עבודה זו נתמכה על ידי מלגה פוסט-דוקטורטית של NSERC (DWDW), מלגת קרן ARCS (AL) ומכללת UC Davis College of Biological Sciences (KB).

<ol>
	<li>West, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+exercise-induced+biochemical+milieu+enhances+collagen+content+and+tensile+strength+of+engineered+ligaments.">The exercise-induced biochemical milieu enhances collagen content and tensile strength of engineered ligaments.</a> J Physiol. 593 (20), 4665-4675 (2015).</li><li>Booth, F. W., Laye, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lack+of+adequate+appreciation+of+physical+exercise's+complexities+can+pre-empt+appropriate+design+and+interpretation+in+scientific+discovery.">Lack of adequate appreciation of physical exercise's complexities can pre-empt appropriate design and interpretation in scientific discovery.</a> J Physiol. 587 (Pt 23), 5527-5539 (2009).</li><li>Booth, F. W., Hargreaves, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+multi-organ+pathology+from+insufficient+exercise.">Understanding multi-organ pathology from insufficient exercise.</a> J Appl Physiol (1985). 111 (4), 1199-1200 (2011).</li><li>Shearn, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tendon+tissue+engineering:+progress,+challenges,+and+translation+to+the+clinic.">Tendon tissue engineering: progress, challenges, and translation to the clinic.</a> J Musculoskelet Neuronal Interact. 11 (2), 163-173 (2011).</li><li>Liu, C. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+we+should+know+before+using+tissue+engineering+techniques+to+repair+injured+tendons:+a+developmental+biology+perspective.">What we should know before using tissue engineering techniques to repair injured tendons: a developmental biology perspective.</a> Tissue Eng Part B Rev. 17 (3), 165-176 (2011).</li><li>Vunjak-Novakovic, G., Altman, G., Horan, R., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+of+ligaments.">Tissue engineering of ligaments.</a> Annu Rev Biomed Eng. 6, 131-156 (2004).</li><li>Bayer, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+initiation+of+embryonic-like+collagen+fibrillogenesis+by+adult+human+tendon+fibroblasts+when+cultured+under+tension.">The initiation of embryonic-like collagen fibrillogenesis by adult human tendon fibroblasts when cultured under tension.</a> Biomaterials. 31 (18), 4889-4897 (2010).</li><li>Guerquin, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcription+factor+EGR1+directs+tendon+differentiation+and+promotes+tendon+repair.">Transcription factor EGR1 directs tendon differentiation and promotes tendon repair.</a> J Clin Invest. 123 (8), 3564-3576 (2013).</li><li>Ma, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+engineered+bone-ligament-bone+constructs+for+anterior+cruciate+ligament+replacement.">Three-dimensional engineered bone-ligament-bone constructs for anterior cruciate ligament replacement.</a> Tissue Eng Part A. 18 (1-2), 103-116 (2012).</li><li>Hagerty, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+growth+factors+on+both+collagen+synthesis+and+tensile+strength+of+engineered+human+ligaments.">The effect of growth factors on both collagen synthesis and tensile strength of engineered human ligaments.</a> Biomaterials. 33 (27), 6355-6361 (2012).</li><li>Paxton, J. Z., Hagerty, P., Andrick, J. J., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+an+intermittent+stretch+paradigm+using+ERK1/2+phosphorylation+results+in+increased+collagen+synthesis+in+engineered+ligaments.">Optimizing an intermittent stretch paradigm using ERK1/2 phosphorylation results in increased collagen synthesis in engineered ligaments.</a> Tissue Eng Part A. 18 (3-4), 277-284 (2012).</li><li>Safdar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endurance+exercise+rescues+progeroid+aging+and+induces+systemic+mitochondrial+rejuvenation+in+mtDNA+mutator+mice.">Endurance exercise rescues progeroid aging and induces systemic mitochondrial rejuvenation in mtDNA mutator mice.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (10), 4135-4140 (2011).</li><li>Pedersen, B. K., Febbraio, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscles,+exercise+and+obesity:+skeletal+muscle+as+a+secretory+organ.">Muscles, exercise and obesity: skeletal muscle as a secretory organ.</a> Nat Rev Endocrinol. 8 (8), 457-465 (2012).</li><li>Crane, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-stimulated+interleukin-15+is+controlled+by+AMPK+and+regulates+skin+metabolism+and+aging.">Exercise-stimulated interleukin-15 is controlled by AMPK and regulates skin metabolism and aging.</a> Aging Cell. 14 (4), 625-634 (2015).</li><li>Rao, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Meteorin-like+is+a+hormone+that+regulates+immune-adipose+interactions+to+increase+beige+fat+thermogenesis.">Meteorin-like is a hormone that regulates immune-adipose interactions to increase beige fat thermogenesis.</a> Cell. 157 (6), 1279-1291 (2014).</li><li>Aswad, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes+participate+in+the+alteration+of+muscle+homeostasis+during+lipid-induced+insulin+resistance+in+mice.">Exosomes participate in the alteration of muscle homeostasis during lipid-induced insulin resistance in mice.</a> Diabetologia. 57 (10), 2155-2164 (2014).</li><li>Safdar, A., Saleem, A., Tarnopolsky, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+endurance+exercise-derived+exosomes+to+treat+metabolic+diseases.">The potential of endurance exercise-derived exosomes to treat metabolic diseases.</a> Nat Rev Endocrinol. 12 (9), 504-517 (2016).</li><li>Maling, H. M., Stern, D. N., Altland, P. D., Highman, B., Brodie, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physiologic+role+of+the+sympathetic+nervous+system+in+exercise.">The physiologic role of the sympathetic nervous system in exercise.</a> J Pharmacol Exp Ther. 154 (1), 35-45 (1966).</li><li>Pritzlaff, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+acute+exercise+intensity+on+pulsatile+growth+hormone+release+in+men.">Impact of acute exercise intensity on pulsatile growth hormone release in men.</a> J Appl Physiol (1985). 87 (2), 498-504 (1999).</li><li>Creemers, L. B., Jansen, D. C., van Veen-Reurings, A., van den Bos, T., Everts, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microassay+for+the+assessment+of+low+levels+of+hydroxyproline.">Microassay for the assessment of low levels of hydroxyproline.</a> Biotechniques. 22 (4), 656-658 (1997).</li><li>Neuman, R. E., Logan, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+determination+of+hydroxyproline.">The determination of hydroxyproline.</a> J Biol Chem. 184 (1), 299-306 (1950).</li><li>Paxton, J. Z., Donnelly, K., Keatch, R. P., Baar, K., Grover, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+the+longevity+and+strength+in+an+in+vitro+model+of+the+bone-ligament+interface.">Factors affecting the longevity and strength in an in vitro model of the bone-ligament interface.</a> Ann Biomed Eng. 38 (6), 2155-2166 (2010).</li><li>Woessner, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+determination+of+hydroxyproline+in+tissue+and+protein+samples+containing+small+proportions+of+this+imino+acid.">The determination of hydroxyproline in tissue and protein samples containing small proportions of this imino acid.</a> Arch Biochem Biophys. 93, 440-447 (1961).</li><li>Paxton, J. Z., Wudebwe, U. N., Wang, A., Woods, D., Grover, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+sinew+contraction+during+formation+of+tissue-engineered+fibrin-based+ligament+constructs.">Monitoring sinew contraction during formation of tissue-engineered fibrin-based ligament constructs.</a> Tissue Eng Part A. 18 (15-16), 1596-1607 (2012).</li><li>Lee, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estrogen+inhibits+lysyl+oxidase+and+decreases+mechanical+function+in+engineered+ligaments.">Estrogen inhibits lysyl oxidase and decreases mechanical function in engineered ligaments.</a> J Appl Physiol (1985). 118 (10), 1250-1257 (2015).</li><li>Paxton, J. Z., Grover, L. M., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+an+in+vitro+model+of+a+functional+ligament+from+bone+to+bone.">Engineering an in vitro model of a functional ligament from bone to bone.</a> Tissue Eng Part A. 16 (11), 3515-3525 (2010).</li><li>Heinemeier, K., Langberg, H., Kjaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-induced+changes+in+circulating+levels+of+transforming+growth+factor-beta-1+in+humans:+methodological+considerations.">Exercise-induced changes in circulating levels of transforming growth factor-beta-1 in humans: methodological considerations.</a> Eur J Appl Physiol. 90 (1-2), 171-177 (2003).</li><li>Mackey, A. L., Heinemeier, K. M., Koskinen, S. O., Kjaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+adaptation+of+tendon+and+muscle+connective+tissue+to+mechanical+loading.">Dynamic adaptation of tendon and muscle connective tissue to mechanical loading.</a> Connect Tissue Res. 49 (3), 165-168 (2008).</li><li>Psychogios, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+serum+metabolome.">The human serum metabolome.</a> PLoS One. 6 (2), e16957 (2011).</li><li>Nguyen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+resting+and+exercise+serum+from+children+with+cystic+fibrosis+on+C2C12+myoblast+proliferation+in+vitro.">The effects of resting and exercise serum from children with cystic fibrosis on C2C12 myoblast proliferation in vitro.</a> Physiol Rep. 2 (6), e12042 (2014).</li><li>Joyner, M. J., Pedersen, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ten+questions+about+systems+biology.">Ten questions about systems biology.</a> J Physiol. 589 (Pt 5), 1017-1030 (2011).</li><li>Joyner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+sucking+sound:+can+physiology+fill+the+intellectual+void+left+by+the+reductionists?.">Giant sucking sound: can physiology fill the intellectual void left by the reductionists?.</a> J Appl Physiol (1985). 111 (2), 335-342 (2011).</li><li>Benjamin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Where+tendons+and+ligaments+meet+bone:+attachment+sites+('entheses')+in+relation+to+exercise+and/or+mechanical+load.">Where tendons and ligaments meet bone: attachment sites ('entheses') in relation to exercise and/or mechanical load.</a> J Anat. 208 (4), 471-490 (2006).</li><li>Arruda, E. M., Calve, S., Dennis, R. G., Mundy, K., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+variation+of+tibialis+anterior+tendon+mechanics+is+lost+following+denervation.">Regional variation of tibialis anterior tendon mechanics is lost following denervation.</a> J Appl Physiol (1985). 101 (4), 1113-1117 (1985).</li><li>Arendt, E., Dick, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knee+injury+patterns+among+men+and+women+in+collegiate+basketball+and+soccer.+NCAA+data+and+review+of+literature.">Knee injury patterns among men and women in collegiate basketball and soccer. NCAA data and review of literature.</a> Am J Sports Med. 23 (6), 694-701 (1995).</li></ol>

