הנוף הקליני של תיקון קרטלאז'

נזק קרטל מפציעה, הזדקנות, או או או אוסטאוארטיס משפיע על מיליוני אנשים ברחבי העולם, גרימת כאב, נפיחות, ניידות משותפת מוגבלת. בניגוד לרקמות רבות אחרות, לחוסן אמנותי יש יכולת ריפוי לא רצויה בשל האופי האנוסקולרי שלה ודחיסות תאית תאים נמוכה יותר, עם זאת, פעילות כירורגית משולבת לקויה, כגון microtured, chorocytesic חנקן אוטומטי, ו-atrasotropericratcherchoteric הוכיחה השפעות קבועות עם השפעות מכניות.

למה דברים מכניים בתרבות הביובקטור

קרטלאז הוא רקמת mechanoresponsive. בגוף, chondrocytes נחשפים כל הזמן לכוחות מכניים דינמיים כולל דחיסה במהלך משקל, לחץ על התנועה נוזלי סימפואלית, ותנודות לחץ הידרוסטטי במהלך טעינה משותפת.כוחות אלה לווסתים את תפקודם הפיזי של chondrocyte, תוספת מטריצה אדפטטיבית, וארגון סטטי, אשר שולט לעתים קרובות תכונות מעבדה פיזיולוגיות חיוניות אלה.

המונחים:

כוחות מדכאים שולטים בסביבה המכנית של התכווצויות articular במהלך פעילויות יומיומיות כגון הליכה, ריצה, ועמידה.כאשר הם מיושמים באופן דינמי ביולוגי, דחיסה מחזורית בתדרים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית (בדרך כלל 0.1 & 0.1 ו- 1 הרץ) וזנים מדויקים יותר (וכ- 20%) מגרים את הדחיסות הצ'וציטרית ומשפרים את הסינתזה של תאים מתקדמים יותר, ומאפשרים מתקדמים ברקמות (Diccasticial) דחיסה) ו-Digitalcasticerative) דחיסה (Ric) דחיסה מחדש של תאים מתקדמים יותר, בעוד שמפתחים מתקדמים יותר, לעומת תאים מתקדמים יותר, לעומת תאים מתקדמים יותר, לעומת תאים מתקדמים יותר, לעומת מצבית תאים דחיסה מחדש, לעומת מצביאים מתקדמים יותר, לעומת דחיסה מחדש, 2.

מתח מ Fluid Flow

זרימה פלויד בתוך מפרק מייצרת מתחים על פני השטח הקרחוס ודרך החללים הבין-אישיים של הרקמה. בתרבות הביולוגית, מערכות הפיוס מייצרות כוחות על ידי הפצת מדיום תרבות דרך או סביב הבניין.כוחות אלה משפיעים על chondrocyte משולב, תוך כדי גירוי חד-משמעי של סיבים, ושיפור תחבורה המונית של חומרים מזינים וחמצן לתוך מצב הפנים.

לחץ הידרוסטטי

לחץ הידרוסטטי הוא גירוי מכני ייחודי ב cartilage כי זה הוא omnidirectional ואינו מעד את הרקמה מאקרו-קופי באופן זמני. במהלך טעינה משותפת רגילה, צ'ונדרוציטים חווים תנודות לחץ מהיר החל מ 3 עד 18 MPa בהתאם לרמה של פעילות.ביולוגיים כי החל לחץ הידרוסטטי (ply 1 & 10ash; 0.2a ב phenic) הוא שיפור גודל cicicicicicic).

Bioreactor Technologies for Delivering Mechanical Cues

התרגום של עקרונות גירוי מכני לחומרה ביולוגית מעשית הפיק מערכת אקולוגית מגוונת של פלטפורמות, כל אחד מותאם למודולים ספציפיים של טעינה ודרישות ניסיוניות.

