一个多轴生物反应器系统,将目标数量的应变能量应用于3D细胞结构
Amevi M Semodji1, John B Everingham2, Katherine A Hollar2
1Biomedical Engineering Doctoral Program, Boise State University, Boise, ID, USA.
Journal of the mechanical behavior of biomedical materials
|April 13, 2025
概括
研究人员开发了一种新的生物反应器,以精确控制3D组织结构中的应变能量. 这一进步可以测试基于能量的机械生物学理论,并支持肌肉骨组织工程.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 机械生物学 机械生物学
- 组织工程是组织工程.
背景情况:
- 循环机械刺激驱动肌肉骨组织重塑,但潜在的物理机制仍然不清楚.
- 假设细胞外矩阵重塑在组织变形期间由应变能量调节.
- 现有的体外试验方法缺乏在3D细胞结构中在生理负荷下精确控制应变能量的能力.
研究的目的:
- 设计和验证一个多轴生物反应器,能够将有针对性的应变能量应用于3D标本.
- 为了研究基于菌株能量的机械生物学理论.
- 通过提供受控的实验平台,推进肌肉骨组织工程.
主要方法:
- 一个多轴生物反应器被设计为同时施加循环拉伸和压缩负荷.
- 开发了一种数值方法来计算和分离总应变能量到扭曲和液态元件.
- 在各种压力条件下,控制系统调整负载以达到用户指定的应变能量水平.
主要成果:
- 生物反应器在单轴和双轴负载下准确地将目标应变能量 (100 J/m3) 传递给非细胞支架,误差为<5%.
- 与向菌株能量培养的纤维细胞种子原体支架显示,与对照组相比,细胞活力显著增加.
- 该系统成功地将受控应变能量应用于3D细胞结构.
结论:
- 开发的多轴生物反应器精确地控制了3D结构中的应变能量,克服了以前的实验限制.
- 这种方法有助于在肌肉骨组织工程中测试基于能量的机械生物学理论.
- 控制应变能量的能力为推进组织再生和工程战略提供了一个有希望的途径.