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

כתב היד הנוכחי מתאר מודל של רקמת ליגמנט שהיא פלטפורמה ניסיונית שימושית לחוקרים עם קשת רחבה של נושאים מחקריים, החל בפיתוח רקמות ועד לשאלות טרנסלוציוניות / קליניות. מודל הליגמנט המהונדס המתואר כאן מבוסס על פרוטוקול רב-תכליתי שניתן להתאימו בנקודות שונות לאורך כל תהליך העבודה ( איור 1 ודיון ). יתר על כן, הטבע רדוקציוניזם מטבעו של הסביבה חוץ גופית יכול להיות קרוב יותר לתחום הפיזיולוגי על ידי השלמת התקשורת להאכיל עם מותנה האדם או בסרום החיה. מבנים יכול להיווצר באמצעות fibroblasts ממגוון מקורות בעוד המתודולוגיה ותוצאות נציג המוצגים כאן מבוססים על השימוש fibroblasts ACL העיקרי, פרוטוקול בידוד התא יכול להיות מותאם לאיסוף סוגים אחרים של fibroblasts ראשוני. כפי שתוארבאיור 4 , רצועות מהונדסות שנוצרו עם תאים ראשוניים המבודדים מתורמים אנושיים צעירים מראים שונות נמוכה של התורם. תאים ראשוניים מוגבלים על ידי בידוד ראשוני והגבלת מעבר; את השימוש של שורות תאים עשוי לשפר את reproducibility של ניסויים. השימוש בסוגי תאים אחרים עשויים לדרוש שינויים בתרבית התקשורת תאים וגיבוש ג&#39;ל פיברין. לדוגמה, ראינו כי בתאי גזע mesenchymal האדם (MSCs) אינם מסוגלים ליצור רקמות ליניאריות בין עוגני צמנט brushite במשך 2 שבועות בעוד הסוס מעולה דיגיטליות מכופף פיברובלסטים הגידים, תאי מוח העצם תאים סטרומה, אפרוח חזה fibroblasts , ו Murine C3H10T1 / 2 MSCs במהירות החוזה לעכל את הג &#39;ל פיברין כדי ליצור רקמה ליניארית (תצפיות שלא פורסמו). ניגוד זה עשוי להיות תוצאה של הבדלים בקבלנות התא, התפשטות, וייצור אנזימים פיברינוליטיים. יישום של כימיקליםו גירוי מכני בשיטה המתוארת כאן, רקמות מבוססות פיברין סביב עוגנים צמנט brushite, ומאפשרת את היישום של גירוי מכני באמצעות bioreactor מתיחה 11 , כמו גם עבור בדיקות מתיחה בסוף הנקודה. הנוכחות של המלט brushite מרכך רקמות רכות (enthesis) גם מהווה הזדמנות לחקירה נוספת ושיפור 22 , 26 (ראה סעיף יישומים קליניים להלן). זה בסביבה חוץ גופית , התרומה של גורמים כימיים מכניים ניתן לזהות בקלות רבה יותר; דוגמה לכך מוצגת בתרשים 5 , לפיה הופרדה ההשפעה של סביבת הסרום לאחר האימון מהגירויים המכניים של התרגיל. מחקרים פיילוט עשוי להיות נחוץ כדי לקבוע מסגרת זמן של התערבויות ניסיוניות, הרכב הטיפולים, ואת נקודות הקצה המתאימות כדי לצפות שינוי הנצפה. FoR, במחקר שלאחר הלידה 1 , אורך הטיפול הניסיוני הוגבל על ידי אספקת הסרום ששימש להשלמת חומרי התקשורת, שממנה הורכבו מבנים בכל יום שני. יתר על כן, במהלך השבוע השני של התרבות, התקשורת התרבותית נוספה עם מנוחה או לאחר פעילות גופנית בסרום עם חומצה אסקורבית ו- L-proline נשמר תוך TGF-β1 הוסרה. TGF-β1 הוא גורם גדילה פרו-פיברוטי ידוע, אשר מגביר בסרום לאחר פעילות גופנית 27 . לכן, כדי למנוע הסתרת השפעות TGF-β1 הקשורות לסרום שלאחר האימון, ציטוקין זה לא נשמר בתקשורת התרבותית. זה מודל הנדסה מהונדסים יכול לשמש גם כדי לבדוק את ההשפעה של מתיחה מכנית. על ידי הנדסה לאחור הדוגמאות הדגם להחזיק את המברשת המלט עוגן מסתיים (בדומה בודק מתיחה uniaxial מתואר באיור 1 ), bioreactors למתוח יכול להיות מתוכנן כדי להתאים eng<html> רצועות מוטות. המעבדה שלנו השתמשה בעבר מודל זה כדי לחקור את התגובה איתות מולקולרי של רצועות מהונדסים למתוח מתיחה uniaxial ב bioreactor 11 בהתאמה אישית אשר יספק הבנה טובה יותר עבור תכנון רציונלי של פרדיגמה למתוח במבחנה או אפילו, פוטנציאלית, in vivo מתיחה / פעילות / יישומים טיפוליים. הערכת רצועות מהונדסות כמו בתרבות monolayer המסורתית, 3D בונה יכול להיות assayed עבור ביטוי הגן / חלבון; בנוסף, מורפולוגיה 3D שלהם גם מספק את ההזדמנות להעריך שינויים פונקציונליים מורפולוגיים ומבנים יכול להישמר בתרבות לטווח ארוך מחקרים ( איור 3 ). בעוד שרצועות מהונדסות אינן מקבילות לרצועות הילידים, הבוגרות, הן נושאות דמיון לגידים מתפתחים / מיתרים ומתנהגים באופן דומה לרקמות הילידים בתגובה לחומרים מזינים&quot;26, גורמי גדילה 10 , הורמונים 25 , ופעילות גופנית 11 , 28 לכן, בעוד שהזהירות מוצדקת לפני ביצוע הכללות רחבות מכל מודל במבחנה , תוצאות מבחני רצועות ליגמנט עשויות לחשוף או להודיע ​​על מנגנון פיזיולוגי מסוים שעלול להיות אחר בלתי אפשרי לחקור in vivo. מוסף מדיה להאכיל עם סרום מותנה עבור מודל גמיש ודינמי עם יישומים נרחבים מטבולום הסרום האנושי הוא תרכובת של 4,500 מרכיבים הכוללים, אך לא רק, גליקופרוטאינים, ליפופרוטאינים, נגזרות שומנים, מצעי אנרגיה, מטבוליטים, ויטמינים, אנזימים, הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, ושפע של אבני בניין / ביניים. 