« « ביולוגיה מדכאת

ביולוגיים קומפרספרסומטיים מורכבים בדרך כלל מסולן מונע של פעולה, אשר חל על כוחות דחוסים לא-שיניים או מבולשיים לבניית דגימות.עיצובים מודרניים משלבים תאים עבור משוב בזמן אמת, מקהלי עקירה לשליטה בזנים, ותאי סביבה שמחזקים את הטמפרטורה, pH, וחמצן. סנטימטרי דחיסות מרובות-station מאפשרות בדיקה של מבנים מרובים או תנאים ניסיוניים מתקדמים, באמצעות מערכות בקרה אופטיות אופטיות מתקדמות, כגון סגסוגת אופטית או שיטות בקרה אופטית-דלקתיות.

בושם ו Shear Bioreactors

ביולוגיים פרווזים מניעים את התרבות מדיום באמצעות קידודים או סביב מבנים מאוישים תאים, בו זמנית מספקים חומרים מזינים וליישם מתח Shear. Packed-bed, חלולים, ותצורה של זרימה ישירה כל אחד מציע יתרונות ברורים במונחים של הפצה raar, משלוח חמצן, ורמתיות. רוטט קיר כלי ביומפרמנטים ליצור סביבות נמוכות מתאים לתרבויות מצטברות, בעוד שזרם נמוך של תאים מורכבים כדי לחיזוי תאים.

מערכות טעינה מרובות-Axial ושילוב

בהכירה כי חוויות טרחוס חוויות מרובות רמזים מכניים בו זמנית, החוקרים פיתחו ביולוגיים המסוגלים לספק דחיסה משולבת, הרהר, ולחץ הידרוסטטי במשטרים מסונכרנים.מערכות רב-אקסיאליות אלה משכפלות נאמנה יותר את דפוסי הטעינה המורכבים של הסביבה המשותפת של הילידים.הנדסה כזו דורשת שילוב זהה של מחוללי פעולה, משאבות, לחץ, ולשלוט בתוכנות כדי לתאם תזמון גירויים, גודל וסיבה, ראיות אקטיביות גבוהות יותר, אך הן יכולות להיות משולבות יותר, אך הן יכולות לשפר את המורכבות של אמצעי בקרה מכנית יכולת בקרה גבוהה יותר של אמצעי בקרה, אך הן יכולות של אמצעי בקרה מכנית של חומרים גמישה, אך הן יכולות להיות גמישות גבוהה יותר, אך הן דורשות, אך הן דורשות, אך גם גמישות גבוהה יותר, אך הן דורשות יותר, אך הן יכולות לשפר את המורכבות של שיטות בקרה מכנית של אמצעי בקרה מכנית של שיטות בקרה מכנית, אך הן יכולות להיות גמישות גבוהה יותר, אך הן דורשות יותר, אך הן יכולות לשפר את המורכבות של חומרים גמישה, אך הן יכולות להיות גמישות גבוהה יותר, אך הן יכולות להיות גמישות גבוהה יותר, אך הן יכולות להיות גמישות גבוהה יותר, אך הן יכולות להיות גמישות

תגובות סלולריות ו- Molecular ל- מכניזם

כוחות מכניים המופעלים על chondrocytes בתוך bioreactors מועברים אותות ביוכימיים באמצעות תהליך המכונה mechanotransduction.הבנת מסלולים אלה היא חיונית לתכנון ביולוגי רציונלי ולזיהוי מטרות מולקולריות שניתן יהיה להגדיר באופן פרמקולוגי כדי לשפר את התפתחות הרקמות.

המונחים: integrin-Mediated Signaling

Integrins הם קולטנים טרמברינים כי פיזית זוג את המרטריקס התוספתאי ל-cytoskeleton. כאשר כוחות מכניים מפורמים את הממטריקס, Integrins עוברים שינויים קונפורמציה אשר מפעילים קידוד מוקד לאחר מכן, מעכבי משפחה Src, ו Rho GTPas.זהות אלה לווסת גנים באמצעות ביטויים כגון גירויים גרפיים של תאים מכניים.

ערוצים ו-Intracell Calcium

מchano רגיש ערוצי ion, כולל Piezo1, Piezo2, וערוצי קולטן פוטנציאליים transient קולטנים, להגיב למתוח לחץ שינויים על ידי מתן זרם סידן לתוך chondrocytes.התוצאה וכתוצאה מכך סינדרואנטים סידן מופעלת בדיוק את רמות הדופק הסמוכות של סידן ו- calcineurin, אשר מאמת גנים ו- cytoeletal הארגון.

