Estímulos biofísicos têm sido usados para estimular a dinâmica celular e molecular em diferentes tecidos. Alguns estudos avaliaram o impacto dos campos elétricos e magnéticos em diferentes tipos de células, como condrócitos, osteoblastos e fibroblastos, implantes teciduais e andaimes. Embora diferentes dispositivos estimulantes tenham sido desenvolvidos sob as características específicas para estimular tecidos biológicos, é necessário confirmar dispositivos elétricos e magnéticos nos quais a tensão e a frequência poderiam ser variadas para estimular uma ampla gama de amostras biológicas.
A simulação computacional para verificar a distribuição do campo elétrico foi realizada na COMSOL Multifísica. Aqui, uma configuração axisymetric foi utilizada para simular o sistema capacitivo que é composto por dois eletrodos paralelos, o ar, nossa placa de cultura, a mídia cultural, e a amostra biológica, que neste caso, foi representada por um andaime. As propriedades materiais de cada elemento foram a condutividade elétrica e a relativa permissão.
A tensão aplicada foi fixada em 100 volts, enquanto a frequência foi fixada em 60 kilohertz sine Wien para. Após a introdução de todos os parâmetros, o modelo é calculado para observar a distribuição do campo elétrico em todas as superfícies. Para observar de forma mais detalhada a distribuição do campo elétrico, é possível conectar o campo elétrico no sistema completo, dentro do andaime, na mídia cultural, no ar, e dentro da placa do poço cultural e fora dos eletrodos.
O circuito vai gerar os campos elétricos, é baseado no oscilador de wien da ponte. Esta é uma sequência RCnonthian de chip facial que usa feedback positivo e negativo. O oscilador de wien da ponte é composto por uma rede de laboratório iluminada que é uma tensão reativa dividida na qual a tensão de entrada é dividida pela combinação entre R5 e C2 em série e pela combinação entre R6 e C3 em paralelo.
Para calcular a frequência, usamos uma equação de frequência ressonante onde F Sub-Zero é a frequência R igual a R5 igual a R6 são os resistores e C igual a C2 e C3 são os capacitores. Este circuito é projetado para que a tensão resistiva dividida aumente quando a saída que aumenta em amplitude e a tensão resistiva dividida diminua quando a tensão de saída diminui em amplitude. Assim, o ganho de tensão do amplificador começa automaticamente as mudanças de amplitude do sinal de saída.
Em seguida, uma combinação de resistores foi calculada para gerar as quatro tensões superiores. Finalmente, um estágio de retificação de sinal foi implementado antes para amplificar o sinal com o transformador. Uma vez simulado o circuito, a placa de circuito pintada foi fabricada como resultado o sinal sinusoidal final gerado pelo oscilador é enredo.
Uma vez que o circuito é simulado o próximo passo é construir o oscilador da ponte de wien em uma prancha aqui, podemos testar as quatro tensões de saída e a frequência que está gerando o circuito. Então fabricamos em uma placa de circuito impresso o oscilador que fizemos para o formato Reed Curtis e os resisters que usamos para as tensões que o oscilador gera. E finalmente temos aqui a montagem final para os indicadores do circuito.
O primeiro passo para testar o dispositivo estimulador elétrico é verificar a tensão de saída da fonte de alimentação para isso, ajustar a fonte de alimentação em paralelo e medir a tensão de saída de 12 e 12 volts entre o solo e os terminais positivos e negativos. Uma vez verificada a tensão de saída, podemos continuar a conectar cada saída da fonte de alimentação na entrada atual do dispositivo estimulador elétrico. O cabo branco é o chão.
O cabo preto é a tensão negativa. E o cabo vermelho é a tensão positiva. Para testar o sinal de saída que está gerando o dispositivo estimulador elétrico, localizamos uma placa de poço de cultura no meio dos eletrodos.
Depois disso, conectamos as tensões de saída geradas pelo dispositivo estimulador elétrico a cada placa paralela. Dado que estamos trabalhando em corrente alternada não há uma ordem estrita de conectar a tensão de saída do oscilador aos terminais da placa paralela. Para verificar o sinal de saída usamos um Osciloscópio, que está conectado diretamente a cada eletrodo.
Quando o C nove é capturado pelo Osciloscópio modificamos a amplitude e o período do sinal para observar a onda completamente. Nesta etapa, é possível verificar as quatro tensões geradas pelo dispositivo estimulador elétrico. 50 volts, 100 volts, 150 volts e 200 volts a 60 quilos hertz, fórum de vento sine.
Semelhante aos campos elétricos, foi implementada uma simulação computacional para verificar a distribuição do campo magnético. Uma configuração axisymétrica foi usada para simular a bobina que é composta pelo fio cooper e ar. Aqui, foram consideradas diferentes propriedades materiais e a frequência aplicada foi fixada em 60 Hertz.