29 בדיקה נוספת של מטבוליום בסרום אנושי על פי מחלקות מורכבות 29 מגלה תוספותOnal היתרונות של שילוב נסיוב ניסיוני לתוך ניסויים במבחנה. כלומר, רוב 4500 ~ תרכובות בסרום הם הידרופובי או נגזר שומנים בדם, מדגיש את החשיבות של חלבונים מחייב עבור תחבורה / solubilization. מכאן נובע כי ניסוי מסובך אנדיוגנית התחבורה הדינמיקה התחבורה, ומכאן bioavailability אינטראקציות היעד מורכב, יהיה כמעט בלתי אפשרי. לכן, נסיוב ניסיוני יעיל במיוחד עבור מחקר של תרכובות שידוע כי הם תלויים מולקולות אביזר עבור solubilization, תחבורה, יעד מחייב, מנגנון הפעולה. למעבדה שלנו יש עניין רב בתועלת הבריאותית של פעילות גופנית. פעילות גופנית משפרת את תפקוד הסלולר והאיבר במגוון רחב של רקמות בכל הגוף 12 , תופעה שניתן לייחס למגוון גורמים (לדוגמה, IL-6 13 , IL-15 14 , Meteorin-like 15 ,Exosomes 16 , 17 ) אשר משוחררים לתוך מחזורית מערכתית. הסמינר הביוכימי שלאחר ההתעמלות משקף גורמים המשוחררים הן כתוצאה מהורמונים של שרירים, והן כתוצאה משחרור של מערכת העצבים הסימפתטית של בלוטות הפרשה ( למשל , קורטיזול וקטכולאמינים מבלוטת יותרת הכליה 18) . הורמון מן יותרת המוח הקדמית 19 ). לאחרונה השתמשנו במודל של סרום לפני ואחרי פעילות גופנית כדי לחקור את ההשפעות של האימון הביוכימי הממושך על רקמות מהונדסות. 1 למרות שנותרו שאלות מחקר רבות הקשורות למחקר גופני, המודל אינו מוגבל בדרך זו. לדוגמה, ניתן להשיג סרום, ממקורות בעלי חיים או ממקורות אנושיים, בעקבות התערבויות תזונתיים או פרמקולוגיות, או מקבוצות גיל שונות או מאוכלוסיות קליניותS. בדרך זו, תרכובות אקזוגניות או אנדוגניות של עניין יהיו נוכריות בסרום ובמדיה הטיפולית, בכמויות ביו-זמינות ויפעלו עם רקמת המטרה בתיאום עם הסביבה האנדוגנית ( כלומר , בהקשר פיזיולוגי יותר). גישה זו היא דינמית, שכן קיימת סבירות גבוהה כי התערבות נתונה תפעיל אפקט רב-אברתי (ורב-תרכובות), ולפיכך יחול שינוי בסביבה הפיזיולוגית. בעוד גישה זו מציבה אתגרים מסוימים, שכן משתנים ביוכימיים מערכתיים מרובים משתנים בו זמנית, זוהי גישה שעשויה לסייע להתגבר על החסרונות של מתודולוגיה ניסיונית רדוקציוניסטית בלבד 31 , 32 . יחדיו, ביצוע סרום מותאם יחד עם רקמות מהונדסות ( in vitro biomimetic ) רקמות יכול לשמש ככלי פיזיולוגיה, תזונה ושאלות מחקר קליני. <stronG&gt; יישומים קליניים רבים המודל להנדסת רקמות המוצג כאן יכול לשמש כדי לחקור שאלות אנטומיות קליניות מחקר מסורתיים במודלים חוץ גופית לא יכול. רצועה או גיד in vivo מכיל רך ל-קשה רקמת המעבר האזור שנקרא enthesis. את enthesis, אשר חשוף פגיעה מכנית הקשורות 33 , ניתן ללמוד בחתך רוחב באמצעות טכניקות מיקרוסקופיה היסטוכימית אלקטרונים 22 , 26 . זה ממשק ייחודי חשוב כפליים עבור אלה עם ניידות נמוכה או מוגבלת מאז חוסר פעילות גופנית פוגעת ביכולת של רקמת חיבור להעברת עומס לאזורים של ציות נמוך עד 34 , וכתוצאה מכך בסופו של דבר ירידה כללית של תאימות רקמות סיכון מוגבר לפציעה. המעבדה שלנו השתמשה לאחרונה זה מודל הנדסת רקמות 25 &lt;/ Sup&gt; כדי להדגים אוכלוסייה אחרת, ספורטאיות, הנמצאות בסיכון לפציעות רקמות חיבור: שכיחות פציעות ACL גדולה פי חמישה בקירוב מזכריהן הגברים 35 . מנגנונים פוטנציאליים העומדים בבסיס הפער בין המינים בפגיעה נחקרו על ידי טיפול במבני ליגמנט עם ריכוזים פיזיולוגיים של הורמון המין הנשי, אסטרוגן, בריכוזים שחיקו את השלבים במחזור החודשי. מעניין, ריכוז גבוה של אסטרוגן מעכב את ביטוי הגן ופעילות של lysl oxidase, האנזים העיקרי האחראי ליצירת ליזין ליזין חוצה קישורים מטריצה ​​קולגן של מיתרים וגיידים. חשוב לציין, 48 h של אסטרוגן גבוה (כדי לדמות את השלב follicular) ירד ליגמנט לבנות נוקשות מבלי לשנות את צפיפות הקולגן של המבנים. מנקודת מבט פיזיולוגית, הדבר מעיד על כך שהעליות ברמות הליגמנט אצל הנקבות עשויות לנבוע, לפחות בחלקן,היווצרות קישורים. מנקודת מבט ניסויית, ממצאים אלה מדגישים את התועלת של מודל בניית התלת-ממד, אשר אפשר לבחון את הפעילות המקושרת המקושרת. מנקודת מבט קלינית, מודל זה יכול לשמש כעת במהירות המסך עבור התערבויות שיכולות למנוע את ההשפעות השליליות של אסטרוגן של פונקציה ליגמנט. הערות סיכום כאן הצגנו מתודולוגיה מפורטת להיווצרות של מיתרים מהונדסים ואת התועלת שלהם כמו 3D במודל רקמות במבחנה . המודל מותאם מאוד למגוון רחב של מטרות, מתן גמישות בסוג התא, התערבויות, ואת מדדי התוצאה של עניין. השלמת חומרי הזנה עם סרום מותנה מוסיף הקשר פיזיולוגי כי לא ניתן להשיג בסביבה מסורתית במבחנה , שיפור הדוגמנות של פיזיולוגיה vivo . בקיצור, אנחנו מאמינים שזה מצב רלוונטיL עם השלכות מרגש עבור קידום הן בתחומי הפיזיולוגיה והנדסת רקמות.

