은 동물 또는 사람의 출처,식이 또는 약리학 적 개입, 또는 다른 연령층 또는 임상 인구에 따라 얻을 수 있습니다s 30 . 이런 방식으로, 관심의 대상이되는 외인성 또는 내인성 화합물은 생체 이용 량으로 혈청 및 처리 배지에 존재할 것이며, 내인성 환경 ( 즉 ,보다 생리적 인 맥락에서)과 협력하여 표적 조직과 상호 작용할 것이다. 이 접근법은 주어진 중재가 다기능 (및 복합 화합물) 효과를 발휘할 가능성이 높고 생리적 환경이 공동 수정 될 가능성이 높기 때문에 역동적입니다. 이 접근법은 여러 가지 도전 과제를 제시하지만 여러 개의 전 생화학 적 변수가 동시에 변경되므로 순수 환원 주의적 실험 방법론의 결점을 극복하는 데 도움이 될 수있는 접근 방법입니다 31 , 32 . 종합 해보면, 조직 공학 ( 생체 외 생체 모방 ) 조직과 함께 조건부 혈청을 구현하면 생리학, 영양 및 임상 연구 질문을위한 도구로 사용할 수 있습니다. <strong&gt; 임상 응용 분야는 다양합니다. 여기에 제시된 조직 공학 모델은 전통적인 체외 모델이 할 수없는 해부학 및 임상 연구 문제를 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 생체 내의 인대 나 힘줄 은 엔테이라 불리는 연질에서 경막 변이 영역을 가지고 있습니다. 기계적 스트레스와 관련된 손상에 취약한 엔테 시스는 조직 화학 및 전자 현미경 검사 기술을 통해 단면에서 연구 할 수있다 22 , 26 . 물리적 인 비활성으로 인해 결합 조직이 하중을 낮은 순응도에서 높은 순응도의 영역으로 옮길 수 없으므로 궁극적으로 조직 적합성이 전반적으로 감소하고 상해 위험이 증가하므로이 고유 한 인터페이스는 이동성이 낮거나 제약이있는 사용자에게 중요합니다. 우리 연구실에서는 최근이 조직 공학 모델을 사용했습니다 &lt;결합 조직 손상에 대한 위험이있는 여성 운동 선수 인 다른 인구를 모델링하기 위해 : ACL 손상의 발생률은 남성 대조군의 약 5 배입니다 35 . 생식기 질환의 여성 성 호르몬, 에스트로겐의 생리 학적 농도를 가진 인대 구조물을 생리주기의 단계를 모방 한 농도로 치료함으로써이 성별에 따른 손상의 근거가되는 잠재적 인 메커니즘을 조사했습니다. 흥미롭게도, 높은 농도의 에스트로겐은 인대와 힘줄의 콜라겐 매트릭스에서 라이신 - 라이신 교차 결합을 만드는 주요 효소 인 lysl oxidase의 유전자 발현과 활성을 억제했다. 중요한 것은, 48 시간의 높은 에스트로겐 (follicular phase를 모방하기 위해)은 구조물의 콜라겐 밀도를 변화시키지 않고 인대 구조의 강성을 감소시키는 것입니다. 생리 학적 관점에서 볼 때, 이것은 여성의 인대 이완의 증가가 적어도 부분적으로는 감소로 인한 것일 수 있음을 시사한다가교 형성. 실험적 관점에서,이 연구 결과는 기능적 가교 결합 활성을 조사 할 수있는 3D 구축 모델의 유용성을 강조한다. 임상 적 관점에서,이 모델은 이제 인대 기능의 에스트로겐에 대한 부정적인 영향을 예방할 수있는 중재를 신속하게 스크리닝하는데 사용될 수 있습니다. 맺음말 여기에서 우리는 공학적으로 만들어진 인대의 형성과 3D in vitro 조직 모델로서의 유용성에 대한 자세한 방법론을 제시했습니다. 이 모델은 다양한 유형의 목표에 매우 잘 적용 할 수있어 세포 유형, 중재 및 결과 측정에 유연성을 제공합니다. 컨디셔닝 된 혈청으로 사료 배지를 보충하면 생체 내 생리학 모델링을 개선하여 기존 의 시험 관내 환경에서는 얻을 수없는 생리적 컨텍스트가 추가됩니다. 요컨대, 우리는 이것이 광범위하게 적용 가능한 모드라고 생각합니다.생리학 및 조직 공학 분야를 발전시키는 데 흥미로운 영향을줍니다.

