ביולוגיים הפכו כלים חיוניים בתחום הנדסת רקמות, המציעים לחוקרים סביבה מבוקרת בדיוק לטפח רקמות מורכבות של ריריות מורכבות, כגון נוטה ורצועות.בניגוד לתרבות סטטית פשוטה, ביולוגיים מאפשרים יישום של כוחות פיזיים דינמיים חיוניים לרתום את ההתנהגות התאית ואת הרקמות.בין הפרמטרים הרבים המשפיעים על היווצרות מוצלחת, מתח מכני בולט כמו בדיקה מכנית מוחלשת כראוי של תאים מכניים ואפקטיביים של גירוי מכני (מיים) עם גירוי מכניים של תפקוד מכניים של תאים מכניים של תפקוד מכניים שונים של תפקוד מכניים ואפקטיביים).

תפקיד הלחץ המכני בפיתוח ⁇

[עשרונים ורצועות] הם רקמות ידידותיות מיוחדות מאוד שחווה טעינה מכנית קבועה במהלך התנועה היומית.הם משדרים כוחות בין השרירים לבין עצמות או מפרקי ייצוב, בהתאמה, הארכיטקטורה המקומית שלהם מאופיינת בסיבים מקבילים צפופים, בעיקר סוג I collagen, מאורגן באופן היררכי לעמוד בעומסי מחזוריים גבוהים.

המונחים: mechanotransduction Pathways

(הדגש מכני) מומר לסימנים ביוכימיים באמצעות mechanotransduction. שחקני מפתח כוללים תגובה אינסטינקטרין, קידוד מוקד, וציטוקטון (כאשר תא מתוח, Integrins המנוגדים חלבונים ECM ו משדרים כוח לפרוטוקולים של Ctoskton באמצעות קומפלקסים ממוקדים.

מקור ותנאי מכני

(הבחירה של מקור התא היא גם טבילה עם יישום מתח מכני. mesenshimal תאי גזע (MSCs) נגזר מח עצם, רקמת adipose, או חוט אווירי משמשים בדרך כלל עבור נטייה / ligament הנדסה בשל הפוטנציאל הרב-לשוני שלהם, ללא אותות מכניים, MSCs עשויים להבדיל לתוך קוגניציה לא-טרנטיבית כגון עצם או טיפול.

ECM Reמודלing ו-Tissue Power

מעבר לאות תאים, מתח מכני משפיע ישירות על ארגון ECM ושיפוץ. Tendons ו- 3ligaments שואבים את כוחם של הסידור ההיררכי של fibrilss . בתרבות סטטית, סיבים קולגן נוטים להיות אופטימיזציה אקראית של מתחים קטנים מדי (Cclic מתיחה מיישר לאחרונה סיבי קולגן מסונתזות לכיוון של זנים, CMFrece) יכול להגביר את עוצמת הלחץ המרכזי של ה-Crepericerulatives (תוספת גבוהה יותר).

סוגים של מכני Stimuli

ביולוגיים יכולים ליישם כמה סוגים שונים של מתח מכני, כל אחד עם אפקטים ייחודיים על תאי נוטה ורצועה.שלושת הגירויים העיקריים הם מתוחים, דחיסה, ומתח של הרהר.לעתים קרובות, שילוב של כוחות אלה מדמה יותר במדויק את הסביבה של FLT:0in vivoFLT:1, המוביל לרקמות גבוהות יותר.

Tensile Strain

זנים Tensile, או מתיחה, הוא גירוי מכני רלוונטי ביותר עבור נוטה ורצועות, כי הפונקציה העיקרית שלו היא להתנגד מתח. in bioreactors, מתוח Tenile הוא בדרך כלל מחזורי - בהדרגה השתוקקות מרגיעה את מבנה הרקמות. pms כוללים amplitude (percenteagealation, e.g, 4-10% של אורך מקורי), תדירות בינונית (למשל, מחזור הדם) בטווח של 08%).

דיכוי

כוחות קומפלקס הם פחות דומיננטיים בפיזיולוגיה נוטה ורצועה אבל עדיין להתרחש, במיוחד כאשר נוטה לעטוף סביב משיכה Bony (למשל, ארוחת הערבפיטוס נוטהון) או במהלך משותף.ב ביולוגיים, דחיסה יכול להיות מיושם באמצעות מצעים או pneumatic דחיסה ומתח (למשל, בטכניקה גמישה נוטה) הוכחו כמו אזורי ניתוח מורכבים יותר, לעומת זאת, כמו גם אזורי ניתוח קיסרי, אבל הם מורכבים יותר, עם זאת, עם דחיסה, אבל הם לעתים קרובות יותר, מאשר אזורי ניתוח קיסרי הנדסה.