פציעות טלאי ופציעות הן נפוצים ויכולים להשפיע על הניידות הרגילה ועל איכות החיים. התערבות כירורגית הוא הכרחי לעתים קרובות אבל יכול להיות הצלחה מוגבלת ומגוונת 4 , 5 . ההבנה הנוכחית של איך הגידים והרצועות לפתח, לבש, להגיב על פגיעה אינה שלמה, ולכן מודלים מחקר יעיל נדרשים כדי לספק תובנה בפיתוח טיפולים יעילים יותר 5 . כדי להתמודד עם פער הידע הזה, ניתן להשתמש במודלים של בעלי חיים, אך במחקרים של vivo מורכבים מטבעם עם קושי בשליטה על הסביבה ומיקוד התערבויות ישירות לרקמות המיועדות. לעומת זאת, הסביבה הניסויית יכול בקלות להיות נשלט, פיקוח במבחנה עם התרבות המסורתית monolayer התא. עם זאת, טכניקה זו עשויה oversimplify הסביבה הכימית מכני ולכן לא יכול recapituמאוחר ההתנהגות vivo של התאים. הנדסת רקמות הוא מסוגל להתחתן עם היתרונות של המורכב בסביבה vivo במודלים של בעלי חיים עם שליטה של ​​הסביבה חוץ גופית מספק כלי נוסף ללמוד פיזיולוגיה. בנוסף, חמושים עם הבנה טובה יותר של התפתחות הליגמנט, הנדסת הרקמות עשוי גם לספק מקור של רקמה שתל כאשר שחזור כירורגי נדרש 6 . לכן, השיטה המתוארת כאן מאמת רקמות במבחנה 3D מהונדסים שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד פונקציה ליגמנט מורפולוגיה. פיברין מבוססי גיד או מבנה הרצועות שימשו כמודל במבחנה כדי ללמוד תהליכים פיזיולוגיים כולל קולגן פיברילוגנזה 7 ופיתוח גיד 8 , כמו גם יישומים translational שבו התועלת שלהם כמו רקמות השתל הוערך מודל כבשים של הקדמי cruCial ligament (ACL) שחזור 9 . המעבדה שלנו הקימה בעבר מודל ליגמנט מהונדס תלת-ממדי המפרש שני מכחולים, חומר סידן פוספט-חלופי, עוגני בטון. מודל זה יכול להיות נתון בתנאים ניסויים שונים בקלות על ידי השלמת התקשורת תרבות עם גורמים ביולוגיים 10 או החלת גירוי מכני 11 . חשוב לציין, מודל זה העצם אל העצם מאפשר ניתוח מעמיק של enthesis, את הממשק בין בוני אלמנטים sinew, אשר רגישים לפציעה. המחקר הדגיש כאן 1 כדי להציג את המתודולוגיה הזו, היינו מעוניינים בהשפעה של שינויים המיוצרים על ידי פעילות גופנית בסביבה הביוכימית על תפקוד הליגמנט. פעילות גופנית משפרת את תפקוד הסלולר ואיבר במגוון רחב של רקמות בכל הגוף 2 , 3 , </suP&gt; 12 , אפקט שניתן לייחס לשחרור של ידועים שונים (למשל, IL-6 13 , IL-15 14 , מטאורין כמו 15 , אקסוסומים 16 , 17 ), וכן גורמים ביוכימיים אחרים לא ידועים שפורסמו לתוך מחזורית מערכתית . יתר על כן, הסביבה שלאחר הביוכימיה מועשרת בהורמונים מגיב פעילות גופנית, ששחרורו מגורה על ידי גירוי מערכת העצבים הסימפתטית של בלוטות הפרשה ( למשל , cortisol ו catecholamines מ בלוטת יותרת הכליה 18 , הורמון גדילה של יותרת המוח הקדמית 19 ). עם זאת, אני vivo n , אי אפשר להבדיל את ההשפעות של גירוי מכני של פעילות גופנית מ מימוש- induced שינויים ביוכימיים. בעוד כמה מחקרים מאופיינים עלייה צפויה של הורמונים במחזור מסוים ציטוקינים בתגובה למימושכפי שצוין לעיל, ישנם גורמים רבים מדי, ידועים ובלתי ידועים, לסכם בנאמנות במבחנה. כלומר, בידוד כמה גורמים עבור מחקר במבחנה מספקת מספקת מענה המורכבות של התגובה הביוכימית. במחקר זה, חקרנו כיצד שינויים בסרום ביוכימי בסרום, הנגרמים על ידי פעילות גופנית, משפיעים על פונקציית הרצועות המהונדסות. כדי לבודד את ההשפעות של השינויים הביוכימיים, השגנו סרום ממשתתפים אנושיים לפני ואחרי התקף של פעילות גופנית התנגדות והשתמשו בו לטפל ברצועות מהונדסים 3D שנוצר באמצעות fibroblasts היברידית הקדמית (ACL) היברידית הקדמית (ACL). באמצעות מודל זה, אנו יכולים לקבל נתונים פונקציונליים, כולל השפעות על תכונות מכניות ותוכן קולגן, כמו גם לכמת את ההשפעות על איתות מולקולרי.