텐돈과 인대 부상은 흔하며 정상적인 이동성과 삶의 질에 쇠약을 줄 수 있습니다. 외과 개입은 종종 필요하지만 제한적이고 다양한 성공을 거둘 수 있습니다 4 , 5 . 힘줄과 인대가 어떻게 발달하고, 성숙하고, 부상에 반응하는지에 대한 현재의 이해는 불완전하기 때문에 효과적인 치료법 개발에 대한 통찰력을 제공하기 위해서는 효과적인 연구 모델이 필요합니다. 이러한 지식 격차를 해소하기 위해 동물 모델을 사용할 수 있지만 생체 내 연구는 본질적으로 환경을 제어하기 어려우며 의도 된 조직에 대한 개입을 직접 목표로 삼는다. 대조적으로, 실험 환경 은 전통적인 monolayer 세포 배양과 함께 체외에서 쉽게 통제되고 모니터링 될 수 있습니다. 그러나이 기술은 화학적 및 기계적 환경을 지나치게 단순화 할 수 있으므로 다시 작성하지 못할 수도 있습니다늦은 세포의 생체 내 행동. 조직 공학은 시험 관내 환경의 제어와 동물 모델의 복잡한 생체 내 환경과 결합 할 수 있으며 생리학을 연구하기위한 추가 도구를 제공합니다. 또한 인대 발달에 대한 더 나은 이해로 무장 한 조직 공학은 수술 재건이 필요할 때 이식 조직의 원천을 제공 할 수 있습니다 6 . 따라서, 여기에 기술 된 방법은 인대 기능 및 형태를 연구하는데 사용될 수있는 시험 관내 3D 공학 조직을 유효하게한다. 섬유소 기반의 건 또는 인대 구조물은 체외 모델로 사용되어 콜라겐 섬유 형성 및 건 개발 8 뿐만 아니라 전립선 조직의 유용성이 전두엽의 양 모델에서 평가 된 병리학 적 응용을 포함하는 생리 학적 과정을 연구했습니다ciate ligament (ACL) 재건 9 . 우리 연구실은 이전에 두개의 브러시 라이트, 인산 칼슘 뼈 대체 물질, 시멘트 앵커에 이르는 3D 엔지니어링 인대 모델을 확립했습니다. 이 모델은 배양 배지에 생물학적 인자를 보충하거나 기계적 자극을가함으로써 간단하게 다른 실험 조건을 적용 할 수 있습니다 11 . 중요하게도이 뼈대 간 인대 모델은 부상을 입기 쉬운 보니와 근육 요소 사이의 인터페이스 인 엔테 시스에 대한 심층 분석을 가능하게합니다. 이 방법론을 제시하기 위해 여기에 강조된 연구에서 우리는 인대 기능에 생화학 적 환경에서 운동에 의해 유발 된 변화의 효과에 관심이있었습니다. 운동은 몸 전체의 다양한 조직에서 세포 기능과 장기 기능을 향상시킵니다 2 , 3 , </su(예, IL-6 13 , IL-15 14 , Meteorin-like 15 , exosomes 16 , 17 ) 및 전신 순환계로 방출 된 기타 알려지지 않은 생화학 적 인자의 ​​방출에 기인 한 효과 인 p&gt; 12 . 또한, 운동 후 생화학 환경은 운동 반응 호르몬이 풍부하며,이 호르몬의 분비는 분비 동맥의 교감 신경계 자극 ( 예 : 부신 18 번 코티솔과 카테콜라민, 뇌하수체 19 번 성장 호르몬)에 의해 자극됩니다. ). 그러나 생체 내 에서 운동의 기계적 자극의 효과를 운동 유발 생화학 적 변화와 구별하는 것은 불가능합니다. 일부 연구에서는 운동에 대한 반응으로 특정 순환 호르몬과 사이토 카인의 예상되는 상승이 특징 이었지만위에서 언급 한 바와 같이, 시험관 내에서 충실히 재구성하기에는 너무 많이 알려진 요소와 알려지지 않은 요소가 너무 많습니다 . 즉, 시험 관내 연구를위한 몇 가지 요인을 분리하면 생화학 반응의 복잡성을 부적절하게 해결할 수 있습니다. 본 연구에서는 운동으로 인한 혈청 생화학 적 환경의 변화가 공학적 인대 기능에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 생화학 적 변화의 영향을 분리하기 위해, 우리는 저항 운동 전후의 인간 참가자로부터 혈청을 얻었고 인간 전방 십자 인대 (ACL) 섬유 아세포를 사용하여 형성된 3D 공학적 인대를 치료하는데 사용했다. 이 모델을 사용하여 기계적 특성 및 콜라겐 함량에 대한 영향을 비롯하여 분자 신호에 대한 영향을 정량화하는 등 기능적 데이터를 얻을 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Austerlitz Insect pins, minutien stainless steel, size 0.20</td><td>Entomoravia</td><td>N/A</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>&amp;beta;-tricalcium phosphate</td><td>Plasma Biotal Ltd (Derbyshire, UK)</td><td>N/A</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>o-phosphoric acid, 85% (w/w)</td><td>EMD Millipore</td><td>PX0995</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>Citric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>251275-500g</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>Falcon 35 mm tissue culture dishes</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-772A</td><td>For silicone-coated plates</td></tr><tr><td>Sylgard 184 silicone elastomer kit</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>4019862</td><td>For silicone-coated plates</td></tr><tr><td>1x Phosphate-buffered saline (PBS)</td><td>Fisher Scientific</td><td>SH3002802</td><td>For cell isolation and expansion</td></tr><tr><td>100x antibiotic/antimycotic solution</td><td>VWR</td><td>45000-616</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Type II collagenase</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>17101015</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>100x penicillin/streptomycin solution</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>15140122</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Steriflip-GP, 0.22&amp;nbsp;&amp;micro;m pore, polyethersulfone, gamma irradiated</td><td>EMD Millipore</td><td>SCGP00525</td><td>For reagent sterilization</td></tr><tr><td>DMEM high glucose with sodium pyruvate and L-glutamine</td><td>VWR</td><td>10-013-CV</td><td>For cell and tissue culture</td></tr><tr><td>Fetal bovine serum</td><td>BioSera</td><td>FBS2000</td><td>Component of tissue digestion media and growth media</td></tr><tr><td>Penicillin G Potassium Salt</td><td>MP Biomedicals</td><td>0219453680 - 100 MU</td><td>Component of growth media. Dissolve in water to 100,000 U/mL, filter sterilize, aliquot, and store at -20&amp;deg;C.</td></tr><tr><td>CELLSTAR polystyrene tissue culture dishes (145 mm x 20 mm)</td><td>VWR</td><td>82050-598</td><td>For cell culture</td></tr><tr><td>Trypan blue</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>T10282</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA (0.25%)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>25200056</td><td>For cell culture. Dilute to 0.05% in PBS</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>472301</td><td>For cell freezing media</td></tr><tr><td>Nalgene Mr. Frosty Cryogenic Freezing Container</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>5100-0001</td><td>For cell freezing</td></tr><tr><td>BD Vacutainer Red Plastic 10 mL</td><td>Fisher Scientific</td><td>367820</td><td>For human serum collection</td></tr><tr><td>Bound Tree Insyte Autoguard IV Catheters, 22 G x 1 inch Needle</td><td>Fisher Scientific</td><td>354221</td><td>For human serum collection</td></tr><tr><td>Thrombin, bovine origin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T4648-1KU</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 200 U/mL in DMEM high glucose media. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Fibrinogen, bovine origin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F8630-5G</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 20 mg/mL in DMEM high glucose media. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Aprotinin from bovine lung</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3428</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 10 mg/mL in water. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>6-Aminohexanoic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>07260-100g</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 0.1g/mL in water. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>L-Ascorbic acid 2-phosphate sesquimagnesium salt hydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8960-5G</td><td>Component of feed media. Dissolve in DMEM high glucose media at a concentration of 50 mM. Filter at 0.22 &amp;mu;m and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>L-proline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5607-25G</td><td>Component of feed media. Dissolve in PBS at a concentration of 50 mM. Filter at 0.22 &amp;mu;m and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Transforming growth factor-&amp;beta;1</td><td>Peprotech</td><td>100-21</td><td>Component of feed media. Reconsistute according to manufacturer&#039;s instructions at a concentration of 10 &amp;mu;g/mL. Aliquot and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Stericup-GP, 0.22&amp;nbsp;&amp;micro;m, polyethersulfone, 250&amp;nbsp;mL, radio-sterilized</td><td>EMD Millipore</td><td>SCGPU02RE</td><td>For reagent sterilization</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>A144-212</td><td>Dilute in water to 6 M</td></tr><tr><td>4-Dimethylaminobenzaldehyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>39070-50g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Chloramine-T trihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402869-100g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>trans-4-Hydroxy-L-proline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H54409-100g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>1-propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>279544-1L</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Perchloric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>311421-250ml</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Acetic acid, glacial</td><td>EMD Millipore</td><td>AX0073-9</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S318-500</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Toluene, anhydrous</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244511-1L</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Corning Costar Clear Polystyrene 96-Well Plates</td><td>Fisher Scientific</td><td>07-200-656</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr></tbody></table>

