Проектування, побудова та характеристика нового нановібраційного біореактора та посуду для
Предмети
Анотація
Вступ
Збільшення тривалості життя, або тривалості життя, яке спостерігається в усьому розвиненому світі, є цінним показником прогресу сучасної медицини. Однак менш вимірюваною мірою є якість життя протягом цих додаткових років; це називається охороною здоров'я. Частота травм скелета внаслідок вікових станів, таких як остеопороз та остеоартроз, є одним із таких показників. Таким чином, розробка методів лікування, що призводять до збільшення щільності кісткової тканини або загоєння переломів, є основними мішенями для регенеративного потенціалу мезенхімальних стовбурових клітин (МСК) 1,2 .
Контрольований остеогенез МСК за допомогою механічної стимуляції був продемонстрований за допомогою декількох методів, включаючи пасивні та активні стратегії. Пасивні методи, такі як змінена топографія підкладки та жорсткість середовища, забезпечують один механізм, заснований на зміні профілю адгезії 3,4,5,6,7, тоді як активні методи включають вплив змін сили із зовнішніх джерел 8,9,10,11,12, 13. Центрифугування, вібрація та зсувний потік забезпечили збільшення остеогенезу завдяки зовнішній модуляції сили, що накладається на клітинну структуру. Досліджено використання вібрації як механотрансдуктивного стимулу з різними вібраційними параметрами 14,15,16. Вібрація стовбурових клітин періодонтальної зв’язки при 50 Гц з піковим прискоренням 0,3 g показали підвищені маркери остеогенезу 17, в той час як інше дослідження стовбурових клітин, отриманих з жирової тканини, стимульоване за допомогою джерела вібрації, керованого зворотним зв'язком, при 50 і 100 Гц з піковим прискоренням 3 g, показали підвищений рівень активності лужної фосфатази (ALP) та відкладення мінеральних речовин, проте не на тому ж рівні, що виробляється остеогенними середовищами 18 .
Початкові дослідження від Кертіса та ін. 19 та Нікукар та ін. 20, проведений з використанням амплітуд вібрацій у десятки нанометрів, показав, що ендотеліальні клітини та МСК чутливі до коливань цього рівня. Для досягнення нанометрових вібрацій у кількох дослідженнях 19,20,21,22 використовувались один п'єзопривід, одиничний апарат чашки Петрі, щоб виробляти точні вертикальні вібрації на невеликій поверхні зростання, однак це накладало обмеження масштабу та амплітуди вібрації, які стають актуальними, якщо розвиватися в напрямку більший промисловий процес. Використання альтернативних контейнерів для росту (e.g. Колби Т-75) та посуд, а також більший діапазон амплітуд (і, отже, клітинні сили), вимагають більш рівномірної, універсальної та багаторазової біореакторної платформи. Початковий прототип біореактора був побудований з урахуванням масиву п'єзозахисних елементів, прикріплених до металевої платформи для багатокважинних культурних виробів, і детально описаний у дослідженні Цимбурі та ін. 23, що стосуються обох цих питань. Метою роботи, представленої в цій статті, є просування цього проекту до системи, сумісної з належною виробничою практикою (GMP), яка підходить для проведення невеликого клінічного випробування.