MAP Kinase ו- NF- κB Pathways

חלבון מיטוגן-מתפשט kinase cascades, כולל ERK, JNK ו- p38 מסלולים, מופעלים במהירות על ידי טעינה מכנית ו- Mediate הן תגובות אנבוליים וקטאביות בהתאם להקשר של גירוי. Moderate, טעינה דינמית מגבירה כי אותות אנבוליים או טעינה סטטית יכולים לגרום לדלקתיים NF- &ka;Bing זה מקדם את הפחתת אותות מכניים אלה עם אותות מכניים חזקים.

אופטימיזציה של Bioreactor Design Parameters

יעילות גירוי מכני תלויה באופן ביקורתי בשליטה מדויקת של משתנים מרובים, ועיצוב ביולוגי חייב לטפל בכל אחד מהם כדי לייצר מבנה רקמות עקבי ואיכותי.

Stimulus Magnitude, Frequency, and Duration

גירוי מכני חייב להיות מיושם בתוך חלונות פיזיולוגיים כדי להימנע מפציעות.עבור דחיסה, זנים של 5 –15% בתדרים של 0.3 – 1 הרץ עם משך יומי של 1 – 6 שעות כבר קשורים עם סינתזת matrix מוגברת לאורך מחקרים מרובים. Frequencies מתחת הרץ ניסיון 0.1Hz נוטה לייצר תגובות קטביות, בעוד תדרים מעל 2 ⁇ עשוי לא לאפשר מספיק זמן עבור גירוי מוקדם יותר עבור גירוי מוקדם של עומסים מתקדמים של עומסים אינטנסיביים עם טווח טעינה גבוהה יותר עם גירויים אינטנסיביים עם טווח חיובי יותר עם עומסים מוגברת של עומסים עם טווח חיובי יותר מאשר עומסים מוגברת של עומסים של עומסים עם עומסים אינטנסיביים מוגברת של עומסים עם טווח טעינה גבוהה יותר מאשר עם עומסים אינטנסיביים עם ירידה גבוהה יותר של זמן עם טווח טעינה מוגברת של עומסים של טיפול אינטנסיביים עם טווח חיובי יותר מאשר עם עומסים אינטנסיביים של עומסים עם עומסים עם עומסים אינטנסיביים אינטנסיביים עם ירידה גבוהה יותר של עומסים של זמן של עומסים אינטנסיביות גבוהה יותר מאשר עומסים אינטנסיביים של טיפול אינטנסיביים עם עומסים של עומסים של עומסים אינטנסיביים אינטנסיביות גבוהה יותר מאשר ירידה גבוהה יותר מאשר זמן של טיפול אינטנסיבי

תחבורה תזונתית וחמצן Tension

גירוי מכני משפר תחבורה המונית על ידי משאבה נוזל דרך pores scaffold, אבל עיצוב ביולוגי חייב להבטיח כי משלוח תזונתי שומר קצב עם הביקוש התאי. ⁇ חמצן בתוך מבנים עבים יכול ליצור ליבות היפותקסic כי להגביל סינתזה ממטריקס ולקדם decompaciation. Perfusion bioreactors לטפל זה על ידי הפצת חמצן פעיל חמצן בינוני, אבל יש צורך לייעל את רמות חמצן מספיק כדי לספק לחץ דם פעיל כי הוא שיפור חמצן פעיל.

מעקב בזמן אמת ובקרת משוב

ביולוגיים המצוידים בחיישנים עבור pH, חמצן מומס, גלוקוז, לקטט, ועומס מכני מאפשרים הערכה בזמן אמת של פיתוח בנייה. נתונים אלה יכולים לשמש עבור בקרת משוב, התאמת פרמטרים גירוי מבוסס דינמי על המצב המתפתח של הרקמה. לדוגמה, אם לטעון חיישנים כי בנייה העמיקה לאורך זמן, את הלחץ או הלחץ ניתן להגדיל כדי לשמור על אתגר מכני עקבי של ייצור cosoperology, ניטור יעיל של מערכות הדמיה של פעילות גופנית, באופן אוטומטי, ותגובה מגנטית של תפקוד באופן אוטומטי, התעמלות, ויזואלית של מערכות הדמיה יעילה של תפקוד הדם, ויזואלית של מערכות בקרה משולבת, התעמלות יעילה של מערכות הדמיה, התעמלות, התעמלות לא התעמלות, התעמלות יעילה של מערכות בקרה ויזואלית של תפקוד הדם.

