اثرات تغییرات فرکانس و مدت زمان تحریک مکانیکی روی یک سازه تاندونی مهندسی بافت شده
تاریخ انتشار: دوشنبه 25 اردیبهشت 1396
| امتیاز:
بافت های انسانی دور ریختنی و سلول زدایی شده مانند سیاهرگ بند ناف انسان، به طور گسترده ای برای کاربردهای مهندسی بافت از جمله گرافت های تاندونی استفاده شده است. وقتی چنین داربست هایی که مجددا سلول دار می شوند، درون محیط های کشت سه بعدی دینامیک(سیستم های بیورآکتوری) کشت داده می شوند. برای گرافت های مهندسی شده بافت تاندون، چنین سیستم هایی اغلب از تحریکات مکانیکی نوسانی به شکل فشار کششی تک محوره استفاده می کنند. سه پارامتر اصلی چنین تحریکاتی فرکانس، مدت زمان و نیرو است. در این مطالعه ما اثرات تغییرات مدت زمان(0.5، 1، و 2 ساعت در روز) و فرکانس(0.5،1، 2 دور در دقیقه) محرک را روی سیاهرگ بند ناف انسانی کشت شده با سلول های بنیادی مزانشیمی برای یک دوره 7 روزه، بررسی کردیم. کشش سازه به طور ثابت در 2 درصد نگه داشته شد. بیشترین نرخ تکثیر در مدت زمان 0.5 ساعت در روز و فرکانس یک دور در دقیقه مشاهده شد( افزایش 203 درصدی) و در تعیقیب آن با فاصله نزدیک مدت زمان یک ساعت در روز و فرکانس یک دور در دقیقه(افزایش 170 درصدی) قرار داشت. کشت های استاتیک به همراه با فرکانس دو دور در دقیقه و مدت زمان دو ساعت در روز کشش، تکثیر سلولی را به طور قابل ملاحظه ای افزایش نداد. کیفت ماتریکس خارج سلولی و کشیده شدن فیبرهای سازه، ارتباط مستقیمی با سلولیت داشت و گروه های با بالاترین سلولیت بیشتر افزایش را داشتند. بیان ژن فعالیت سلولی مطابق با بازآرایی بافت شبه تاندونی را نشان داد. علاوه براین، scleraxis، tenasin-C و تنومودولین در گروه های خاصی بعد از هفت روز افزایش بیان داشتند که با فنوتیپ استئوبلاستی، کندروسیتی و آدیپوسیتی همراه بود. پارامترهای محرکی که در این مطالعه بررسی شد نشان داد که فرکانس های آهسته تر و دوره های زمانی کوتاه تر برای کیفیت سازه در مراحل اولیه کشت بهتر است.
Connect Tissue Res. 2017 May 1. doi: 10.1080/03008207.2017.1324431. [Epub ahead of print]
The Effects of Varying Frequency and Duration of Mechanical Stimulation on a Tissue-Engineered Tendon Construct.
Engebretson B1,2, Mussett ZR2, Sikavitsas VI1,2.
Abstract
Decellularized, discarded human tissues like the human umbilical vein, have been widely utilized for tissue engineering applications, including tendon grafts. When recellularized, such natural scaffolds, are cultured in 3D dynamic culture environments (bioreactor systems). For tendon tissue engineered grafts, such systems, often employ oscillatory mechanical stimulation in the form uniaxial tensile strain. The three main parameters of such stimulation are frequency, duration and force. In this study we investigated the effects of changing the duration (0.5, 1, and 2 hours/day) and frequency (0.5, 1, 2 cycles/minute) of stimulation of a human umbilical vein seeded with mesenchymal stem cells cultured for up to 7 days. Strain of the construct was held constant at 2%. The highest proliferation rates were observed in the 0.5 hour/day duration and 1 cycle/minute frequency (203% increase) with a close second being 1 hour/day and 1 cycle/minute frequency (170% increase). Static cultures along with a 2 cycles/minute frequency and a 2 hour/day duration of stretching did not increase cellular proliferation significantly. Extracellular matrix quality and alignment of the construct fibers had a direct relation to cellularity and those groups with the highest cellularity improved the most. Gene expression indicated cellular activity consistent with tendon-like tissue remodeling. In addition, scleraxis, tenascin-C, and tenomodulin were upregulated in certain groups after 7 days, with osteoblast, chondrocyte, and adipocyte phenotypes depressed. The stimulation parameters investigated in this study indicated that slower frequencies and shorter durations were best for construct quality in early stage cultures.
PMID: 28459287