<table><tbody><tr><td>Austerlitz Insect pins, minutien stainless steel, size 0.20</td><td>Entomoravia</td><td>N/A</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>&amp;beta;-tricalcium phosphate</td><td>Plasma Biotal Ltd (Derbyshire, UK)</td><td>N/A</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>o-phosphoric acid, 85% (w/w)</td><td>EMD Millipore</td><td>PX0995</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>Citric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>251275-500g</td><td>For brushite cement anchors</td></tr><tr><td>Falcon 35 mm tissue culture dishes</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-772A</td><td>For silicone-coated plates</td></tr><tr><td>Sylgard 184 silicone elastomer kit</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>4019862</td><td>For silicone-coated plates</td></tr><tr><td>1x Phosphate-buffered saline (PBS)</td><td>Fisher Scientific</td><td>SH3002802</td><td>For cell isolation and expansion</td></tr><tr><td>100x antibiotic/antimycotic solution</td><td>VWR</td><td>45000-616</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Type II collagenase</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>17101015</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>100x penicillin/streptomycin solution</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>15140122</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Steriflip-GP, 0.22&amp;nbsp;&amp;micro;m pore, polyethersulfone, gamma irradiated</td><td>EMD Millipore</td><td>SCGP00525</td><td>For reagent sterilization</td></tr><tr><td>DMEM high glucose with sodium pyruvate and L-glutamine</td><td>VWR</td><td>10-013-CV</td><td>For cell and tissue culture</td></tr><tr><td>Fetal bovine serum</td><td>BioSera</td><td>FBS2000</td><td>Component of tissue digestion media and growth media</td></tr><tr><td>Penicillin G Potassium Salt</td><td>MP Biomedicals</td><td>0219453680 - 100 MU</td><td>Component of growth media. Dissolve in water to 100,000 U/mL, filter sterilize, aliquot, and store at -20&amp;deg;C.</td></tr><tr><td>CELLSTAR polystyrene tissue culture dishes (145 mm x 20 mm)</td><td>VWR</td><td>82050-598</td><td>For cell culture</td></tr><tr><td>Trypan blue</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>T10282</td><td>For cell isolation</td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA (0.25%)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>25200056</td><td>For cell culture. Dilute to 0.05% in PBS</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>472301</td><td>For cell freezing media</td></tr><tr><td>Nalgene Mr. Frosty Cryogenic Freezing Container</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>5100-0001</td><td>For cell freezing</td></tr><tr><td>BD Vacutainer Red Plastic 10 mL</td><td>Fisher Scientific</td><td>367820</td><td>For human serum collection</td></tr><tr><td>Bound Tree Insyte Autoguard IV Catheters, 22 G x 1 inch Needle</td><td>Fisher Scientific</td><td>354221</td><td>For human serum collection</td></tr><tr><td>Thrombin, bovine origin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T4648-1KU</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 200 U/mL in DMEM high glucose media. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Fibrinogen, bovine origin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F8630-5G</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 20 mg/mL in DMEM high glucose media. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Aprotinin from bovine lung</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3428</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 10 mg/mL in water. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>6-Aminohexanoic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>07260-100g</td><td>For engineered ligament formation. Dissolve at 0.1g/mL in water. Filter at 0.22 &amp;mu;m, aliquot, and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>L-Ascorbic acid 2-phosphate sesquimagnesium salt hydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8960-5G</td><td>Component of feed media. Dissolve in DMEM high glucose media at a concentration of 50 mM. Filter at 0.22 &amp;mu;m and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>L-proline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5607-25G</td><td>Component of feed media. Dissolve in PBS at a concentration of 50 mM. Filter at 0.22 &amp;mu;m and store at 4 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Transforming growth factor-&amp;beta;1</td><td>Peprotech</td><td>100-21</td><td>Component of feed media. Reconsistute according to manufacturer&#039;s instructions at a concentration of 10 &amp;mu;g/mL. Aliquot and store at -20 &amp;deg;C.</td></tr><tr><td>Stericup-GP, 0.22&amp;nbsp;&amp;micro;m, polyethersulfone, 250&amp;nbsp;mL, radio-sterilized</td><td>EMD Millipore</td><td>SCGPU02RE</td><td>For reagent sterilization</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>A144-212</td><td>Dilute in water to 6 M</td></tr><tr><td>4-Dimethylaminobenzaldehyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>39070-50g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Chloramine-T trihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402869-100g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>trans-4-Hydroxy-L-proline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H54409-100g</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>1-propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>279544-1L</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Perchloric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>311421-250ml</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Acetic acid, glacial</td><td>EMD Millipore</td><td>AX0073-9</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S318-500</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Toluene, anhydrous</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244511-1L</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr><tr><td>Corning Costar Clear Polystyrene 96-Well Plates</td><td>Fisher Scientific</td><td>07-200-656</td><td>For hydroxyproline assay</td></tr></tbody></table>

treatment of ligament constructs with exercise-conditioned serum: a translational tissue engineering model