היתרונות של סטיות מכניות בתרבות הביובקטור

עשרות שנים של מחקר ביססו כי גירוי מכני ביולוגיים מייצר מבני חיפוי עם תכונות גבוהות בהרבה בהשוואה לתרבות סטטית.

ה-Extracell Matrix

מבנים מעוררים באופן מכני מציג באופן עקבי תוכן גליגליקומינוגליצר (GAG) ושפע גדול יותר מסוג II קולגן, שני רכיבי ממטריקס עיקריים המספקים קשיחות דחיסה וחוזק רב-עוצמה ל-cartilage. GAG בגרות מבנים יכולים להגיע 60 – 80% של רמות רקמות מקומיות, בהשוואה ל 20 &ndage;40% בשליטה סטטית.

שיפור תכונות מכניות

התוצאה התפקודית של פיזור ממטריקס משופר היא שיפור מכניקת בנייה. דחיסה דינמי ביולוגיים יצרו מבנים עם איזון Moduli מעל 500 kPa ומודולולי דינמי מעל 2 MPa, המתקרב לטווח התחתון של תפקוד אמנותי ילידים. pction coefficients ו- Wear Resistance משופרים, למרות תכונות אלה נשאר מתחת למדדי Native ומהווים מטרות לאופטימיזציה נוספת.

אינטגרציה ו Maturation

מבנים מעוררים מכניים לא רק לייצר יותר ממטריקס, אלא גם לעבור תהליך ההבשלה ביולוגית טבעי יותר. Chondrocytes בתוך מבנים מוגרים לשמור על תכונות מעוגלות של הפנאוטיפ היציב, עם ביטוי מופחת של שולי היפרטרופיה כגון התנגשות X ו- MMP-13. זה קריטי עבור הימנעות של אנדונדרליזציה לאחר השתלת, יתר על ידי שילוב של תאים מכניים, לאחר שיפור יכולת קירור, לאחר שיפור הפחתת הפחתת הממשק הרקמות ו-מחדשה.

אתגרים ושיקולים לתרגום קליני

למרות התקדמות מרשימה במחקרים במעבדה, כמה מכשולים נותרו לפני בניית קלחוס מכנית יכולה להיכנס לשימוש קליני שגרתי.

סקלאלה וחידוש

תרגומים של ביולוגי מעבדה בקנה מידה קטן לכמויות רלוונטיות קלינית של גרפטים דורש פלטפורמות חזקות, מדרגיות. Multi-construct מערכות ביולוגיים חייב לשמור גירוי מכני אחיד על פני כל הדגימות תוך הימנעות סיכונים זיהום במהלך תקופות תרבות מורחבות.ייצור מחדש דרישות יעילות חזק על תכונות גרפיות, מיקור תאים, פרמטרים גירוי, כמו וריאציות קטנות- אצולה יכול להוביל לחיישנים פונקציונליים קריטיים של איכות משולבת.

גורמי סיכון למטופל

מאפיינים אישיים של מטופלים כגון גיל, מצב מחלה, והשפעה רקע גנטית השפעה chondrocytes לגירוי מכני. Chondrocytes מ המפרקים osteoarthritic להראות שינוי mechanotransduction בהשוואה לתאי בריאות, ותאים chondocytes בגילאים הפחיתו את היכולת הסינתטית.ביולוגית של פרוטוקולים עשויה להיות מותאמת לאוכלוסיות מסוימות, או תאים עשויים לדרוש תנאים גנטיים או לשנות את המכונאים כדי לשחזר את הולוגים שלהם.