treatment of ligament constructs with exercise-conditioned serum: a translational tissue engineering model

생체 외 실험은 생물학적 기작을 이해하는 데 필수적입니다. 그러나 단층 조직 배양과 인간 생리학 사이의 격차가 크며 결과의 번역은 종종 빈약합니다. 따라서 대체 실험 접근법을위한 충분한 기회가있다. 여기에서는 우리 인간 세포가 인간의 전방 십자 인대 조직 잔존물로부터 분리되고, 배양이 확장되며, 인조 인간 인대를 형성하는 데 사용되는 접근법을 제시합니다. 운동은 많은 조직, 기관 및 신체 프로세스의 기능이 향상되도록 혈액의 생화학 적 환경을 변경합니다. 이 실험에서 인대 구성 배양 배지에는 운동으로 &#39;조건이 갖추어 진&#39;실험용 인간 혈청이 보충되었다. 따라서 개입은 실험 조직이 전체 내인성 생화학 환경에 노출되기 때문에 생물학적으로보다 관련이있다. 결합 단백질과 결합 화합물은 세포 내 활성의 활성과 함께 변화 될 수있다.알려지지 않은 관심있는 에이전트. 치료 후 인조 인간 인대는 기계적 기능, 콜라겐 함량, 형태학 및 세포 생화학 분석이 가능합니다. 전반적으로 여기에 제시된 인대 조직의 생리 모델에 대한 전통적인 단층 배양 및 동물 모델 대 네 가지 주요 이점이 있습니다. 첫째, 인대 구조물은 3 차원이며, 최대 인장 응력, 최대 인장 하중 및 모듈러스와 같은 기계적 특성 ( 즉 , 기능)을 정량화 할 수 있습니다. 둘째로, 보니 (boney)와 근원 (sinew) 요소 사이의 인터페이스 인 엔테 시스 (enthesis)가 상세하고 기능적 맥락에서 조사 될 수있다. 셋째, 운동 후 혈청을 함유 한 배지를 준비하는 것은 운동의 다양한 건강상의 이익을 담당하는 운동 유발 생화학 적 환경의 영향을 편향적 방식으로 조사 할 수있게한다. 마지막으로,이 실험 모델은 과학적 연구를 인간적이고 윤리적 인 방법으로 발전시킨다.동물, 국립 보건원 (National Institutes of Health), 질병 통제 센터 (Center for Disease Control) 및 식품 의약품 안전청 (FDA)의 핵심 임무를 맡고 있습니다.

