Cellscale BioTester双轴拉伸机细胞化组织缩回

时间：2022-08-30 阅读：1469

摘要

最近对去细胞化组织工程心脏瓣膜（DTEHVs）的研究表明，随着时间的推移，宿主细胞再造迅速，瓣膜功能不全随时间推移而增加，与小叶缩短有关。使用计算模拟发现了对这一结果的可能解释，该模拟揭示了在承受生理压力条件时原始瓣膜几何形状中的径向小叶压缩。因此，建议改进几何形状，使径向小叶延伸能够抵消宿主细胞介导的缩回。在这项研究中，我们提出了一种解决方案，通过在培养过程中使用约束生物反应器插入物来施加这种新几何形状。基于人类细胞的DTEHV（n = 5）就是这样产生的，导致扩大的凝血面积和深刻的腹部弯曲。细胞外基质分布均匀，在凝聚区具有圆周胶原排列和整体组织各向异性。基于体外功能实验，这些DTEHV在生理性肺条件下表现出称职的流体动力学功能，并且具有抗疲劳性，在体内模拟中具有长达16周的稳定功能。基于实施的机械数据，我们的计算模型显示，通过获得的几何调整，桡骨组织压迫显著降低。因此，这些改进的DTEHV预计不易发生宿主细胞介导的小叶缩回，并且在植入后仍将保持能力。

生物力学分析

使用双轴拉伸试验机（BioTester，5 N称重传感器;CellScale，滑铁卢，加拿大）与LabJoy软件（V8.01，CellScale）结合使用。两个方形样品（36 mm2每个）每个瓣膜都对称地从腹部区域切开。使用电子卡尺（CD-15CPX，日本三丰）在3个随机位置测量样品厚度并取平均值。样品在径向和圆周方向上均等侧拉伸至20%的应变，应变率为每分钟*。拉伸后，样品以每分钟*的应变率恢复到0%应变，然后静置54 s。在测量最终应力之前，样品用其中的5个循环进行预处理。在径向和圆周方向上通过每个单独的数据集拟合了高阶多项式曲线。组织的刚度由切线模量表示，并定义为在20%应变下与拟合多项式曲线的切线。

生物力学性质

控制阀的平均拉伸曲线显示，在径向方向上，柯西应力范围在径向200-300 kPa之间，在20%应变下在圆周方向上在300-400 kPa之间（图6a），表明组织各向异性。从所有阀门的平均等双轴拉伸试验中，与径向（p = 0.035）相比，圆周方向的切线模量显着高于径向（p = 0.035），分别为3.59±0.95和2.47±20%应变时为0.74 MPa（图6b）。

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BioTester

专为生物材料而打造的一套设备齐全的双轴测试系统

由于其定向取向的微观结构，双轴测试对于理解生物材料的机械性能而言是至关重要的。BioTester系统的设计使双轴测试变得简单，使用户可以专注于结果而不是测试本身。BioTester弹性模量力学试验机

主要优势

4个高性能的执行机构，带有直列加载传感器
使用基于图像应变测量工具的高分辨率CCD成像
包括BioRakes在内的多种附着选项，可快速可靠地安装样品
集成温控介质浴
功能齐全的用户界面软件，可进行实时反馈的简单、循环、松弛和多模式测试

试样和安装

BioRake样品安装系统使用了CellScale技术的附着软组织和生物材料的方法。

每根尖齿都经过电化学锐化，可以轻松刺穿最硬和最脆弱的组织样本。每套都地连接到一个共同的基座，可以同时刺穿所有20个连接点。磁力安装的BioRakes便于清洁或更换，可以实现BioRake、平衡滑轮和夹具安装系统之间的轻松转换。

进行测试时，使用手动升降机构将样本定位并升高到位，并施加压力以将钩子插入组织中。样品因此可以在几秒钟内安装好并做好分析准备。安装一气呵成、准确易操作。

BioRakes的齿间距从0.7毫米到2.2毫米不等，以适应从3到15毫米大小的标本。

平衡滑轮样品安装系统提供了CellScale在双轴测试过程中确保零剪切应力的附着方法。

两个双端定制缝合钩被用来在样品的每一侧上创建4个附着点。两级不锈钢滑轮机构确保在测试过程中每根缝线保持相同的张力。

滑轮机构采用磁性安装方式，便于拆卸清洁，并使BioRake、平衡滑轮和夹具安装系统之间轻松过渡。

夹具样品安装系统提供了CellScale失败测试的附着方法。

使用十字形试样可以让比基础材料更弱的附着位置远离试样的测量区域移动。夹具让样品可以很容易地加载并且牢固地就位。

不锈钢夹紧机构安装在与其他附着系统相同的支架上，以便在BioRake、平衡滑轮和夹具安装系统之间快速简单的转换。

还可以进行定制夹具设计，以适应您的组织对夹紧力和夹紧表面的要求。

软件

BioTester的设置、操作和数据收集软件模块让标准或定制测试规程的执行变得容易。

测试参数（如位移量、持续时间和数据/图像采集速率）以表格格式，以便快速访问和修改。位移和受力测试都可以针对每个轴独立。一旦建立了协议，就可以使用模板系统快速重新加载所需的测试参数。

软件界面在测试设置期间向用户提供实时成像和当前的力、位置和温度的信息。在测试运行时，软件提供实时结果图形和实时视频馈送，以方便用户监视测试进度。BioTester弹性模量力学试验机

如果询问使用我们设备的用户，他们会很快告诉您这个软件包是多么的直观和有用。

双轴测试的很大一部分是理解和解释收集到的数据。

BioTester包含一个图像分析软件模块，可用于查看和分析测试图像，提供有价值的定量和定性信息。该模块可以用来导出用于演示目的.avi视频或带有数据叠加层的图像。

BioTester包含一个高分辨率的相机，在测试过程中可以很好地观察样品。所收集的图像（按用户输入的频率）自动和力位移数据进行时间关联，以便软件模块可以将所有的测试信息供用户选用。

软件模块的图像跟踪功能可以快速轻松地分析测试图像，以确定样本表面上一个或多个点的平面内运动。这个跟踪信息提供了直接的标本应变测量，而不依靠由夹点运动计算的应变。通过追踪多点组成的网格，可以研究样品不同区域的应变。

视频

Chung-Hao Lee教授 (Oklahoma) 关于瓣膜

BioTester图像跟踪示例

丹佛大学心脏组织测试

KU Leuven的心血管组织测试

内布拉斯加大学的动脉壁测试

在滑铁卢大学进行腰椎间盘组织测试

BioTester 演示

用缝线进行BioTester测试

技术信息

外形尺寸	60 X 60 X 80cm
重量	18kg
力的大小	23N
可用的加载传感器	0.5, 1.5, 2.5, 5, 10, 23N
力的准确性	加载传感器容量0.2%
最大夹点分离	80mm
最大速度	10mm/s
最大循环频率	2Hz
最大数据速率	100Hz

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