高保真组织工程的重建的病人Auricles儿科小耳症和其他耳畸形.doc
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1、高保真组织工程的重建的病人Auricles儿科小耳症和其他耳畸形 阿莉莎j瑞邮件, 康塞普西翁卡夫卡, 卡琳娜a埃尔南德斯, 萨曼莎Popa, 贾斯汀l佩雷斯, 雪莉周, Satadru Pramanik, 布莱恩布朗, 赢得Seuk Ryu, Lawrence j . Bonassar, 杰森a斯佩克特 文章 关于作者 指标 评论 相关内容12Hide Figures 文摘 介绍 方法 结果 讨论 结论 鸣谢 作者贡献 引用 读者评论(2) 数据文摘介绍自体技术进行改造的小儿小耳症常常导致次优的审美效果和发病率在肋软骨施主能级。因此,我们试图结合数字摄影测量与CAD / CAM技术发展I型胶
2、原水凝胶支架和各自的模具,将精确地模拟正常的解剖学的病人外耳以及概括复杂的生物力学属性的本地耳的弹性软骨,同时避免了传统的自体重建发病率。方法三维结构的正常儿童的耳朵被数字化并转换为虚拟固体为模具设计。基于图像的重建这些耳朵合成制作I型胶原水凝胶。一半被播种与牛耳软骨细胞。细胞和非细胞结构被植入皮下注射在大鼠背部的裸体和收获后1和3个月。结果总检查显示,非细胞植入物有显著减少在大小1月。蜂窝结构保留他们的轮廓/投影从动物的背部,甚至3个月后。收获后的重量显著增加细胞结构比非细胞结构在1和3个月。红色料o染色显示,细胞结构的证据图片展示了自组装层和丰富的neocartilage沉积。1月Verh
3、oeff染色的细胞构造显示更始弹性软骨淀积,这是更广泛的和健壮的3个月后。平衡系数和水力渗透的细胞结构没有显著不同于本地牛耳软骨3个月后。结论我们已经开发出高保真,生物相容性,为组织工程化构建病人心房重构,主要模拟原生生物和组织学上,耳廓都即使经过一段时期的注入。这个策略有很大的潜在的耐久病人组织工程化解剖学上适当的心房重构在未来。引用:瑞AJ,卡夫卡C,埃尔南德斯卡,Popa年代,佩雷斯杰,et al。(2013)高保真组织工程的重建的病人Auricles儿科小耳症和其他耳畸形。PLoS ONE 8(2):e56506。doi:10.1371 / journal.pone.0056506编辑
4、器:小明他,俄亥俄州立大学,美利坚合众国收到:2012年11月1日;接受:2013年1月14日;发表:2013年2月20日版权:2013瑞et al。这是一个开放式的文章分布式的条款下知识共享署名许可协议,允许不受限制地使用、分配和复制在任何形式的媒体中,但原作者和来源被认为。资助:这项工作是支持部分由露丝lKirschstein国家研究服务奖(NRSA)机构研究培训格兰特双HL083824-05(瑞博士)和摩根种子格兰特奖协作多学科研究在组织工程(Drs。斯佩克特和Bonassar)。资助者们没有参与研究设计、数据收集和分析、决策,或准备出版的手稿。利益冲突:作者宣称没有利益冲突存在。介绍据
5、报道,小耳症发生在0.83到4.34每10000人口的出生,有更高的发病率在男性和那些亚洲遗产1。虽然小耳症的诊断包括一系列的表型,从“温和的结构异常,没有完整的耳朵,“1即使是很小的情况下可能引发心理问题由于实际或感知到的缺陷及其影响社会心理功能。自体的重建技术,收获、肋软骨雕刻重建的三维结构耳廓,在periauricular植入皮肤,是当前黄金标准重建小耳症2和其他耳畸形。在这种方法的好处是长期稳定2,3,4,5,一个高程度的生物相容性6,没有抗原性3,可能与患者移植物生长成熟后2,3,4。尽管有这些优点,使用自体肋软骨产生许多缺陷,包括有限的捐助网站供应4,5,7和重大捐赠站点发病率2,