공학적 인대 형성 및 실험적 개입의 개요 그림 1 은 인조 인대의 형성 개요를 보여줍니다. 브루 사이트 시멘트 인 골 대체 물질 (22) 은 오르토 인산 / 시트르산 용액을 원통형 웰에 β- 인산 삼 칼슘과 혼합하여 제조한다. 또는 조직의 기계적 기능을 직접 측정하지 않으면 3-0 실크 봉합사를 조직 형성의 앵커로 사용할 수 있습니다. 이들은 실리콘으로 코팅 된 35mm 접시에 12mm 간격으로 고정시키고 70 % 에탄올에 담궈 멸균합니다. 섬유 아세포는 전방 십자 인대 재건 수술 중에 얻어진 전방 십자 인대 잔재물로부터 분리됩니다. 팽창 후, 2.5 x 105 개의 세포가 흑연 시멘트 앵커 - 고정 된 접시에 형성된 피브린 겔에 캡슐화된다. 형성 후, 인대 constr세포 특성, 세포 증식, 유전자 발현, 단백질 수준, 조직 형태 등의 변화를 검사 할 수 있습니다. 문화 전반에 걸쳐 세포는 피브린 젤을 수축시켜 두 앵커 사이에 선형 조직을 형성합니다 ( 그림 2A ). 배양 1 ~ 2 일 후, 세포는 피브린 겔에 부착되고 세포 과정이 연장되며 견인력을 발휘하기 시작합니다 ( 그림 2B ). 피브린 젤이 견인력에 의해 수축되고 세포 효소에 의해 분해됨에 따라 두 개의 앵커 포인트 사이에 장력이 생성되고 우리의 세포는이 축과 평행하게 정렬되어 콜라겐을 침전하기 시작합니다 ( 그림 2B ). 4-5 일 후, 구조물은 선형 원통형 조직을 형성하는 앵커 주위에서 수축하였으며 ( 그림 2A ;이 시점에서 외부 자극이 시스템에 적용될 수 있음 (interv이 시점에서 선형 조직 형성 과정을 방해하지 않습니다. 중재는 주어진 개입, 외인성 사이토 카인 및 성장 인자, 기계적 자극을 사용하거나 산소 장력과 같은 다른 환경 요인을 변화시킨 후 인간 또는 동물의 혈청으로 배지를 보충하는 것으로 구성 될 수 있습니다. 200 μM 아스코르브 산, 50 μM L- 프롤린 및 5 ng / mL TGF-β1을 첨가 한 성장 배지 (10 % FBS 및 100 U / mL 페니실린을 함유하는 DMEM)를 사용하여, 세포 증식이 2 주 배양을 통해 지속됨을 확인 하였다 기간 ( 그림 2C )과 실제로, 광학 현미경은 배양 14 일 ( 그림 2B )에서 고도로 정렬 세포를 포함하는 밀도 조직을 보여줍니다. 엔지니어링 인대의 평가 배양 기간이 끝날 때, 조작 된 인대는 한 품종으로 평가할 수 있습니다방법의 y. 이 시스템의 가장 큰 장점은 기계적 테스트를 통해 조직의 기능적 변화를 결정할 수 있다는 것입니다. 일축 인장 시험은 하중 대 실패, 극한 인장 강도 및 영률을 포함한 기계적 특성을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 점탄성 특성은 응력 완화 및 크리프 시험으로도 측정 할 수 있습니다. 도 3a 는 커스텀 - 빌드 (custom-built) 단축 인장 시험기에서 역 성형 그립에 유지되는 인조 된 인대를 도시한다. 오른쪽 그립은 조직이 파손될 때 인대에 걸리는 하중을 측정하기 위해 힘 센서에 부착됩니다. 그림 3B 는 실패한 테스트에 대한 대표적인 응력 - 변형률 플롯을 보여줍니다. 기계적 시험을 거친 후 동일한 구조를 건조시키고 히드 록시 프롤린 분석을 위해 처리하여 총 콜라겐 함량과 다른 생체를 평가할 수 있습니다mical assays. 조건 당 충분한 수의 추가 샘플을 사용하여 세포 증식, 유전자 및 단백질 발현 및 조직 학적 형태에 대한 영향을 포함하여 실험적 개입에 대한 철저한 검사를 수행 할 수 있습니다. 우리 연구의 전형적 엔드 포인트는 14 일이지만 인조 인간 인대는 그림 3C 와 같이 28 일간의 배양을 통해 기계적 특성과 콜라겐 함량이 지속적으로 향상되며 24 시간 이상 생존 할 수 있습니다. 기증자 변동성은 실험 반복성에 대한 중요한 고려 사항입니다. 그림 4 는 Lee 등이 보고 한 대표 실험을 보여줍니다 . 이전에 기술 된 2 주 배양 후 전형적인 장력 특성 및 콜라겐 함량을 나타내는 7 명의 상이한 ACL 공여자 (n = 3, n = 4)를 비교 하였다<html> 보충 성장 미디어. 유사한 ACL 수집, 기증자의 나이, 손상 후 시간, 성별 등의 세포를 사용하여 조작 된 인대는 콜라겐 분획의 차이를 제외하고는 기증자와 유사한 특성을 보이지 않는다. 앞서 언급 한 연구에서 공학용 인대를 여성이 ACL 손상 위험이 남성보다 훨씬 높은 이유를 조사하기 위해 시험 관절 모델로 사용했으며 여성 기증자로부터 격리 된 ACL 섬유 아세포가 근원적으로 약하고 덜 교원 성 인대를 형성하지 않는다는 것을 입증했습니다 25 . 운동 후 혈청 환경 이 생체 외 인대 기능에 미치는 영향 우리는 이전에 생리 학적 과정을 탐색하는 데 사용되는 공학용 인대의 능력을 입증했습니다 1 ,ss = &quot;xref&quot;&gt; 25. West 등이보고 한 다음과 같은 대표 실험에서. 1 , 우리는 인대 기능에 운동의 생화학 적 영향을 결정하고 여기 방법론과 결과를 강조 표시합니다. 우리는 인간 ACL 세포를 사용하여 공학적으로 만들어진 인대를 형성하고, 운동 7 일 전후에 수집 된 인간 혈청으로 조건화 된 배양 배지로 구성된 개입을 적용했다. 간단히 말해, 우리는 건강한 젊은 남성 참가자를 모집하여 순환 성장 호르몬과 인간 성장 호르몬 (GH)을 비롯한 순환계 호르몬을 증가시키는 저항 운동의 급성 시합 전후에 혈액 샘플을 수집했습니다. 인간의 혈청을 운동 전후 혈액 샘플에서 분리하고 공학용 인대 배양의 두 번째 주 동안 배양 배지에서 태아 소 혈청 대신 사용했다 ( 그림 5A ). 운동 전 및 운동 후 혈청 샘플을 GH 및 인슐린 유사 성장 인자 1 (IGF-1)의 변화에 ​​대해 ELISA를 사용하여 분석하고,농도는 운동으로 바꿀 수있다 ( 그림 5B ). 이 정보는 운동에 반응하여 혈청의 변화와 함께 조작 된 인대에 대한 혈청 효과를 상관시키는 데 사용되었습니다. 14 일간의 배양 기간 후 인대 구조물을 기계적 시험 및 콜라겐 함량의 히드 록시 프롤린 결정을 사용하여 평가하고 운동 후 혈청에 대한 반응으로 최대 인장 하중 및 콜라겐 함량을 유의하게 증가시켰다. 이 효과가 GH 또는 IGF-1의 운동 유발 방출과 관련이 있는지를 평가하기 위해, 조작 된 인대를 별도의 실험에서 형성하고 인간 재조합 GH 또는 IGF-1의 용량 반응으로 치료 하였다. 흥미롭게 도 혈액에서 혈청 GH가 증가하는 반면 ( 그림 5B- i) 배양 배지에서 재조합 GH 농도가 점차 증가하면 콜라겐 함량이 증가하지 않았고 ( 그림 5D- i) 또는 기계적특성화 된 인대의 속성 (데이터는 표시되지 않음). 대조적으로, 혈청 IGF-1 수치는 운동 후에 증가하지 않았지만, 용량 반응 실험은 배양 배지에서 증가하는 수준이 인대 구조물의 콜라겐 함량을 향상 시킨다는 것을 나타냈다 ( 도 4D- ⅰ). 따라서 운동이 운동 후 GH의 튼튼한 증가를 가져 오는 반면, rhGH를 사용한 용량 - 반응 실험은 GH가 조작 된 인대의 표현형 향상에 직접적으로 원인이되는지 의심 스럽다 (적어도 22 kDa의 isoform은 책임있는 것으로 보인다). 반대로 혈장 IGF-1은 운동 후 15 분에 변화하지 않았지만 광범위한 농도에서 rhIGF-1을 테스트하면 IGF-1이 콜라겐 함량을 향상시킬 수 있음이 밝혀졌습니다. 그러나 생리 학적 수준을 예측하는 범위를 통해 rhIGF-1 농도를 증가 시키면 콜라겐 함량이 유의하게 증가하지 않았다는 점에 유의해야합니다. 따라서 독특한 운동 후 혈청 환경nment는 조작 된 인대의 역학 및 콜라겐을 개선하는 데 중요했습니다. 1 에서 강조한 연구에서, 실험적 혈청의 양은 윤리적 고려 때문에 제한적이었다. 따라서 혈청 요구량이 낮은 단기 2D 생물 검정법을 사용하여 관찰 된 콜라겐 증가에 기여하는 분자 메커니즘을 추가로 조사했습니다. ACL 섬유 아세포를 6- 웰 플레이트에서 합류 배양하고, 휴식 또는 운동 후 혈청으로 1 시간 동안 처리하고 재조합 GH, IGF-1, TGF-β1의 투여 량 및 PI3K / mTORC1에서의 표적 활성화와 비교 하였다 , ERK1 / 2 및 Smad 신호 전달 경로가 결정되었다. 