Shear Stress

מתח Shear עולה מזרימת נוזל על פני השטח של תאים או רקמות לבנות.ב bioreactors, זה מושג באמצעות היתוך - pumping תרבות בינוני באמצעות ⁇ s או סביב מבנים. הלחץ Shear לא רק מספק חומרים מזינים ומסיר פסולת אבל גם מעורר היערכות מכנית תאים.com) היא עלולה לחקות את כוחות החיכוך מנוסים במהלך תנועה משותפת או הפרעה הדדית (atraigation) עלולה לגרום לדלקת תאים בודדת (astrite) עם רמות לחץ בודדת).

אסטרטגיות ליישום מתח מכני בביולוגיים

שילוב מוצלח של מתח מכני לתוך מערכת ביולוגי דורש שיקול זהיר של עיצוב מכני, מערכת בקרה, אדריכלות פיגופיל. להלן הם כמה אסטרטגיות נפוצות, יחד עם פרמטרים הנדסיים מרכזיים הקובעים יעילות.

מערכות טעינה דינמיות

מערכות טעינה דינמיות הן העבודה של ביולוגיים נוטה / גירוד (בדרך כלל מורכב מפעולת מכנית (למשל, מנוע ליניארי, גלילי pneumatic או מנוע צעד) המצורפת לסוף של סטאופס או רקמות ספוגים, בעוד הקצה השני קבוע יותר, תוכנית מחזורית קבועה (strain) או כוח (עומס סגור) עם מגבלות מרובות, ניתן ליישם באופן הדרגתי יותר של תדירות גבוהה של תאים).

מכשירים ו-Membrane Bioreactors

עבור membranes מאוישת תאים או מבנים דקים, מכשירים מתיחה כי להאריך membrane גמיש הם מועסקים. תאים הם התרבות על תת-קרקעית גמישה (למשל, סיליקון או פוליאורליטטן) כי הוא מתוח אחידה. גישה זו משמשת באופן נרחב ללימוד מניקה תאים.

מערכות פלוליטיות ו-Perfusion Bioreactors

ביולוגי פרווזיה לא רק לשפר את התחבורה ההמונית, אלא גם לספק מתח הרהר. במערכות אלה, מדיום תרבות הוא מומש ברציפות דרך ⁇ affold או סביב בניין.קצב זרימת הדם, גיאומטריה ערוץ, ו porosity פיגוולד לקבוע את גודל הלחץ העצום של ה- pH ו- ligament Engineering, לבד יכול לשפר את יכולת הפחתת התא ו detraposition בהשוואה לתרבות סטטית בשילוב עם כמה חיישנים מתקדמים (מפרקטיקאים) ו-astration) דיווחו על סגסוגת מגנטית (מנטלית) ו- סגסוגת מגנטית) על כמה סגסוגת מכנית (מחדשהת) ו- ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ית) על ⁇ ⁇ ית (מחדשנית).

מערכות ריבוי-Axial ומורכבות

נוטה Native ורצועות ניסיון לא רק מתח פשוט אבל גם ייסורים, התכווצות, ו Shear.כדי לשכפל את המורכבות הזאת, ביולוגיים רב-אקילי פותחו.לדוגמה, מערכת אשר במקביל חלה מתח צירי וסיבוב פיגור יכול לייצר סיבי התנגשות רדיקאליים, בדומה לאלה שנמצאו ב Achilles נוטה על גישה אחרת, תוך כדי הגנה עצמית, בעוד שהם יכולים להתאים באופן עצמאי דפוסים של לחץ אמיתי, כמו גם כדי שמירה על מערכות הדמיה, ואפקטים, כמו גם על ידי טיפול מציאותי יותר, הן יכולות להיות מאתגרות, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה של מערכות הדמיה יעילה יותר, כמו גם על ידי מערכת יעילה יותר, כמו גם כן, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה, כמו גם דחיסה יעילה יותר, כמו גם דחיסה של מערכת יעילה יותר, כמו גם דחיסה של מערכת יעילה יותר, כמו גם דחיסה של מערכת יעילה יותר, בעוד שהם יכולים לפתח דחיסה של מערכת יעילה יותר, בעוד שהם יכולים לפתח דחיסה של מערכת יעילה יותר, בעוד שהם יכולים לפתח דחיסה של מערכות הדמיה