ניסויים במבחנה חיוניים להבנת מנגנונים ביולוגיים; עם זאת, הפער בין תרבות רקמת monolayer ופיזיולוגיה אנושית הוא גדול, ואת התרגום של הממצאים הוא לעתים קרובות עניים. לכן, יש מספיק הזדמנויות עבור גישות ניסיוניות אלטרנטיביות. כאן אנו מציגים גישה שבה תאים אנושיים מבודדים מן שרידי רקמת השריר הקדמית של האדם הקדמי, מורחבת בתרבות, ומשמשת ליצירת רצועות מהונדסות. פעילות גופנית משנה את הסביבה הביוכימית בדם, כך שהפונקציה של רקמות רבות, איברים ותהליכים גופניים משופרים. בניסוי זה, התקשורת תרבות הבנייה ליגמנט היה להשלים עם נסיוני האדם בסרום כי כבר &quot;מותנה&quot; על ידי תרגיל. לכן ההתערבות רלוונטית יותר מבחינה ביולוגית, שכן רקמה ניסיונית נחשפת לסביבה הביוכימית האנדוגנית המלאה, כולל חלבונים מחברים ותרכובות נלוות, אשר ניתן לשנותם במקביל לפעילות שלסוכן לא מוכר של עניין. לאחר הטיפול ניתן לנתח מיתרים מהונדסים לתפקוד מכני, לתוכן קולגן, למורפולוגיה ולביוכימיה סלולרית. בסך הכל, ישנם ארבעה יתרונות עיקריים לעומת התרבות monolayer המסורתית מודלים של בעלי חיים, של המודל הפיזיולוגי של רקמות ליגמנט זה מוצג כאן. ראשית, מבנים רצועות הם תלת מימדיים, המאפשרים תכונות מכניות ( כלומר , פונקציה) כגון מתח מתיחה האולטימטיבי, עומס מתיחה מקסימלי, מודולוס, כדי לכמת. שנית, את enthesis, את הממשק בין boney אלמנטים sinew, ניתן לבחון בפירוט ובתוך הקשר פונקציונלי. שלישית, הכנת מדיה בסרום שלאחר האימון מאפשרת את ההשפעות של הסביבה הביוכימית הממושכת, שאחראית על מגוון רחב של הטבות בריאותיות של פעילות גופנית, להיחקר באופן לא משוחק. לבסוף, מודל ניסיוני זה מקדם מחקר מדעי באופן אנושי ואתי על ידי החלפת השימושחיות, המנדט העיקרי של המכון הלאומי לבריאות, המרכז לבקרת מחלות, ומנהל המזון והתרופות.

Watch this Scientific Journal Video about Treatment of Ligament Constructs with Exercise-conditioned Serum: A Translational Tissue Engineering Model at JoVE.com

טיפול בקונסטרוקטים של רצועות בסרום מותנה בפעילות גופנית: מודל להנדסת רקמות תרגום | ביו-הנדסה | וִידֵאוֹ

Treatment of Ligament Constructs with Exercise-conditioned Serum: A Translational Tissue Engineering Model

אנו מציגים מודל של רקמת ליגמנט שבה מבנים תלת-מימדיים מטופלים בסרום המותאם על-ידי התרגיל האנושי ונותחו עבור תוכן קולגן, פונקציה וביוכימיה סלולרית.

טיפול של רצועות ליגמנט עם תרגיל ממוזג בסרום: רקמות תרגום הנדסה דגם

In vitro experiments are essential to understand biological mechanisms; however, the gap between monolayer tissue culture and human physiology is large, ...

treatment-ligament-constructs-with-exercise-conditioned-serum

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Bioengineering

Human Biology

Nutrition and Digestion

SCIENTISTS IN ACTION

13.5K Views.  University of California, Davis.  אנו מציגים מודל של רקמת ליגמנט שבה מבנים תלת-מימדיים מטופלים בסרום המותאם על-ידי התרגיל האנושי ונותחו עבור תוכן קולגן, פונקציה וביוכימיה סלולרית. 

Video: Treatment of Ligament Constructs with Exercise-conditioned Serum: A Translational Tissue Engineering Model

Engineering Fibrin-based Tissue Constructs from Myofibroblasts and Application of Constraints and Strain to Induce Cell and Collagen Reorganization

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim to use these principles to create tissues with predefined collagen architectures. A full understanding of the exact underlying processes of collagen remodeling to control the final tissue architecture, however, is lacking. In particular, little is known about the (re)orientation of collagen fibers in response to changes in tissue mechanical loading conditions. We developed an in&#160;vitro model system, consisting of biaxially-constrained myofibroblast-seeded fibrin constructs, to further elucidate collagen (re)orientation in response to i) reverting biaxial to uniaxial static loading conditions and ii) cyclic uniaxial loading of the biaxially-constrained constructs before and after a change in loading direction, with use of the Flexcell FX4000T loading device. Time-lapse confocal imaging is used to visualize collagen (re)orientation in a nondestructive manner.
Cell and collagen organization in the constructs can be visualized in real-time, and an internal reference system allows us to relocate cells and collagen structures for time-lapse analysis. Various aspects of the model system can be adjusted, like cell source or use of healthy and diseased cells. Additives can be used to further elucidate mechanisms underlying collagen remodeling, by for example adding MMPs or blocking integrins. Shape and size of the construct can be easily adapted to specific needs, resulting in a highly tunable model system to study cell and collagen (re)organization.

This model system starts from a myofibroblast-populated fibrin gel that can be used to study endogenous collagen (re)organization real-time in a nondestructive manner. The model system is very tunable, as it can be used with different cell sources, medium additives, and can be adapted easily to specific needs.

בונה הנדסת רקמות מבוססת הפיברין מmyofibroblasts ויישום של אילוצים ומתח כדי לגרום לתא וקולגן ארגון (בעניין)

Collagen content and organization in developing collagenous tissues can be influenced by local tissue strains and tissue constraint. Tissue engineers aim ...

Surgical Retrieval, Isolation and In vitro Expansion of Human Anterior Cruciate Ligament-derived Cells for Tissue Engineering Applications

Injury to the ACL is a commonly encountered problem in active individuals. Even partial tears of this intra-articular knee ligament lead to biomechanical deficiencies that impair function and stability. Current options for the treatment of partial ACL tears range from nonoperative, conservative management to multiple surgical options, such as: thermal modification, single-bundle repair, complete reconstruction, and reconstruction of the damaged portion of the native ligament. Few studies, if any, have demonstrated any single method for management to be consistently superior, and in many cases patients continue to demonstrate persistent instability and other comorbidities.
The goal of this study is to identify a potential cell source for utilization in the development of a tissue engineered patch that could be implemented in the repair of a partially torn ACL. A novel protocol was developed for the expansion of cells derived from patients undergoing ACL reconstruction. To isolate the cells, minced hACL tissue obtained during ACL reconstruction was digested in a Collagenase solution. Expansion was performed using DMEM/F12 medium supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin/streptomycin (P/S). The cells were then stored at -80 &#186;C or in liquid nitrogen in a freezing medium consisting of DMSO, FBS and the expansion medium. After thawing, the hACL derived cells were then seeded onto a tissue engineered scaffold, PLAGA (Poly lactic-co-glycolic acid) and control Tissue culture polystyrene (TCPS). After 7 days, SEM was performed to compare cellular adhesion to the PLAGA versus the control TCPS. Cellular morphology was evaluated using immunofluorescence staining. SEM (Scanning Electron Microscope) micrographs demonstrated that cells grew and adhered on both PLAGA and TCPS surfaces and were confluent over the entire surfaces by day 7. Immunofluorescence staining showed normal, non-stressed morphological patterns on both surfaces. This technique is promising for applications in ACL regeneration and reconstruction.