6、3,4,5,7,8,9。其它值得注意的相关缺点与这种方法是巨大的困难来雕刻一个解剖学上正确固有病人耳的传真3,4,7以及无法对肋软骨充分近似复杂的生物力学性质的本地耳的弹性软骨3,9,所有这些导致次优的审美效果。由于这些原因,组织工程驱动型解决方案一直寻求耳的重建。这种策略需要制造一个脚手架(无论是自然派生、合成,或两者的组合)关键的三维结构原生外耳,然后可以播种与软骨细胞和随后植入接收者。随着时间的推移,这些移植软骨细胞会分泌一种新的弹性软骨基质,从而取代原来的脚手架,同时保持它的轮廓。事实上,执行这个策略之前,许多临床和未遂商用合成聚合物已经被评估为这个目的。他们使用的好处包括丰富的供应,
7、一致性行为,并且能够被精确地雕刻成所需的配置2,9。然而,就像所有的无血管的合成材料,这些聚合物有限增加感染的易感性和挤压的风险,以及由于不良并发症,宿主免疫应答的生物相容性2,8,9,潜在的炎性降解产物,和未知的寿命和稳定性2,9.在合成材料最常见的用于组织工程化心房重构(FDA批准)聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸(PLA)4,8,9,聚合物通常一起使用由于细胞相容性的前和维护强度随时间的后者。尽管他们的频繁使用,然而,这些材料已经被指出煽动不必要的炎性反应2,3,由于一些产品的解放军退化6,7。此外,高密度多孔聚乙烯(特)支架的生物相容性和经常使用的,而在其他临床对于重建目的解剖区域,相当刚性
8、与耳的原生软骨3和相关的比率增加感染和挤压10,从而导致次优的重建。合成(即。、泊洛沙姆)和自然派生水凝胶(即。、海藻酸、琼脂糖、或纤维蛋白)同样被评为为心房组织工程支架基质作为他们很容易成型,潜在的注射剂,”提供一个好客的三维支持矩阵”中包含的细胞3。而生物降解和临床应用,纤维蛋白水凝胶是受到他们的低抗拉强度和可怜的外科处理,因此是最常用的涂层材料,增加他们少生物相容性的细胞相容性4,11.如纤维蛋白,细胞外基质成分胶原蛋白丰富,生物相容性,可用于水凝胶形成12。事实上,胶原蛋白水凝胶被利用之前为软骨组织工程应用,尽管混合结果包括无法独立地保持原铸造尺寸没有使用一个内部支持12,13.最近爆
9、发的数字技术,计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD / CAM)技术已成为一个可行的手段制造特定的三维结构基于虚拟映像。尽管巨大的潜在的CAD / CAM方法提供现场的组织工程化小耳症重建,几组有效的应用了这一技术对耳的脚手架制造7,14。此外,数字采集三维数据通常依赖于形式如计算机断层扫描7,这是昂贵的和传授有害的电离辐射。因此,我们试图结合数字摄影测量与CAD / CAM技术发展高密度I型胶原水凝胶支架和各自的模具,将精确地模拟正常的解剖学的病人外耳以及概括复杂的生物力学属性的本地耳的弹性软骨,同时避免了传统的自体重建发病率。方法伦理语句所有的动物保健和实验程序符合指导的护理和使用实验动
10、物15和被批准的威尔康奈尔医学院动物保健和使用委员会制度(协议# 2011 - 0036)。所有的努力都是为了减少痛苦。隔离软骨细胞牛的耳软骨细胞分离(如所述)16。简单地说,耳朵取自新鲜屠宰的1 - 3天老小牛(金牌包装,欧立斯康尼号,纽约)。耳软骨大幅切割从周围皮肤和软骨膜在无菌条件。软骨是组成1 mm3碎片,一夜之间在0.3%胶原酶消化,100g /毫升和100g霉素,链霉素在Dulbecco /毫升的修改过的鹰的介质(DMEM)。第二天,这些细胞被过滤,水洗,并清点。构造设计和模具制造模具为一代耳结构的设计来自于人类的耳朵获得的数字图像从三维(3 d)摄影测量。的高分辨率图像的耳五岁女
11、性获得了使用控件快速三维数字化仪(3030数字化仪,蒙特利,CA)。通过将扫描到的区域的耳朵,大约15电弧集中在耳朵的,几何形状的耳廓,获得了在解决15m大约60秒。这些图像处理PlyEdit随后使用软件(控件,Inc .,蒙特利,CA),首先删除数字噪声和随后编辑来生成图像与一个连续的表面(图1).下载: pptPowerPoint幻灯片 PNG大图(353489年Bytes) Tiff原始图像(427298年Bytes)图1。数字化过程对人类的耳朵。解剖一个5岁的女性是扫描(a,D),经加工去除噪声(B,E),和数字雕刻得到适当的曲率的前部分的耳朵(C、F)。矢状(得了)和虫眼(D F)的