Após a introdução de todos os parâmetros, o modelo foi calculado para observar a distribuição do campo magnético. Finalmente, foi realizado um diagrama para observar como o campo magnético é distribuído de forma homogênea no centro da bobina. A equação de campo solenoide, derivada da Lei de Ampere foi usada para calcular o campo magnético onde está a permeabilidade magnética do vácuo N'é o número de voltas do fio Cooper.
Eu sou a corrente e h'que deve ser classificado em seu diâmetro, é o comprimento da bobina. Os valores desses parâmetros foram escolhidos para estimar um campo magnético de dois milímetros. O circuito para gerar os campos magnéticos foi simulado computacionalmente.
Aqui, o transformador está conectado diretamente à tomada. Um resistor variável foi usado para esarcoar a corrente e gerar os campos magnéticos de 1 milímetro de comprimento. Um fusível foi conectado para proteger o circuito.
Uma vez realizados os cálculos, o suporte de metacrilato de polimetila e a bobina foram construídos Após a realização da simulação, fabricamos um dispositivo especial para garantir que as placas de Petri serão localizadas no meio do dispositivo de estimulação. Depois disso, fabricamos uma moeda com 450 giros de arame cooper em um tubo de PVC que vai ser localizado no meio da cultura para garantir um campo magnético homogêneo no meio da bobina. Depois disso, fabricamos um transformador com uma saída de seis Volts e um Ampere para energizar o circuito.
Para testar o dispositivo simulador magnético, medimos a corrente que a bobina está gerando. Esta medida é realizada conectando o multimetro em série com a bobina. Uma vez verificado que a corrente é de cerca de um Ampere, o transformador está conectado à bobina para fechar o circuito.
Depois disso, o osciloscópio é conectado às saídas da bobina, a fim de verificar o sinal seno a 60 Hertz que é gerado pela estimulação magnética. Quando as culturas celulares estão sendo estimuladas eletricamente é relevante manter as condições estéreis quando as mudanças na mídia cultural são realizadas nas amostras biológicas, por isso é necessário introduzir os eleitores na cabine. Uma vez que a mídia cultural mudou a placa de cultura bem está localizada acima do eletrodo.
Para devolver as culturas celulares à incubadora, o eletrodo inferior está localizado sobre uma superfície estável para colocar o eletrodo superior no topo da cultura celular. Em seguida, os cabos de saída do dispositivo simulador elétrico são conectados ao terminus de cada eletrodo. Finalmente, os eleitores são cuidadosamente localizados na incubadora para iniciar a estimulação elétrica.
Condições estéreis semelhantes são consideradas quando a mídia cultural é alterada para as amostras biológicas que estão sendo estimuladas magneticamente. Aqui, placas de Petri de 35 milímetros são usadas para cultivar células, explantes ou andaimes. Uma vez que a mídia cultural é alterada, as culturas celulares precisam ser localizadas no suporte de polimetilmetatocrila.
Aqui cada placa de Petri está localizada uma acima da outra. Depois disso, a bobina é cuidadosamente localizada sobre o suporte para cobrir as culturas celulares. Finalmente, o dispositivo estimulador magnético está localizado na incubadora para iniciar a estimulação magnética.
Como você pode ver, o dispositivo estimulador elétrico foi testado para estimular condrócitos e osteoblastos. Aqui, avaliamos a proliferação e a síntese molecular. O estimulador elétrico também foi testado para estimular a condroepifise, explanta para avaliar as mudanças morfológicas na placa de crescimento.
Além disso, a cultura, as células STEM mesenquimais em ácido urônico e hidrânis de gelatina foram estimuladas eletricamente para avaliar o potencial de diferenciação condrogênica. Por outro lado, seu dispositivo estimulador magnético foi testado para estimular conrócitos para avaliar tanto a proliferação quanto a síntese molecular. Os dispositivos que desenvolvemos, neste estudo evitam problemas de compatibilidade, contam com os eletrodos quando estão em contato direto com o material biológico.
Além disso, esses tipos de dispositivos representam uma vantagem porque evitam as mudanças no pH e a redução dos níveis de gel de cultura molecular. Tensão e frequências são variáveis importantes a serem consideradas no momento de estimular tecidos biológicos. Por um lado, tem sido evidenciado que a dinâmica celular como migração, proliferação, expressão genética entre outros, depende da aptidão da tensão aplicada.
Por outro lado, foi comprovado que frequências baixas e altas têm um efeito sobre as células especialmente na abertura e fechamento dos canais de membrana celular, que desencadeiam diferentes vias de sinal em níveis extra e intracelular. No geral, este dispositivo semelhante pode ser extrapolado para ambientes clínicos para melhorar terapias regenerativas, como a implantação alternativa celular. Esse tipo de tratamento combina técnicas in vitro e in vivo para regeneração tecidual.
Aqui, os estimuladores elétricos e magnéticos poderiam desempenhar um papel fundamental na estimulação de materiais biológicos, melhorando as características celulares e moleculares das células, tecidos e andaimes antes de serem implantados no paciente.