Surgical Retrieval, Isolation and In vitro Expansion of Human Anterior Cruciate Ligament-derived Cells for Tissue Engineering Applications

For future applications as a patch to repair partial tears of the Anterior Cruciate Ligament (ACL), human ACL derived cells were isolated from tissue obtained during reconstructive procedures, expanded in vitro and grown on tissue engineered scaffolds. Cellular adhesion and morphology was then performed to confirm biocompatibility on scaffold surface.

אחזור כירורגי, בידוד ו<em&gt; במבחנה</em&gt; הרחבת תאים הצולבות קדמי אדם נגזרים רצועה עבור יישומי הנדסת רקמות

Injury to the ACL is a commonly encountered problem in active individuals. Even partial tears of this intra-articular knee ligament lead to biomechanical ...

Athymic Rat Model for Evaluation of Engineered Anterior Cruciate Ligament Grafts

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without intervention. Current treatment strategies include ligament reconstruction with either autograft or allograft, which each have their associated limitations. Thus, there is interest in designing a tissue-engineered graft for use in ACL reconstruction. We describe the fabrication of an electrospun polymer graft for use in ACL tissue engineering. This polycaprolactone graft is biocompatible, biodegradable, porous, and is comprised of aligned fibers. Because an animal model is necessary to evaluate such a graft, this paper describes an intra-articular athymic rat model of ACL reconstruction that can be used to evaluate engineered grafts, including those seeded with xenogeneic cells. Representative histology and biomechanical testing results at 16 weeks postoperatively are presented, with grafts tested immediately post-implantation and contralateral native ACLs serving as controls. The present study provides a reproducible animal model with which to evaluate tissue engineered ACL grafts, and demonstrates the potential of a regenerative medicine approach to treatment of ACL rupture.

Animal models are important tools for the evaluation of tissue-engineered grafts. This paper presents the protocol for preparing an electrospun biodegradable polymer graft for use in anterior cruciate ligament tissue engineering, as well as a surgical protocol for implantation in a rat model.

Athymic עכברוש מודל להערכת הנדסי קדמי צולב גידים שתלי

Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. Collagen has been extensively used for a wide range of biomedical applications and is considered a valid alternative to synthetic materials due to its inherent biocompatibility (i.e., low antigenicity, inflammation, and cytotoxic responses). However, the limited mechanical properties and the related low hand-ability of collagen gels have hampered their use as scaffold materials for vascular tissue engineering. Therefore, the rationale behind this work was first to engineer cellularized collagen gels into a tubular-shaped geometry and second to enhance smooth muscle cells driven reorganization of collagen matrix to obtain tissues stiff enough to be handled.
The strategy described here is based on the direct assembling of collagen and smooth muscle cells (construct) in a 3D cylindrical geometry with the use of a molding technique. This process requires a maturation period, during which the constructs are cultured in a bioreactor under static conditions (without applied external dynamic mechanical constraints) for 1 or 2 weeks. The &#8220;static bioreactor&#8221; provides a monitored and controlled sterile environment (pH, temperature, gas exchange, nutrient supply and waste removal) to the constructs. During culture period, thickness measurements were performed to evaluate the cells-driven remodeling of the collagen matrix, and glucose consumption and lactate production rates were measured to monitor the cells metabolic activity. Finally, mechanical and viscoelastic properties were assessed for the resulting tubular constructs. To this end, specific protocols and a focused know-how (manipulation, gripping, working in hydrated environment, and so on) were developed to characterize the engineered tissues.

In this work, we present a technique for the rapid fabrication of living vascular tissues by direct culturing of collagen, smooth muscle cells and endothelial cells. In addition, a new protocol for the mechanical characterization of engineered vascular tissues is described.

הנדסת ג&#39;ל קולגן Cellularized 3D לשחזור רקמות וכלי דם

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

A Novel Tenorrhaphy Suture Technique with Tissue Engineered Collagen Graft to Repair Large Tendon Defects

Surgical management of large tendon defects with tendon grafts is challenging, as there are a finite number of sites where donors can be readily identified and used. Currently, this gap is filled with tendon auto-, allo-, xeno-, or artificial grafts, but clinical methods to secure them are not necessarily translatable to animals because of the scale. In order to evaluate new biomaterials or study a tendon graft made up of collagen type 1, we have developed a modified suture technique to help maintain the engineered tendon in alignment with the tendon ends. Mechanical properties of these grafts are inferior to the native tendon. To incorporate engineered tendon into clinically relevant models of loaded repair, a strategy was adopted to offload the tissue engineered tendon graft and allow for the maturation and integration of the engineered tendon in vivo until a mechanically sound neo-tendon was formed. We describe this technique using incorporation of the collagen type 1 tissue engineered tendon construct.

In this paper, we present an in vitro and in situ protocol to repair a tendon gap of up to 1.5 cm by filling it with engineered collagen graft. This was performed by developing a modified suture technique to take the mechanical load until the graft matures into the host tissue.

טכניקת תפירת טנורהאפי חדשנית עם שתל קולגן מהונדס רקמה לתיקון פגמים גדולים בגיד

Surgical management of large tendon defects with tendon grafts is challenging, as there are a finite number of sites where donors can be readily ...

Evaluation of Stem Cell Therapies in a Bilateral Patellar Tendon Injury Model in Rats

Regenerative medicine provides novel alternatives to conditions that challenge traditional treatments. The prevalence and morbidity of tendinopathy across species, combined with the limited healing properties of this tissue, have prompted the search for cellular therapies and propelled the development of experimental models to study their efficacy. Umbilical cord matrix-derived mesenchymal stem cells (UCM-MSC) are appealing candidates because they are abundant, easy to collect, circumvent the ethical concerns and risk of teratoma formation, yet resemble primitive embryonic stem cells more closely than adult tissue-derived MSCs. Significant interest has focused on chitosan as a strategy to enhance the properties of MSCs through spheroid formation. This paper details techniques to isolate UCM-MSCs, prepare spheroids on chitosan film, and analyze the effect of spheroid formation on surface marker expression. Consequently, creation of a bilateral patellar tendon injury model in rats is described for in vivo implantation of UCM-MSC spheroids formed on chitosan film. No complication was observed in the study with respect to morbidity, stress rising effects, or tissue infection. The total functional score of the operated rats at 7 days was lower than that of normal rats, but returned to normal within 28 days after surgery. Histological scores of tissue-healing confirmed the presence of a clot in treated defects evaluated at 7 days, absence of foreign body reaction, and progressing healing at 28 days. This bilateral patella tendon defect model controls inter-individual variation via creation of an internal control in each rat, was associated with acceptable morbidity, and allowed detection of differences between untreated tendons and treatments.