운동 후 혈청 존재 하에서, PI3K / mTORC1 및 ERK1 / 2 경로는 각각 S6K ( 도 5D- i) 및 ERK1 / 2 ( 도 5D- ii)의 인산화에 의해 평가 된 바와 같이 더 큰 활성화를 나타냈다.호르몬 및 사이토 카인 투여 량 반응과 비교하여 GH가 mTOR 신호 전달에 작은 양성 효과 ( 그림 5D -i)를 보였고 IGF-1이 가장 낮은 용량에서 긍정적 인 효과를 보였으 나 GH, IGF-1 및 TGF의 세 가지 치료 β1은 PI3K / mTORC1 및 ERK1 / 2 신호 전달의 증가를 설명하지 못했다. 3D 인대 모델과 2D 생물 분석 데이터를 종합 해 보면, 운동 후 혈청 환경이 PI3K / mTORC1과 ERK1 / 2 경로의 활성화를 통해 인대 기능과 콜라겐 함량을 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다. 요약하면 운동화 된 혈청과 결합 된 공학용 인대 모델을 사용하여 i) 인조 인간 인대 기능 및 콜라겐에 대한 운동 후 혈청 환경의 영향을 조사 할 수 있었으며, ii) 인대 표현형의 변화와 혈청 호르몬 농도의 변화, 혈청에서 어떤 변화가 일어 났는지를 결정하기위한 목적으로iii) 인대 기능 향상으로 이어지는 운동 후 혈청에 의해 활성화되는 분자 메커니즘을 결정하기 위해 혈청 생화학 적 환경의 분자 표적을 조사하기 위해 2D 생물 검정을 사용하여 작업의 범위를 더욱 넓히십시오. <img alt="그림 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55339/55339fig1.jpg" /> 그림 1 : 인조 인대의 형성 및 사용 개요. Brushite cement anchor가 제조되어 실리콘 코팅 판에 고정됩니다. 일차 섬유 아세포는 ACL 잔여 물로부터 격리되고 확장됩니다. 조작 된 인대는 섬유소 겔을 2 개의 브러시 라이트 시멘트 앵커 주위에 섬유 아세포를 캡슐화함으로써 형성된다. 조작 된 인대는 배양되고 원하는 특정 화학적 또는 기계적 ( 예 : 생물 반응기를 통해) 자극으로 처리됩니다. 원하는 엔드 포인트에서 인조 인간 인대를 수집하여 mechanica에 대해 평가할 수 있습니다특성, 유전자 발현, 콜라겐 함량, 단백질 발현 및 조직학을 포함한다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55339/55339fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55339/55339fig2.jpg" /> 그림 2. 1 차 인대 섬유 아세포는 2 개의 브러시 라이트 시멘트 앵커에 걸친 섬유소 기반 뼈 대뼈 공학 인대를 형성합니다. ( A ) 시간이 지남에 따라, 섬유 아세포는 선형 조직을 형성하는 브러시 사이트 시멘트 앵커 주위의 섬유소 젤을 수축시킵니다. ( B ) 처음 3 일 동안 세포는 피브린 젤에 붙어 견인력을 발휘하여 세포를 구조물의 장축과 정렬시킨다. 14 일에 걸쳐, 세포는 고도로 정렬 된 조직을 형성한다. 스케일 바 = 160 μm. ( C ) 조작 된 인대의 DNA 함량은 계속 증가한다.ver 14 일 동안 세포가 증식합니다. 데이터는 평균 ± 표준 편차 (SD)로 나타내 었으며 그룹당 n = 3-4의 구조를 보였다. 여러 떼. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55339/55339fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55339/55339fig3.jpg" /> 그림 3 : 엔지니어링 인대의 기계적 특성과 콜라겐 함량은 시간이 지남에 따라 향상됩니다. ( A ) 인대 구조는 일차적으로 인장 시험을하여 주어진 개입이 인대 기능에 미치는 영향을 결정합니다. 그림에서 보듯이 두 개의 리버스 몰딩 된 3D 인쇄 그립은 가공 된 힘으로 연결되는 상호 모양의 앵커를 유지합니다. 앵커는 스텝퍼 모터와 힘 트랜스 듀서에 연결되어 테스트 조직의 응력 / 변형률 곡선을 생성하여 기계적 특성을 결정할 수 있습니다. ( B &lt;/ strong&gt;) 실패한 긴장된 인대에서 대표적인 응력 - 변형률 곡선. 28 일 동안 ( C ) 극한 인장 강도 (UTS), ( D ) 최대 인장 하중 (MTL), ( E ) 영률 및 ( F ) 콜라겐 분율이 계속해서 향상됩니다. 데이터는 평균 ± 표준 편차 (SD)로서 n = 5 구조로 나타냈다. *는 다른 모든 그룹과 유의 한 차이가 있음을 나타냅니다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55339/55339fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55339/55339fig4.jpg" /> 그림 4 : 조작 된 인대는 낮은 기증자 변동성을 나타내는 기능 및 생화학 적 성분에 대해 평가할 수 있습니다. 조작 된 인대는 7 명의 다른 기증자 (n = 3 남자, n = 4 여자)를 형성했다. 2 주 후에( A ) 최대 인장 하중, ( B ) 극한 인장 강도 (UTS), ( C ) 영률, ( D ) 단면적 (CSA), ( E ) 총 콜라겐 함량 구조, 및 ( F ) 건조 질량의 일부로서의 콜라겐. 자료는 평균 ± 표준 편차로 나타내었고 통계적으로 유의 한 것은 Student &#39;s t-test였다. *는 다른 그룹과 유의 한 차이가 있음을 나타냅니다 (p &lt;0.05). Lee et al. 25 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55339/55339fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55339/55339fig5.jpg" /> 그림 5. 엔지니어링 인대는 생체에 대한 반응으로 기계적 및 생화학 적 변화를 나타냅니다.진지한 개입. ( A ) 혈청은 피험자 (RestTx)와 운동 후 (ExTx)에서 채혈 한 혈액으로부터 분리하고 배양 2 주째에 조작 된 인대를 치료하는데 사용 하였다. ( B ) (i) 나머지 및 운동 혈청의 인슐린 유사 성장 인자 (IGF) -1 수준을 ELISA를 통해 정량화 하였다. ( C ) ExTx로 처리 한 인공 관절 인대는 (i) 콜라겐 함량이 증가하고 (ii) 최대 인장 하중이 향상됨을 보여주었습니다. 쌍 비교 (RestTx 및 ExTx)의 통계적 유의성을 유의 수준을 p &lt;0.05로 설정 한 t- 검정으로 분석 하였다. ( D ) (i) GH 및 (ii) IGF-1의 용량 - 반응은 ExTx로 인한 콜라겐 함량의 변화에 ​​대한 이들 요인의 가능한 공헌을 결정하는데 사용되었다. E) 2 차 생물학적 검정은 GH, RestTx 및 ExTx의 증가하는 투여 량이 (ⅰ) S6K Thr389 및 (ii) ERK1 / 2 Thr202 / Tyr204 . ANOVA와 Tukey &#39;s HSD를 사용하여 2 개 이상의 실험 그룹의 통계적 비교를 수행했습니다. 데이터는 평균 ± 표준 편차로 나타내었다. *는 대조군과 유의 한 차이가 있었고 (p &lt;0.05), §는 150 ng / mL 및 300 ng / mL IGF-1과 유의 한 차이가 있음을 나타냅니다. West et al. 1 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55339/55339fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Treatment of Ligament Constructs with Exercise-conditioned Serum: A Translational Tissue Engineering Model