12、观点。doi:10.1371 / journal.pone.0056506.g001这些图像被转换为解决(stl)文件使用Studio 4.0(Geomagic,Morrisville、数控)并导入到SolidWorks(达索系统公司,沃尔瑟姆,MA)。图像的3 d的耳朵被嵌入到一个虚拟块腔,用来设计一个7部分模具使用部分功能在SolidWorks(图2)。每个模具零件是打印出来的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料使用Stratasys公司2000的3 d打印机FDM(伊甸草原、锰)。使用前,所有模具都由洗涤消毒与来苏(日前,NJ)后跟一个1小时浸泡在70%的乙醇,被允许蒸发30分钟在一个无菌的
13、生物安全柜。下载: pptPowerPoint幻灯片 PNG大图(311914年Bytes) Tiff原始图像(365928年Bytes)图2。模具设计基于耳解剖。数字图像的耳朵(A)被用来设计7部分模具(磁化)通过嵌入固体图像耳朵到虚拟块。doi:10.1371 / journal.pone.0056506.g002植入制造胶原蛋白的提取和重建植入成型如前所述17,18。简单地说,肌腱摘除从7 - 8传来混合性别斯普拉格老鼠尾巴和悬浮在0.1%乙酸在150毫升/克腱至少48小时在4C。胶原蛋白的解决方案是centrifuged 90分钟在4500转4C时。明确上清当时收集和冻干,颗粒被丢弃。
14、胶原蛋白原液被重新构成一个20毫克/毫升胶原蛋白在0.1%醋酸。胶原蛋白溶液的股票是回到pH值7.0和维持在300 mOsm通过混合使用适当数量的1 n氢氧化钠,10磷酸缓冲盐(PBS),以及1PBS如前所述17,19。这种胶原蛋白溶液立即被混在一起的细胞和媒体和注入耳模具使用注射器活塞系统获得最后的胶原蛋白浓度的10毫克/毫升,最后细胞浓度的25106细胞/毫升。单独的非细胞结构都通过同样的过程,不涉及悬挂的细胞胶原蛋白。模具被允许凝胶为50分钟37C。50分后,耳朵构造中取出模具和培养在媒体组成,10%胎牛血清DMEM /毫升,100g青霉素、链霉素、g 100 /毫升0.1毫米的非必需氨
15、基酸,50g /毫升抗坏血酸盐,和0.4毫米l脯氨酸。样品在这个媒体培养3 - 5天,直到着床。共有16个细胞和9非细胞样本生成这个研究。两个细胞的结构被排除体外分析由于血清肿的形成。体内植入十岁的男性无胸腺的裸大鼠(RNU;查尔斯河,威明顿MA)被用于体内研究。动物是通过腹腔注射氯胺酮麻醉(80毫克/公斤)和甲苯噻嗪(8毫克/公斤)。麻醉诱导后,动物的背部,depilated刮脸,猎户座和聚维酮碘,并适当覆盖。所有的动物都收到了皮下注射的丁丙诺啡(0.1毫克/公斤)和腹腔注射头孢唑啉(11毫克/公斤)之前的手术操作。一个口子然后使上覆的背,最小的皮下口袋,将容纳植入( 45厘米)是切割在松软
16、的皮下结缔组织。一个非细胞或细胞植入之后就被插入并适当取向。切口封闭伤口与金属夹和一个无菌闭塞性敷料被放置在麻醉复苏之前。献祭动物通过二氧化碳窒息和双边胸廓切开术后1或3个月。构造收获和他们的体重记录。构造长度测量沿小叶螺旋轴。构建宽度定义为最大的尺寸测量沿一个轴垂直于小叶螺旋轴(图3)。一半的每个标本是快速冷冻在液态氮的生物力学分析,其余部分被固定在10%中性缓冲福尔马林48小时前,组织学分析。下载: pptPowerPoint幻灯片 PNG大图(3.58MB) Tiff原始图像(2.84MB)图3。示意图表示的长度和宽度的测量。构造长度测量沿小叶螺旋轴。构建宽度定义为最大的尺寸测量沿一个轴
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