This paper describes the preparation and evaluation of umbilical cord matrix-derived mesenchymal stem cells spheroids with a bilateral patellar tendon defect model in a rat. This model was associated with an acceptable morbidity and was found to detect differences between untreated and treated tendons, and between the two treatments tested.

הערכה של תאי גזע טיפולים במודל פציעת גיד ברך הדו-צדדיים בחולדות

Regenerative medicine provides novel alternatives to conditions that challenge traditional treatments. The prevalence and morbidity of tendinopathy across ...

Medicine

ייצור מכלולי גידי עכבר לחקר אינטראקציות תאיות במחלות

Engineering Tendon Assembloids to Probe Cellular Crosstalk in Disease and Repair

Tendons enable locomotion by transferring muscle forces to bones. They rely on a tough tendon core comprising collagen fibers and stromal cell populations. This load-bearing core is encompassed, nourished, and repaired by a synovial-like tissue layer comprising the extrinsic tendon compartment. Despite this sophisticated design, tendon injuries are common, and clinical treatment still relies on physiotherapy and surgery. The limitations of available experimental model systems have slowed the development of novel disease-modifying treatments and relapse-preventing clinical regimes. 
In vivo human studies are limited to comparing healthy tendons to end-stage diseased or ruptured tissues sampled during repair surgery and do not allow the longitudinal study of the underlying tendon disease. In vivo animal models also present important limits regarding opaque physiological complexity, the ethical burden on the animals, and large economic costs associated with their use. Further, in vivo animal models are poorly suited to systematic probing of drugs and multicellular, multi-tissue interaction pathways. Simpler in vitro model systems have also fallen short. One major reason is a failure to adequately replicate the three-dimensional mechanical loading necessary to meaningfully study tendon cells and their function. 
The new 3D model system presented here alleviates some of these issues by exploiting murine tail tendon core explants. Importantly, these explants are easily accessible in large numbers from a single mouse, retain 3D in situ loading patterns at the cellular level, and feature an in vivo-like extracellular matrix. In this protocol, step-by-step instructions are given on how to augment tendon core explants with collagen hydrogels laden with muscle-derived endothelial cells, tendon-derived fibroblasts, and bone marrow-derived macrophages to substitute disease- and injury-activated cell populations within the extrinsic tendon compartment. It is demonstrated how the resulting tendon assembloids can be challenged mechanically or through defined microenvironmental stimuli to investigate emerging multicellular crosstalk during disease and injury.

מחבר זרקור: קידום מחקר הגידים על ידי פיתוח מכלולי עכברים להבנת מנגנונים תאיים

Here, we present an assembloid model system to mimic tendon cellular crosstalk between the load-bearing tendon core tissue and an extrinsic compartment containing cell populations activated by disease and injury. As an important use case, we demonstrate how the system can be deployed to probe disease-relevant activation of extrinsic endothelial cells.

הנדסת מכלולי גידים לבדיקת הצלבה תאית במחלה ותיקון

Tendons enable locomotion by transferring muscle forces to bones. They rely on a tough tendon core comprising collagen fibers and stromal cell ...

מודל אורגנואיד תלת שלבי למחקר והנדסה של גידים

Demonstration of Self-Assembled Cell Sheet Culture and Manual Generation of a 3D Tendon/Ligament-Like Organoid by using Human Dermal Fibroblasts

Tendons and ligaments (T/L) are strong hierarchically organized structures uniting&#160;the&#160;musculoskeletal system. These tissues have a strictly arranged collagen type&#160;I-rich extracellular matrix (ECM) and T/L-lineage cells mainly positioned in parallel rows. After injury, T/L require a long time for rehabilitation with high failure risk and often unsatisfactory repair outcomes. Despite recent advancements in T/L biology research, one of the remaining challenges is that the T/L field still lacks a standardized differentiation protocol that is able to recapitulate T/L formation process in vitro. For example, bone and fat differentiation of mesenchymal precursor cells require just standard two-dimensional (2D) cell culture and the addition of specific stimulation media. For differentiation to cartilage, three-dimensional (3D) pellet culture and supplementation of TGF&#223; is necessary. However, cell differentiation to tendon needs a very orderly 3D culture model, which ideally should also be subjectable to dynamic mechanical stimulation. We have established a 3-step (expansion, stimulation, and maturation) organoid model to form a 3D rod-like structure out of a self-assembled cell sheet, which delivers a natural microenvironment with its own ECM, autocrine, and paracrine factors. These rod-like organoids have a multi-layered cellular architecture within rich ECM and can be handled quite easily for exposure to static mechanical strain. Here, we demonstrated the 3-step protocol by using commercially available dermal fibroblasts. We could show that this cell type forms robust and ECM-abundant organoids. The described procedure can be further optimized in terms of culture media and optimized toward dynamic axial mechanical stimulation. In the same way, alternative cell sources can be tested for their potential to form T/L organoids and thus undergo T/L differentiation. In sum, the established 3D T/L organoid approach can be used as a model for tendon basic research and even for scaffold-free T/L engineering.

מחבר זרקור: קידום הנדסת רקמות גידים עם מודלים אורגנואידים תלת ממדיים

Herein, we demonstrate a three-step organoid model (two-dimensional [2D] expansion, 2D stimulation, three-dimensional [3D] maturation) offering a promising tool for tendon fundamental research and a potential scaffold-free method for tendon tissue engineering.

הדגמה של תרבית יריעות תאים בהרכבה עצמית ויצירה ידנית של אורגנואיד תלת-ממדי דמוי גיד/רצועה באמצעות פיברובלסטים עוריים אנושיים

Tendons and ligaments (T/L) are strong hierarchically organized structures uniting&#160;the&#160;musculoskeletal system. These tissues have a strictly ...

טיפול של רצועות ליגמנט עם תרגיל ממוזג בסרום: רקמות תרגום הנדסה דגם

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

בונה הנדסת רקמות מבוססת הפיברין מmyofibroblasts ויישום של אילוצים ומתח כדי לגרום לתא וקולגן ארגון (בעניין)

אחזור כירורגי, בידוד ו

Athymic עכברוש מודל להערכת הנדסי קדמי צולב גידים שתלי

הנדסת ג'ל קולגן Cellularized 3D לשחזור רקמות וכלי דם

טכניקת תפירת טנורהאפי חדשנית עם שתל קולגן מהונדס רקמה לתיקון פגמים גדולים בגיד

הערכה של תאי גזע טיפולים במודל פציעת גיד ברך הדו-צדדיים בחולדות

הנדסת מכלולי גידים לבדיקת הצלבה תאית במחלה ותיקון

הנדסת מכלולי גידים לבדיקת הצלבה תאית במחלה ותיקון

הנדסת מכלולי גידים לבדיקת הצלבה תאית במחלה ותיקון

הדגמה של תרבית יריעות תאים בהרכבה עצמית ויצירה ידנית של אורגנואיד תלת-ממדי דמוי גיד/רצועה באמצעות פיברובלסטים עוריים אנושיים