אופטימיזציה של פרמטרים מכניים

ללא קשר לתכנון הביולוגי הספציפי, אופטימיזציה של הפרמטרים הטעינה המכנית היא קריטית.ההנחיות הבאות מבוססות על מחקרים שפורסמו:

  • גודלו של ה-FLT:0 (Strain Size:FLT:1–10%) הוא יעיל מאוד; זנים נמוכים יותר (ראה FLT:212%) יכולים לגרום למוות תאים.
  • (FLT:0) ,FLT:1 0.5-1 הרץ (תדירות הגאה האנושית) משמש בדרך כלל; תדרים איטיים עשויים להפחית את ההשפעה.
  • (ב) ⁇ :0 (התחרח): 1FLT:1; 1 שעה על, שעה אחת, שעה אחת, או 8% מתח במשך 8 שעות לאחר 16 שעות מנוחה) לעתים קרובות מניב תוצאות טובות יותר מאשר טעינה מתמשכת עקב הסתגלות התא.
  • (ב) ⁇ :0) ,(הדגשה: ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) תנאי: עלייה הדרגתית של 1:1 בזן לאורך זמן (למשל, מ-2% עד 8% מעל 2-3 שבועות) מחקה בפיתוח vivo ומונעת נזק רקמות.

פרמטרים אלה חייבים להיות מותאמים לסוג התא הספציפי, חומר ספוג, ואת שלב ההזדווגות של זמן אמת ניטור של נוקשות בנייה (באמצעות משוב כוח) יכול להנחות פרוטוקולי טעינה אדפטיבית:0irFLT:1403:2reaFLT:2oriFLT 3: 3).

השפעה על התחדשות Tendon ו- Ligament

מחקרים רבים הוכיחו כי החלת מתח מכני ביולוגיים משפרת באופן משמעותי את איכות של רקמות נטויות מונדס ורצועות.היתרונות משתרעים מתאים לנכסים ברמת רקמות.

שיפור ארגון קולג'ן והרכב

אחד הממצאים עקביים ביותר הוא כי זן רבילי מחזורי מקדם סיבים דחוסים, מתואמים את הסיבים קולגן.לדוגמה, מחקרים באמצעות MSC-ed קולגן-GAG פיגופילים הראו כי לאחר שבועיים של טעינה דינמית, סיבי הקולגן היו מאוד תואמים לאורך ציר, עם עלייה של 2 עד 3 כפול בתוכן הקולגן הכולל בהשוואה ליחס סטטי של קבוצה זו.

תכונות מכניות משופרות

מבנים מותנים ביולוגיים לעתים קרובות מציגים תכונות מכניות הגישות למגוון התחתון של נוטה ילידים. במחקר ציוני דרך, אנגבונים גמישים ארנבים שהונדסו ביולוגי מתח, השיגו כוח רב-עוצמה של 30-40% של נוטה לאחר 12 שבועות של תרבות המשך קבוצות אחרות דיווחו על חוזקות גבוהות של 5-15 MPa עבור מנדסים מהונדסים, בהשוואה ל-1-22 דונם של בקרה סטטית (עדיין מייצגות קודמות של MPa) ו- 60.

תחזוקה Phenotype

טעינה מכנית גם עוזר לשמור על פנוטיפ תאים מבודד. Tenocytes התרבות תחת תנאים סטטיים בהדרגה לאבד את המורפולוגיה הממוזמנת שלהם ולבטא רמות נמוכות יותר של סמנים Tenogenic. לעומת זאת, תאים חשופים לזנים מחזוריים לשמור על פנוטיפ שלהם להישאר פעיל מטבולי לתקופות מורחבות. עבור MSCs, נוכחות של מתח מכני יכול לדכא אוסטיאוגני או chongenication שונה, תוך כדי ניווט זה הוא פעיל עבור פונקציה קריטית עבור תפקוד זה הוא מתפתח.