우리는 3 차원 구조물이 인간의 운동 조절 혈청으로 처리되고 콜라겐 함량, 기능 및 세포 생화학을 분석 한 인대 조직 모델을 제시합니다.

운동 조건의 혈청을 이용한 인대 구조의 치료 : Translational Tissue Engineering Model

In vitro experiments are essential to understand biological mechanisms; however, the gap between monolayer tissue culture and human physiology is large, ...

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13.5K 조회수.  University of California, Davis.  우리는 3 차원 구조물이 인간의 운동 조절 혈청으로 처리되고 콜라겐 함량, 기능 및 세포 생화학을 분석 한 인대 조직 모델을 제시합니다. 

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Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim to use these principles to create tissues with predefined collagen architectures. A full understanding of the exact underlying processes of collagen remodeling to control the final tissue architecture, however, is lacking. In particular, little is known about the (re)orientation of collagen fibers in response to changes in tissue mechanical loading conditions. We developed an in&#160;vitro model system, consisting of biaxially-constrained myofibroblast-seeded fibrin constructs, to further elucidate collagen (re)orientation in response to i) reverting biaxial to uniaxial static loading conditions and ii) cyclic uniaxial loading of the biaxially-constrained constructs before and after a change in loading direction, with use of the Flexcell FX4000T loading device. Time-lapse confocal imaging is used to visualize collagen (re)orientation in a nondestructive manner.
Cell and collagen organization in the constructs can be visualized in real-time, and an internal reference system allows us to relocate cells and collagen structures for time-lapse analysis. Various aspects of the model system can be adjusted, like cell source or use of healthy and diseased cells. Additives can be used to further elucidate mechanisms underlying collagen remodeling, by for example adding MMPs or blocking integrins. Shape and size of the construct can be easily adapted to specific needs, resulting in a highly tunable model system to study cell and collagen (re)organization.

This model system starts from a myofibroblast-populated fibrin gel that can be used to study endogenous collagen (re)organization real-time in a nondestructive manner. The model system is very tunable, as it can be used with different cell sources, medium additives, and can be adapted easily to specific needs.

엔지니어링 섬유소 기반 조직의 면역 조직 및 제약 조건의 적용에서 생성하고 세포와 콜라겐 (재) 조직을 유도하는 스트레인

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim ...

연구

생체공학

Surgical Retrieval, Isolation and In vitro Expansion of Human Anterior Cruciate Ligament-derived Cells for Tissue Engineering Applications

Injury to the ACL is a commonly encountered problem in active individuals. Even partial tears of this intra-articular knee ligament lead to biomechanical deficiencies that impair function and stability. Current options for the treatment of partial ACL tears range from nonoperative, conservative management to multiple surgical options, such as: thermal modification, single-bundle repair, complete reconstruction, and reconstruction of the damaged portion of the native ligament. Few studies, if any, have demonstrated any single method for management to be consistently superior, and in many cases patients continue to demonstrate persistent instability and other comorbidities.
The goal of this study is to identify a potential cell source for utilization in the development of a tissue engineered patch that could be implemented in the repair of a partially torn ACL. A novel protocol was developed for the expansion of cells derived from patients undergoing ACL reconstruction. To isolate the cells, minced hACL tissue obtained during ACL reconstruction was digested in a Collagenase solution. Expansion was performed using DMEM/F12 medium supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin/streptomycin (P/S). The cells were then stored at -80 &#186;C or in liquid nitrogen in a freezing medium consisting of DMSO, FBS and the expansion medium. After thawing, the hACL derived cells were then seeded onto a tissue engineered scaffold, PLAGA (Poly lactic-co-glycolic acid) and control Tissue culture polystyrene (TCPS). After 7 days, SEM was performed to compare cellular adhesion to the PLAGA versus the control TCPS. Cellular morphology was evaluated using immunofluorescence staining. SEM (Scanning Electron Microscope) micrographs demonstrated that cells grew and adhered on both PLAGA and TCPS surfaces and were confluent over the entire surfaces by day 7. Immunofluorescence staining showed normal, non-stressed morphological patterns on both surfaces. This technique is promising for applications in ACL regeneration and reconstruction.

