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用于成骨的新型纳米振动生物反应器的设计

在再生医学中,科学家们的目标是显着推进可以控制干细胞谱系承诺的技术。例如,纳米尺度的间充质干细胞(MSC)的机械刺激可以激活机械转导途径以刺激2-D和3-D培养物中的骨生成(骨发育)。

这种工作可以通过从自体或同种异体中产生移植材料来彻底改变骨移植手术MSCs的来源没有化学诱导这种现象。由于对临床使用的细胞的这种机械刺激的生物医学兴趣的增加,研究人员和临床医生都需要可扩展的生物反应器系统以提供始终可重复的结果。在现在发表在科学报告上的一项新研究中,Paul Campsie和生物医学工程,计算,物理和分子,细胞和系统生物学系的多学科研究人员团队设计了一种新的生物反应器系统,以满足现有的要求。

新仪器包含一个用于生物反应的振动板,校准和优化1 kHz的纳米振动,一个产生30 nm振幅的电源单元和用于细胞生长的定制六孔培养器皿。培养皿包含磁性插入物,用于连接生物反应器的磁振板。他们评估了成骨蛋白的表达,以确认在系统内的初始生物实验后MSC的分化。Campsie等人。进行3-D凝胶构造的原子力显微镜(AFM)以验证在振动刺激期间不发生凝胶的应变硬化。结果证实细胞分化是仅由生物反应器提供的纳米振动刺激的结果。

由于与骨质疏松症和骨关节炎等年龄相关的病症引起的骨骼损伤的发生率增加是人类生命消耗质量的衡量标准。增加骨密度或骨折愈合的治疗方法的发展是间充质干细胞(MSC)再生潜能的主要目标。研究人员已经证明了使用几种方法(包括被动和主动策略)通过机械刺激控制骨髓间充质干细胞的成骨(骨骼发育)。被动方法通常改变基底形貌以影响细胞粘附特征,而主动方法包括暴露于来自外部来源的各种力。

Campsie等人目前的工作。打算在MSC的受控骨生成的预先存在的设计上取得进展,以构建适用于小规模临床试验的良好生产规范(GMP)兼容系统。在建造时,该团队使用激光干涉仪精确测量生物反应器顶板和用于培养器皿的井内的振动位移,以验证他们基于有限元分析(FEA)模型开发的设备。该团队使用直接数字合成波形(DDS)发生器和重建滤波器,用于去除DDS输出的高频分量,从而产生1 kHZ的纯正弦波输出,以实现精确的纳米振动。

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