Os autores são gratos a Shad Schipke Chesser e Daniel para a sua assistência com o design e fabricação do sistema e Myles Valtresa de assistência com a preparação do manuscrito.

1. Colheita e Preparação dos tecidos <ol><li> Valva aórtica devem ser coletadas de suínos adultos pesando não mais de £ 120 imediatamente após a morte. </li><li> Lavar as válvulas duas vezes com solução salina tamponada estéril de fosfato (PBS) e transporte para o laboratório em gelo. </li><li> Todas as etapas subseqüentes devem ser realizados em condições estéreis. </li><li> Assegurar que os folhetos não mostram qualquer sinal de degeneração, rasgar ou calcificação. Remover folhetos a partir da raiz da aorta, cortando 1 / 3 da distância entre o anel. </li><li> Folhetos lugar em poços individuais de uma placa de seis poços e incubar durante a noite com média de 3 ml de Dulbecco Modificado Águia suplementado com 1% de solução anti-biotic/anti-mycotic e 10% de soro fetal bovino a 37 ° C e 5% de CO 2. </li><li> Como alternativa, células isoladas podem ser semeados em placas de seis cultura e bem utilizada no dispositivo de pressão. Isolamento de células endoteliais e válvula de células intersticiais podem ser realizados conforme descrito anteriormente 13, 14. </li></ol> 2. Estudos pressão <ol><li> Um sistema de pressão feito por encomenda foi projetado para estudar os efeitos de pressão cíclica mechanobiological em tecido de válvula aórtica 15. </li><li> Faça logon no computador e abra o programa LabVIEW (Figura 1). </li><li> Calibração: <ol><li> Antes da experimentação, o sistema deve estar devidamente calibrado. </li><li> Ligue o fornecimento de energia para a placa de circuito. Esta fornece energia para as válvulas solenóides que controlam o fluxo de ar para dentro e para fora da câmara. </li><li> Verifique se o ar comprimido é conectado ao sistema e abrir o suprimento de ar à velocidade total. </li><li> Ligar o amplificador de sinal. Certifique-se a leitura da tensão é de 0,00. Ajustar conforme necessário </li><li> A interface LabVIEW tem um interruptor marcado &quot;TEST / RECORD&quot;. Verifique se a chave é definido como &quot;TEST&quot;. Clique no botão &quot;Air Supply&quot; para abrir a válvula solenóide de entrada. </li><li> Usando o regulador de pressão de gás, pressurizar a câmara com ar comprimido a um PSI. A pressão na câmara pode ser lido através do indicador de pressão digital localizado na parte traseira de placa terminal da câmara. Uma vez que a pressão tem equilibrado, gravar a leitura da tensão do amplificador de sinal. Repita o procedimento para PSI 2, 3, 4 e 5. </li><li> Construir uma curva de calibração de pressão versus tensão. A pressão deve ser convertido de PSI para mmHg. A equação do gráfico pode ser colocado no código do programa LabVIEW </li></ol></li><li> Remova a placa frontal de alumínio da câmara de pressão e pulverizar a câmara com etanol 70%. Deixe por um mínimo de 10 minutos para permitir que vapores de etanol residual a se dissipar. </li><li> Coloque a placa de seis poços contendo as amostras de folheto para a câmara e substituir a placa dianteira. Garantir a vedação é hermética, apertando as porcas localizados nas quatro hastes rosqueadas (localizado em cada canto da placa de final) com a mão. Coloque a câmara de pressão nos 37 ° C incubadora. Um diagrama esquemático da câmara de pressão é mostrado na figura 2. </li><li> A interface irá solicitar ao usuário para fornecer a quantidade de tempo que o sistema de ciclos entre entrada de ar comprimido e de saída. Estes devem ser definidos para 0.6s e 0.4s para imitar as condições diastólica e sistólica, respectivamente, a uma freqüência de 1Hz. O usuário também deve inserir um caminho de arquivo de dados. </li><li> No LabVIEW, clique em Executar e mudar o &quot;TEST / RECORD&quot; alternar para &quot;RECORD&quot;. </li><li> Certifique-se que a pressão está no nível desejado usando o gráfico na interface do LabVIEW. Pressão pode ser ajustado com o regulador de pressão de gás. </li><li> Executar o programa de período de tempo desejado. </li><li> Uma vez que a experiência é completa, clique no botão parar em LabVIEW, desligue a alimentação de ar e abrir a válvula de escape na câmara de pressão. </li><li> Remova a placa frontal da câmara e recuperar amostras de seis bem placa contendo. Amostras podem agora ser analisados ​​para a expressão do gene, a expressão da proteína, histologia, propriedades mecânicas, etc </li></ol> 3. Resultados representativos: O sistema de pressão é capaz de simular as pressões máxima transvalvar observado sob normotensos, estágios I e II condições hipertensos. No entanto, a pressão não foi capaz de imitar o gradiente de pressão sistólica, que é essencialmente zero in vivo. Freqüência é mantida em 1Hz, com um tempo de entrada de ar 0.6s e um tempo de escape de 0.4s. Pressão representante formas de onda de condições normais de pressão e elevada obtidos a partir do sistema pode ser visto na figura 3. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1: Captura de tela da interface do LabVIEW. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2: Desenho esquemático da câmara de pressão de vista Isometric A. da câmara de pressão; B. Vista lateral da câmara de pressão;C. Vista superior da câmara de pressão. <img src="/files/ftp_upload/3316/3316fig3.jpg" alt="Figura 3"/> Figura 3: Gráfico de simulação de pressão dentro da câmara de pressão (A) normotensos, (B) Fase I hipertensos, e (C) Estágio II condições hipertensos.

