摘要
最近對(duì)去細(xì)胞化組織工程心臟瓣膜（DTEHVs）的研究表明，隨著時(shí)間的推移，宿主細(xì)胞再造迅速，瓣膜功能不全隨時(shí)間推移而增加，與小葉縮短有關(guān)。使用計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)了對(duì)這一結(jié)果的可能解釋，該模擬揭示了在承受生理壓力條件時(shí)原始瓣膜幾何形狀中的徑向小葉壓縮。因此，建議改進(jìn)幾何形狀，使徑向小葉延伸能夠抵消宿主細(xì)胞介導(dǎo)的縮回。在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種解決方案，通過(guò)在培養(yǎng)過(guò)程中使用約束生物反應(yīng)器插入物來(lái)施加這種新幾何形狀。基于人類細(xì)胞的DTEHV（n = 5）就是這樣產(chǎn)生的，導(dǎo)致擴(kuò)大的凝血面積和深刻的腹部彎曲。細(xì)胞外基質(zhì)分布均勻，在凝聚區(qū)具有圓周膠原排列和整體組織各向異性。基于體外功能實(shí)驗(yàn)，這些DTEHV在生理性肺條件下表現(xiàn)出稱職的流體動(dòng)力學(xué)功能，并且具有抗疲勞性，在體內(nèi)模擬中具有長(zhǎng)達(dá)16周的穩(wěn)定功能?；趯?shí)施的機(jī)械數(shù)據(jù)，我們的計(jì)算模型顯示，通過(guò)獲得的幾何調(diào)整，橈骨組織壓迫顯著降低。因此，這些改進(jìn)的DTEHV預(yù)計(jì)不易發(fā)生宿主細(xì)胞介導(dǎo)的小葉縮回，并且在植入后仍將保持能力。
使用雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)（BioTester，5 N稱重傳感器;CellScale，滑鐵盧，加拿大）與LabJoy軟件（V8.01，CellScale）結(jié)合使用。兩個(gè)方形樣品（36 mm2每個(gè)）每個(gè)瓣膜都對(duì)稱地從腹部區(qū)域切開。使用電子卡尺（CD-15CPX，日本三豐）在3個(gè)隨機(jī)位置測(cè)量樣品厚度并取平均值。樣品在徑向和圓周方向上均等側(cè)拉伸至20%的應(yīng)變，應(yīng)變率為每分鐘*。拉伸后，樣品以每分鐘*的應(yīng)變率恢復(fù)到0%應(yīng)變，然后靜置54 s。在測(cè)量最終應(yīng)力之前，樣品用其中的5個(gè)循環(huán)進(jìn)行預(yù)處理。在徑向和圓周方向上通過(guò)每個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)集擬合了高階多項(xiàng)式曲線。組織的剛度由切線模量表示，并定義為在20%應(yīng)變下與擬合多項(xiàng)式曲線的切線。
控制閥的平均拉伸曲線顯示，在徑向方向上，柯西應(yīng)力范圍在徑向200-300 kPa之間，在20%應(yīng)變下在圓周方向上在300-400 kPa之間（圖6a），表明組織各向異性。從所有閥門的平均等雙軸拉伸試驗(yàn)中，與徑向（p = 0.035）相比，圓周方向的切線模量顯著高于徑向（p = 0.035），分別為3.59±0.95和2.47±20%應(yīng)變時(shí)為0.74 MPa（圖6b）。
DTEHV的機(jī)械性能。從對(duì)照組的徑向和圓周方向的等雙軸拉伸試驗(yàn)中獲得的平均應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線顯示柯西應(yīng)力范圍在200-400 kPa（a）之間。擬合曲線用作計(jì)算模擬 （a） 的材料參數(shù)。計(jì)算出的所有DTEHV的切線模量顯示，與徑向相比，圓周方向的組織剛度顯著增加（*p = 0.035）（b）。所有值都表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
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由于其定向取向的微觀結(jié)構(gòu)，雙軸測(cè)試對(duì)于理解生物材料的機(jī)械性能而言是至關(guān)重要的。BioTester系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使雙軸測(cè)試變得簡(jiǎn)單，使用戶可以專注于結(jié)果而不是測(cè)試本身。BioTester彈性模量力學(xué)試驗(yàn)機(jī)
4個(gè)高性能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶有直列加載傳感器
使用基于圖像應(yīng)變測(cè)量工具的高分辨率CCD成像
包括BioRakes在內(nèi)的多種附著選項(xiàng)，可快速可靠地安裝樣品
集成溫控介質(zhì)浴
功能齊全的用戶界面軟件，可進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋的簡(jiǎn)單、循環(huán)、松弛和多模式測(cè)試