Surgical Retrieval, Isolation and In vitro Expansion of Human Anterior Cruciate Ligament-derived Cells for Tissue Engineering Applications

For future applications as a patch to repair partial tears of the Anterior Cruciate Ligament (ACL), human ACL derived cells were isolated from tissue obtained during reconstructive procedures, expanded in vitro and grown on tissue engineered scaffolds. Cellular adhesion and morphology was then performed to confirm biocompatibility on scaffold surface.

외과 검색, 분리 및<em&gt; 체외</em&gt; 조직 공학 응용 프로그램에 대한 인간의 전방 십자 인대에서 파생 된 세포의 확장

Injury to the ACL is a commonly encountered problem in active individuals. Even partial tears of this intra-articular knee ligament lead to biomechanical ...

Athymic Rat Model for Evaluation of Engineered Anterior Cruciate Ligament Grafts

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without intervention. Current treatment strategies include ligament reconstruction with either autograft or allograft, which each have their associated limitations. Thus, there is interest in designing a tissue-engineered graft for use in ACL reconstruction. We describe the fabrication of an electrospun polymer graft for use in ACL tissue engineering. This polycaprolactone graft is biocompatible, biodegradable, porous, and is comprised of aligned fibers. Because an animal model is necessary to evaluate such a graft, this paper describes an intra-articular athymic rat model of ACL reconstruction that can be used to evaluate engineered grafts, including those seeded with xenogeneic cells. Representative histology and biomechanical testing results at 16 weeks postoperatively are presented, with grafts tested immediately post-implantation and contralateral native ACLs serving as controls. The present study provides a reproducible animal model with which to evaluate tissue engineered ACL grafts, and demonstrates the potential of a regenerative medicine approach to treatment of ACL rupture.

Animal models are important tools for the evaluation of tissue-engineered grafts. This paper presents the protocol for preparing an electrospun biodegradable polymer graft for use in anterior cruciate ligament tissue engineering, as well as a surgical protocol for implantation in a rat model.

엔지니어링 전방 십자 인대 이식의 평가 흉선 쥐 모델

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. Collagen has been extensively used for a wide range of biomedical applications and is considered a valid alternative to synthetic materials due to its inherent biocompatibility (i.e., low antigenicity, inflammation, and cytotoxic responses). However, the limited mechanical properties and the related low hand-ability of collagen gels have hampered their use as scaffold materials for vascular tissue engineering. Therefore, the rationale behind this work was first to engineer cellularized collagen gels into a tubular-shaped geometry and second to enhance smooth muscle cells driven reorganization of collagen matrix to obtain tissues stiff enough to be handled.
The strategy described here is based on the direct assembling of collagen and smooth muscle cells (construct) in a 3D cylindrical geometry with the use of a molding technique. This process requires a maturation period, during which the constructs are cultured in a bioreactor under static conditions (without applied external dynamic mechanical constraints) for 1 or 2 weeks. The &#8220;static bioreactor&#8221; provides a monitored and controlled sterile environment (pH, temperature, gas exchange, nutrient supply and waste removal) to the constructs. During culture period, thickness measurements were performed to evaluate the cells-driven remodeling of the collagen matrix, and glucose consumption and lactate production rates were measured to monitor the cells metabolic activity. Finally, mechanical and viscoelastic properties were assessed for the resulting tubular constructs. To this end, specific protocols and a focused know-how (manipulation, gripping, working in hydrated environment, and so on) were developed to characterize the engineered tissues.

In this work, we present a technique for the rapid fabrication of living vascular tissues by direct culturing of collagen, smooth muscle cells and endothelial cells. In addition, a new protocol for the mechanical characterization of engineered vascular tissues is described.

혈관 조직 재생을위한 엔지니어링 3D Cellularized 콜라겐 젤

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

A Novel Tenorrhaphy Suture Technique with Tissue Engineered Collagen Graft to Repair Large Tendon Defects

Surgical management of large tendon defects with tendon grafts is challenging, as there are a finite number of sites where donors can be readily identified and used. Currently, this gap is filled with tendon auto-, allo-, xeno-, or artificial grafts, but clinical methods to secure them are not necessarily translatable to animals because of the scale. In order to evaluate new biomaterials or study a tendon graft made up of collagen type 1, we have developed a modified suture technique to help maintain the engineered tendon in alignment with the tendon ends. Mechanical properties of these grafts are inferior to the native tendon. To incorporate engineered tendon into clinically relevant models of loaded repair, a strategy was adopted to offload the tissue engineered tendon graft and allow for the maturation and integration of the engineered tendon in vivo until a mechanically sound neo-tendon was formed. We describe this technique using incorporation of the collagen type 1 tissue engineered tendon construct.

In this paper, we present an in vitro and in situ protocol to repair a tendon gap of up to 1.5 cm by filling it with engineered collagen graft. This was performed by developing a modified suture technique to take the mechanical load until the graft matures into the host tissue.

큰 힘줄 결함을 복구하는 조직 엔지니어링 콜라겐 이식과 새로운 테노르래피 봉합사 기술

Surgical management of large tendon defects with tendon grafts is challenging, as there are a finite number of sites where donors can be readily ...

Fibroblast Derived Human Engineered Connective Tissue for Screening Applications

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical stimuli. The current understanding of fibrotic processes, including cardiac fibrosis, remains poor, which hampers the development of new anti-fibrotic therapies. Controllable and reliable human model systems are crucial for a better understanding of fibrosis pathology. This is a highly reproducible and scalable protocol to generate engineered connective tissues (ECT) in a 48-well casting plate to facilitate studies of fibroblasts and the pathophysiology of fibrotic tissue in a 3-dimensional (3D) environment. ECT are generated around the poles with tunable stiffness, allowing for studies under a defined biomechanical load. Under the defined loading conditions, phenotypic adaptations controlled by cell-matrix interactions can be studied. Parallel testing is feasible in the 48-well format with the opportunity for the time-course analysis of multiple parameters, such as tissue compaction and contraction against the load. From these parameters, biomechanical properties such as tissue stiffness and elasticity can be studied.