ב-Vovoאינטגרציה וביצועים

כאשר מושתלים במודלים של בעלי חיים, נטייה ממושמעת מכנית ורצועות להראות אינטגרציה מעולה עם רקמת מארחת.הם מציגים היווצרות ניאוטן טובה יותר, דלקת מופחתת, ושיפור יכולת ניהול עומס.לדוגמה, שיבוש של סדינים בתנאי מכנית של Achilleson נוטה Allograft קליני מודל עכברוש הביא התאוששות פונקציונלית של 6 חודשים, עם ראיות נטיות של תאים מכוכים והתנגשות תאים לעתים קרובות;

כיוונים עתידיים ואתגרים

למרות ההתקדמות, כמה מהמכשולים העיקריים נשארים לפני הנטיות הביולוגיות-נגינר ורצועות הופכות לאופציות קליניות שגרתיות.

בסביבה המכנית של Native

ביולוגיים הנוכחיים בדרך כלל ליישם טעינה מחזורית פשוטה, בעוד שרקמות הילידים חווים תבניות מתח מורכבות, זמן-varing הכולל תקופות מנוחה, התפרצויות רגישות גבוהה, וכוחות רב-אקיליים.פיתוח מערכות שיכולות לשכפל דפוסים אלה - לדוגמה, באמצעות פרופילי טעינה הניתנים לתוכנה או על ידי שילוב בחיישנים ישיבה - ישארו אזור פעיל של מחקר.

מעקב בזמן אמת ובקרת משוב

כדי לייעל את צמיחת הרקמות, יש צורך לפקח פרמטרים כגון viability תאים, ECM מחיקה, ונוקשות מכנית לאורך זמן. integrating חיישנים שאינם פולשניים (למשל, אולטרסאונד, קוהרנטיות אופטית לmography) או תנופה חשמלית בתוך ביולוגי יאפשר לחוקרים להתאים את הטעינה בזמן אמת.

תרגום קליני וטקסט

רוב המחקרים הביולוגיים מבוצעים על מבנים קטנים, מעבדה בקנה מידה (למשל, 1-2 ס"מ ארוך) קליני רלוונטי grafts (למשל, הפטלה האנושית נוטה על 10 ס"מ) דורשים ביו-reactors שיכולים להכיל גדלים גדולים יותר תוך שמירה על מתח מכני אחיד ומשלוח תזונתי.

טיפול פסיכולוגי-Specific Customization

חולים בודדים יש האנטומיה, דפוסי פציעה שונים, ויכולות הריפוי.מערכות ביולוגיות עתידיות עשויים לכלול תאים ממריצים המטופל (למשל, MSCs אוטומטי) ולהשתמש הדמיה רפואית (MRI או CT) כדי לעצב הפיגפיים מותאם אישית ופרוטוקולים טעינה. גישה אישית זו עשויה למקסם אינטגרציה ft ושיקום פונקציונלי.

תקנים ותיקון אישור

מערכות ביולוגיות משתנות בין קבוצות מחקר, מה שהופך את זה קשה להשוות תוצאות או לקבוע שיטות הטובות ביותר. תקני תעשייה לביצוע ביולוגי, חומרים פיגומים, בקרת איכות נדרשים כדי להאיץ את אישור הרגולציה לשימוש קליני. מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) הוציאה טיוטה על מוצרים רפואיים מעובדים רקמות, אך דרישות ספציפיות עבור ביולוגידגנידנג'ר-גנטי נשאר מוגבל.

מסקנה

מתח מכני הוא אבן הפינה של נטייה פונקציונלית והנדסת רקמות ligament. על ידי שליטה בקפידה על הסוג, גודל, תדירות, ומשך של גירוי מכני, ביולוגיים יכולים להנחות תאים לייצר מבנים ארגמן, חזק, וניתן להשתלתר את הסביבה המכנית הילידים - בעוד שעדיין עובד בהתקדמות - כבר מניבה מחסנים ספציפיים כי החוצה תרבויות סטטיות בכל אינטגרציה מטרינית משילוב ביולוגי, כמו גם אינטגרטיבי, כמו גם אינטגרציה אישית, כמו גם אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרציה, כמו גם אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרטיבית של אינטגרטיבית, כמו גם אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרציה אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית, היא הופכת אינטגרציה אינטגרטיבית של אינטגרציה אינטגרטיבית אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית אינטגרטיבית אינטגרטיבית אינטגרטיבי