שילוב עם biochemical Stimuli

כוחות מכניים אינם פועלים בבידוד; הם משלבים עם גורמים ביוכימיים כגון גורמי צמיחה, ציטוקינים, ומולקולות ממטריקס סלולריות נוספות כדי להסדיר את התנהגות הchondrocyte.שלב גירוי מכני עם תוספת של TGF- β BMPs, או IGF-1 הוכח כדי לשפר את ייצור המטריקס מעבר למה שמניב רק את האתגר בזיהוי של תהליכים ביולוגיים אופטימליים של תהליכים ביולוגיים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

התחום של גירוי מכני מושרה ביולוגי עבור הנדסת רקמות טרחוס ממשיך להתפתח במהירות, עם כמה מגמות מבטיח באופק.

High- Throughput and Microfluidic Bioreactors

ביולוגי מיקרו-השפעה הפועלים בקנה מידה המיקרווול או המיקרו-ערוצי מאפשרים בדיקות מהירות של פרמטרים גירוי תוך שימוש בתאים מינימליים ו reagents. פלטפורמות אלה יכולות לבחון במקביל עשרות שילובים של גודל זנים, תדירות, וגורמים ביוכימיים, יצירת נתונים עשירים עבור אופטימיזציה מיקרו-השפעהיים. בעוד מבנים אלה קטנים מדי עבור השתלת ישירה, תובנות יכול לקבל את העיצוב של פרוטוקולים ביולוגיים גדולים יותר, כולל סוגים של ניתוח חלקיקים רלוונטיים.

מודלים מכניים ו- Digital Twins

מודלים Computational כי chondrocyte mechanotransduction, סינתזה מטרטריקס, וצמיחה רקמות הופכים מתוחכמת יותר ויותר.מודלים אלה יכולים לחזות פיתוח תחת משטרי טעינה שונים, צמצום ההסתמכות על הניסוי הניסוי הניסוי הניסוי הניסוי הניסוי הניסוי הניסויים הניסויים של הניסויים הניסויים הניסויים הניסויים הניסויים בניסויי זיכרון אפילפסיה ו-Digital Twintimequo; גישות שיוצרות וירטואליות של תאומה מסוימת של תאומה ומבנה ספציפי המאפשרות לאפשר לניסויים דיגיטליים לפעול על ידי ניתוח נתונים משולבים, כאשר יכולות לספק תובנות חזותיים עם יכולת הפעלה של חיישן דיגיטלי, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית אבטחה, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית אבטחה, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית אבטחה, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית לוח זמנים, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית של בדיקות אופטימיזציה של בדיקות אופטימיזציה של בדיקות אופטימיזציה של נתונים עם ויזואלית, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית של בדיקות אופטימיזציה דיגיטלית, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית של לוח זמנים, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית של לוח זמנים, כאשר הם יכולים לספק ויזואלית של לוח זמנים, כאשר הם יכולים לספק ויזואלי

לקראת ניסויים קליניים ומסחריים

כמה קבוצות אקדמיות ותעשייה מתקדמות מבנים מכניים מעוררים חיפוי לקראת הערכה קלינית. ניסויים קליניים מוקדמים-phase יצטרכו לטפל בטיחות, תאימות ויעילות ראשונית, להתמקד נקודות קצה כגון אינטגרציה ft, ירידה בכאב ושיפור פונקציונלי.נוף המסחרי כולל גם פלטפורמות מתקדמות ומערכת הפעלה פונקציונלית נמכרת למעבדות ובתי חולים; ו-MRIFedamedamed; כאשר הם מספקים טיפול יעיל על ידי אוטומציה יעילה, כמו גם על ידי טיפול אוטומציה יעילה, תוך שמירה על עלויות אוטומציה.

מסקנה

גירוי מכני מושרה ביולוגית הפך את הנדסת רקמות מתחום תרבות סטטי לתוך משמעת ייצור דינמי, נשלט תהליך. על ידי מתן דחיסה, Shear, ו הלחץ הידרוסטטי ב משטרים מבוקרים בדיוק, bioreactors לנהוג chondrocytes כדי לייצר טיפולים מאטריקס-עשירים, מכנית בנייה כי גישה איכות של cartilage.