Presented here is a protocol to generate engineered connective tissues for a parallel culture of 48 tissues in a multi-well plate with double poles, suitable for mechanistic studies, disease modeling, and screening applications. The protocol is compatible with fibroblasts from different organs and species and is exemplified here with human primary cardiac fibroblasts.

섬유아세포, 선별 애플리케이션을 위한 인간 공학형 결합 조직

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical ...

질병의 세포 상호 작용을 연구하기 위해 쥐 힘줄 집합체를 제작합니다.

Engineering Tendon Assembloids to Probe Cellular Crosstalk in Disease and Repair

Tendons enable locomotion by transferring muscle forces to bones. They rely on a tough tendon core comprising collagen fibers and stromal cell populations. This load-bearing core is encompassed, nourished, and repaired by a synovial-like tissue layer comprising the extrinsic tendon compartment. Despite this sophisticated design, tendon injuries are common, and clinical treatment still relies on physiotherapy and surgery. The limitations of available experimental model systems have slowed the development of novel disease-modifying treatments and relapse-preventing clinical regimes. 
In vivo human studies are limited to comparing healthy tendons to end-stage diseased or ruptured tissues sampled during repair surgery and do not allow the longitudinal study of the underlying tendon disease. In vivo animal models also present important limits regarding opaque physiological complexity, the ethical burden on the animals, and large economic costs associated with their use. Further, in vivo animal models are poorly suited to systematic probing of drugs and multicellular, multi-tissue interaction pathways. Simpler in vitro model systems have also fallen short. One major reason is a failure to adequately replicate the three-dimensional mechanical loading necessary to meaningfully study tendon cells and their function. 
The new 3D model system presented here alleviates some of these issues by exploiting murine tail tendon core explants. Importantly, these explants are easily accessible in large numbers from a single mouse, retain 3D in situ loading patterns at the cellular level, and feature an in vivo-like extracellular matrix. In this protocol, step-by-step instructions are given on how to augment tendon core explants with collagen hydrogels laden with muscle-derived endothelial cells, tendon-derived fibroblasts, and bone marrow-derived macrophages to substitute disease- and injury-activated cell populations within the extrinsic tendon compartment. It is demonstrated how the resulting tendon assembloids can be challenged mechanically or through defined microenvironmental stimuli to investigate emerging multicellular crosstalk during disease and injury.

저자 스포트라이트: 세포 메커니즘을 이해하기 위한 마우스 조립체를 개발하여 힘줄 연구 발전

Here, we present an assembloid model system to mimic tendon cellular crosstalk between the load-bearing tendon core tissue and an extrinsic compartment containing cell populations activated by disease and injury. As an important use case, we demonstrate how the system can be deployed to probe disease-relevant activation of extrinsic endothelial cells.

질병 및 복구에서 세포 누화를 조사하기 위한 힘줄 집합체 엔지니어링

Tendons enable locomotion by transferring muscle forces to bones. They rely on a tough tendon core comprising collagen fibers and stromal cell ...

힘줄 연구 및 엔지니어링을 위한 3단계 오가노이드 모델

Demonstration of Self-Assembled Cell Sheet Culture and Manual Generation of a 3D Tendon/Ligament-Like Organoid by using Human Dermal Fibroblasts

Tendons and ligaments (T/L) are strong hierarchically organized structures uniting&#160;the&#160;musculoskeletal system. These tissues have a strictly arranged collagen type&#160;I-rich extracellular matrix (ECM) and T/L-lineage cells mainly positioned in parallel rows. After injury, T/L require a long time for rehabilitation with high failure risk and often unsatisfactory repair outcomes. Despite recent advancements in T/L biology research, one of the remaining challenges is that the T/L field still lacks a standardized differentiation protocol that is able to recapitulate T/L formation process in vitro. For example, bone and fat differentiation of mesenchymal precursor cells require just standard two-dimensional (2D) cell culture and the addition of specific stimulation media. For differentiation to cartilage, three-dimensional (3D) pellet culture and supplementation of TGF&#223; is necessary. However, cell differentiation to tendon needs a very orderly 3D culture model, which ideally should also be subjectable to dynamic mechanical stimulation. We have established a 3-step (expansion, stimulation, and maturation) organoid model to form a 3D rod-like structure out of a self-assembled cell sheet, which delivers a natural microenvironment with its own ECM, autocrine, and paracrine factors. These rod-like organoids have a multi-layered cellular architecture within rich ECM and can be handled quite easily for exposure to static mechanical strain. Here, we demonstrated the 3-step protocol by using commercially available dermal fibroblasts. We could show that this cell type forms robust and ECM-abundant organoids. The described procedure can be further optimized in terms of culture media and optimized toward dynamic axial mechanical stimulation. In the same way, alternative cell sources can be tested for their potential to form T/L organoids and thus undergo T/L differentiation. In sum, the established 3D T/L organoid approach can be used as a model for tendon basic research and even for scaffold-free T/L engineering.

저자 스포트라이트: 3D 오가노이드 모델을 통한 힘줄 조직 공학의 발전

Herein, we demonstrate a three-step organoid model (two-dimensional [2D] expansion, 2D stimulation, three-dimensional [3D] maturation) offering a promising tool for tendon fundamental research and a potential scaffold-free method for tendon tissue engineering.

Human Dermal Fibroblast를 이용한 Self-Assembled Cell Sheet Culture 및 3D Tendon/Ligament-like Organoid의 수동 생성 시연

Tendons and ligaments (T/L) are strong hierarchically organized structures uniting&#160;the&#160;musculoskeletal system. These tissues have a strictly ...

운동 조건의 혈청을 이용한 인대 구조의 치료 : Translational Tissue Engineering Model

요약

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질병 및 복구에서 세포 누화를 조사하기 위한 힘줄 집합체 엔지니어링

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