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Não há conflitos de interesse declarados.

O sistema de pressão com sucesso expostos folhetos da válvula aórtica a pressões cíclicas que eram representativas de pressão transvalvar diastólica. No entanto, não foi capaz de imitar a pressão sistólica transvalvar, como a única pressão caiu para 40 mmHg. Pressão transvalvar é a diferença entre a pressão na aorta ascendente e do ventrículo esquerdo. Durante a diástole, quando a válvula é fechada, a diferença de pressão é 80mmHg em condições normotensos e 90 mmHg e 100 mmHg na fase I e hipertensão estágio II, respectivamente. Durante a sístole, quando a válvula está aberta, a diferença de pressão entre o ventrículo esquerdo ea aorta ascendente é zero. As alterações celulares que ocorrem na doença da válvula aórtica são acreditados para ser associado com a pressão diastólica elevada e, portanto, o fato de a pressão não caiu a zero pode não ser uma grande preocupação. Isto é baseado no pressuposto de que é magnitude de pressão e amplitude de pressão que não é a força motriz por trás das respostas biológicas. Reduzir a pressão de 100 mmHg a 0 mmHg requer 1,20 ± 0.04s, relatou a partir de análise de dados de 20 ciclos de pressão. Como a quantidade de tempo que a válvula aórtica está fechada é de aproximadamente 2 / 3 do ciclo cardíaco, o fluxo de ar na câmara de pressão exigiria 2.4s para criar o mesmo equilíbrio de abertura da válvula e fechando com experiência em condições fisiológicas. Como resultado, uma freqüência de 0,28 Hz seria usado para testar os efeitos de ambas as pressões sistólica e diastólica níveis de pressão transvalvar aórtica em mechanobiology válvula. No entanto, se ambas as pressões sistólica e diastólica transvalvar devem ser simulados em uma freqüência de 1 Hz fisiológicas, uma bomba de vácuo e reservatório poderia ser instalado a válvula solenóide de escape. A bomba de vácuo pode ser configurado para remover uma quantidade fixa de pressão por isso, quando a válvula de escape se abre, a quantidade de ar necessário para reduzir completamente a pressão do nível de pressão de ajuste seriam atraídos para o reservatório de vácuo. A remoção da pressão criaria um ambiente mmHg 0, sinônimo de pressão sistólica transvalvar. Inversamente, quando a válvula de escape fecha, o vácuo não afetarão mais a câmara e permita que a pressão aumente via ar pressurizado. Além de usar uma bomba de vácuo para mais perto imitar as condições fisiológicas, uma válvula de escape com um diâmetro maior pode ser usado para descartar a pressão dentro do biorreator mais rapidamente. Atualmente, a 3 / 8 &quot;de diâmetro válvula solenóide de escape tem uma vazão de 3,3 litros por minuto (a 60 ° F gravidade específica de 1) e que, uma válvula de escape com um diâmetro de 2&quot; tem uma vazão de 28,0 litros por minuto. Uma válvula de solenóide de maior diâmetro é mais rentável do que usar uma bomba de vácuo, no entanto, pode não ser capaz de queda de pressão completamente a zero dentro da faixa fisiológica e deve ser investigada. Alternativamente, válvulas solenóides várias desencadeada pelo circuito de controle mesmo que se abrem simultaneamente poderiam ser acrescentados, assim, &quot;processamento paralelo&quot; saída do gás. O sistema pode ser operado de forma contínua utilizando in-house de ar comprimido. Estudos anteriores demonstraram que alterações agudas no gene e expressão da proteína pode ocorrer dentro de duas horas 16, 17. No entanto, esta duração não pode ser suficiente para estudar a expressão do gene / proteína transitória ou mudanças no fenótipo celular, como resultado do estresse mecânico. A desvantagem de usar o ar comprimido é que o gás não contém 5% de CO 2, o que é importante para controlar o pH do meio de cultura. Isso pode ser superado pela adição de tampão HEPES ao meio. Além disso, as células produzem CO 2 como um produto de resíduos metabólicos. Secreção de CO 2 a partir do tecido também irá evitar que o meio se tornar básica. Além de testar as válvulas aórtica em pressões diferentes, pode ser prudente para estudar os efeitos de diferentes freqüências também. Por exemplo, os efeitos das alterações na freqüência cardíaca antes, durante e depois da cirurgia poderiam elucidar mudanças na expressão de proteínas dentro da válvula. Arritmias pós-operatórias ocorrem em até 20% dos pacientes 18-21. O programa LabVIEW usado para este sistema permite ao usuário escolher a duração do tempo do ar entra e sai da câmara e, portanto, a freqüência do ciclo pode ser facilmente ajustado. O dispositivo permite uma freqüência máxima de 1,5 Hz (90bpm), devido à quantidade de tempo necessário para esgotar a pressão da câmara. Como visto na Figura 3, uma diminuição da pressão maior ocorreu na primeira 0.2s após a ativação da válvula de escape, então, gradualmente, se recusou a pressão residual para a 0.2s restante do escape. A queda de pressão média no 0.2s inicial de escape foi de 45,8 ± 0.34mmHg, medido mais de 20 ciclos de pressão. Dado que os testes de condições Stage II hipertensos requer apenas a pressão de ciclagem entre pelo menos 6-10 mmHg, a freqüência de 1,5 Hz permite 0.22s de escape, que é tim amplae à queda de 40 mmHg de pressão. Se uma bomba de vácuo está ligado à válvula de escape, poderia facilitar uma rápida queda de pressão e teste permitiria maior freqüência. A frequência mínima do biorreator não se limita, no entanto, porque o regulador de pressão poderia permitir fluxo lento de ar ea válvula de escape teria tempo suficiente para a queda de pressão dentro do reator. Em conclusão, um sistema de cultura estéril, foi construído para permitir o estudo ex vivo de suínos mechanobiology válvula aórtica do coração. A pressão dentro do biorreator ciclo entre os níveis de pressão diastólica transvalvar de condições fisiológicas e patológicas. Para atender aos requisitos do sistema, o biorreator foi compacto e poderia, portanto, ser contido dentro de uma incubadora umidificada para manter a temperatura do tecido, a 37 ° C. Além disso, a magnitude da pressão e freqüência foram controlados de forma independente, permitindo uma ampla gama de condições a serem estudados.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nome do reagente </th><th> Companhia </th><th> Número de catálogo </th><th> Comentários (opcional) </th></tr><tr><td> DMEM </td><td> Sigma </td><td> D5671 </td><td></td></tr><tr><td> PBS Dulbecco </td><td> Sigma </td><td> D5652 </td><td></td></tr><tr><td> Solução Anti-mycotic/antibiotic </td><td> Sigma </td><td> A5955 </td><td></td></tr><tr><td> Soro fetal bovino </td><td> ThermoScientific </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> Viton solenóide válvulas de diafragma </td><td> McMaster Carr </td><td> 4868K11 </td><td></td></tr><tr><td> Transdutor de pressão </td><td> Omega Engineering, Inc. </td><td> PX302-200GV </td><td></td></tr><tr><td> Condicionador de célula de carga </td><td> Encore Electronics, Inc. </td><td> 4025-101 </td><td></td></tr><tr><td> Módulo de Aquisição de Dados (DAQ) </td><td> Computing medição </td><td> PMD1608 </td><td></td></tr></tbody></table>