BioRake樣品安裝系統(tǒng)使用了CellScale技術(shù)的附著軟組織和生物材料的方法。
每根尖齒都經(jīng)過(guò)電化學(xué)銳化，可以輕松刺穿最硬和最脆弱的組織樣本。每套都地連接到一個(gè)共同的基座，可以同時(shí)刺穿所有20個(gè)連接點(diǎn)。磁力安裝的BioRakes便于清潔或更換，可以實(shí)現(xiàn)BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間的輕松轉(zhuǎn)換。
進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用手動(dòng)升降機(jī)構(gòu)將樣本定位并升高到位，并施加壓力以將鉤子插入組織中。樣品因此可以在幾秒鐘內(nèi)安裝好并做好分析準(zhǔn)備。安裝一氣呵成、準(zhǔn)確易操作。
BioRakes的齒間距從0.7毫米到2.2毫米不等，以適應(yīng)從3到15毫米大小的標(biāo)本。
兩個(gè)雙端定制縫合鉤被用來(lái)在樣品的每一側(cè)上創(chuàng)建4個(gè)附著點(diǎn)。兩級(jí)不銹鋼滑輪機(jī)構(gòu)確保在測(cè)試過(guò)程中每根縫線保持相同的張力。
滑輪機(jī)構(gòu)采用磁性安裝方式，便于拆卸清潔，并使BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間輕松過(guò)渡。
使用十字形試樣可以讓比基礎(chǔ)材料更弱的附著位置遠(yuǎn)離試樣的測(cè)量區(qū)域移動(dòng)。夾具讓樣品可以很容易地加載并且牢固地就位。
不銹鋼夾緊機(jī)構(gòu)安裝在與其他附著系統(tǒng)相同的支架上，以便在BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間快速簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換。
還可以進(jìn)行定制夾具設(shè)計(jì)，以適應(yīng)您的組織對(duì)夾緊力和夾緊表面的要求。
測(cè)試參數(shù)（如位移量、持續(xù)時(shí)間和數(shù)據(jù)/圖像采集速率）以表格格式，以便快速訪問(wèn)和修改。位移和受力測(cè)試都可以針對(duì)每個(gè)軸獨(dú)立。一旦建立了協(xié)議，就可以使用模板系統(tǒng)快速重新加載所需的測(cè)試參數(shù)。
軟件界面在測(cè)試設(shè)置期間向用戶提供實(shí)時(shí)成像和當(dāng)前的力、位置和溫度的信息。在測(cè)試運(yùn)行時(shí)，軟件提供實(shí)時(shí)結(jié)果圖形和實(shí)時(shí)視頻饋送，以方便用戶監(jiān)視測(cè)試進(jìn)度。BioTester彈性模量力學(xué)試驗(yàn)機(jī)
如果詢問(wèn)使用我們?cè)O(shè)備的用戶，他們會(huì)很快告訴您這個(gè)軟件包是多么的直觀和有用。
BioTester包含一個(gè)圖像分析軟件模塊，可用于查看和分析測(cè)試圖像，提供有價(jià)值的定量和定性信息。該模塊可以用來(lái)導(dǎo)出用于演示目的.avi視頻或帶有數(shù)據(jù)疊加層的圖像。
BioTester包含一個(gè)高分辨率的相機(jī)，在測(cè)試過(guò)程中可以很好地觀察樣品。所收集的圖像（按用戶輸入的頻率）自動(dòng)和力位移數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間關(guān)聯(lián)，以便軟件模塊可以將所有的測(cè)試信息供用戶選用。
軟件模塊的圖像跟蹤功能可以快速輕松地分析測(cè)試圖像，以確定樣本表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)跟蹤信息提供了直接的標(biāo)本應(yīng)變測(cè)量，而不依靠由夾點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算的應(yīng)變。通過(guò)追蹤多點(diǎn)組成的網(wǎng)格，可以研究樣品不同區(qū)域的應(yīng)變。
Chung-Hao Lee教授 (Oklahoma) 關(guān)于瓣膜
BioTester圖像跟蹤示例
丹佛大學(xué)心臟組織測(cè)試
KU Leuven的心血管組織測(cè)試
內(nèi)布拉斯加大學(xué)的動(dòng)脈壁測(cè)試
在滑鐵盧大學(xué)進(jìn)行腰椎間盤組織測(cè)試
BioTester 演示
用縫線進(jìn)行BioTester測(cè)試
| 外形尺寸 | 60 X 60 X 80cm |
| 重量 | 18kg |
| 力的大小 | 23N |
| 可用的加載傳感器 | 0.5, 1.5, 2.5, 5, 10, 23N |
| 力的準(zhǔn)確性 | 加載傳感器容量0.2% |
| 最大夾點(diǎn)分離 | 80mm |
| 最大速度 | 10mm/s |
| 最大循環(huán)頻率 | 2Hz |
| 最大數(shù)據(jù)速率 | 100Hz |