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

A valva aórtica, localizada entre o ventrículo esquerdo ea aorta, permite um fluxo unidirecional do sangue, impedindo o refluxo para o ventrículo. Folhetos da válvula aórtica são compostas de células intersticiais suspenso dentro de uma matriz extracelular (ECM) e são revestidas com uma monocamada de células endoteliais. A válvula resiste a um ambiente adverso e dinâmico e está constantemente exposto ao cisalhamento, flexão, tensão e compressão. A pesquisa mostrou lesões calcificadas em válvulas doentes ocorrer em áreas de alta resistência mecânica, como resultado do rompimento ou dano endotelial matriz intersticial 1-3. Por isso, não é surpreendente que estudos epidemiológicos têm demonstrado a pressão arterial elevada ser um factor de risco mais importante no aparecimento da doença da válvula aórtica 4. A única opção de tratamento atualmente disponíveis para a doença da válvula é a substituição cirúrgica da valva doente com uma válvula de prótese biológica ou mecânica 5. Melhor compreensão da biologia da válvula em resposta ao stress físico ajudaria a elucidar os mecanismos de patogênese da válvula. Por sua vez, isso poderia ajudar no desenvolvimento de terapias não invasivas, como a intervenção farmacêutica ou de prevenção. Biorreatores várias tenham sido previamente desenvolvidos para estudar a mechanobiology de válvulas cardíacas nativas ou engenharia 6-9. Biorreatores pulsátil também têm sido desenvolvidos para estudar uma variedade de tecidos, incluindo cartilagens 10, 11 e osso da bexiga 12. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de pressão cíclica que poderia ser usado para elucidar a resposta biológica de folhetos da válvula aórtica a cargas de maior pressão. O sistema consistia de uma câmara de acrílico para colocar as amostras e produzir pressão cíclica, válvulas de diafragma viton solenóide para controlar o tempo do ciclo de pressão, e um computador para controle de dispositivos elétricos. A pressão foi monitorada através de um transdutor de pressão, eo sinal foi condicionado usando um condicionador de célula de carga. Um programa LabVIEW regulamentou a pressão utilizando um dispositivo analógico para bombear o ar comprimido para o sistema a uma taxa apropriada. O sistema imitou a dinâmica dos níveis de pressão transvalvar associado com a válvula aórtica, uma onda dente de serra produziu um aumento gradual na pressão, típico do gradiente de pressão transvalvar que está presente através da válvula durante a diástole, seguido por uma acentuada queda de pressão mostrando abertura da válvula em sístole. O programa permitiu que os usuários LabVIEW para controlar a magnitude ea freqüência de pressão cíclica. O sistema foi capaz de submeter amostras de tecido para condições de pressão fisiológicos e patológicos. Este dispositivo pode ser usado para aumentar a nossa compreensão de como válvulas cardíacas responder às mudanças no ambiente local mecânica.

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

Um biorreator pressão cíclica capaz de submeter o tecido de válvula cardíaca em condições de pressão fisiológicos e patológicos tem sido projetado. Um programa LabVIEW permite aos usuários controlar a pressão magnitude amplitude e frequência. Este dispositivo pode ser usado para estudar a mechanobiology do tecido cardíaco válvula ou células isoladas.

Projeto de um biorreator de pressão cíclica para o Ex Vivo Estudo de válvulas cardíacas Aórtica

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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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.

Paciente específico Modelagem do Coração: Estimativa de Orientações de fibra ventriculares

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

Bioengenharia

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.

Projeto de um biorreator Carregando Mecânica Biaxial para Engenharia de Tecidos

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.

Funcionamento de um biorreator de bancada

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.

Caracterização de Sistemas Complexos Usando o Projeto de Experimentos Abordagem: Transient Protein Expression em tabaco como um Estudo 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.

Preparação de 3D colágeno Géis e microcanais para o estudo das interações 3D<em&gt; In 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 de coração Neonatal anatomicamente realista para uso em 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.

Microscopia de fluorescência de luz-folha para o estudo do coração 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.

Um novo modelo Ex Vivo para a avaliação de desempenho de Material de injeção submucosa 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.

Biaxial caracterizações mecânicas das válvulas cardíacas Atrioventricular

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.

Bioreator guiado por imagem para geração de tecido das vias aéreas bioengenharia

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