MT Holley, Regents Louisiana Board of Graduate Fellows programı tarafından desteklenmektedir ve C. Danielson, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Profesör Programı tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma NSF Grant No: 1530884 tarafından desteklenmektedir.

Burada açıklanan tüm prosedürler, onaylanmış bir protokol kullanılarak ve Notre Dame Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi düzenlemelerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. 1. Hücre Tohumculuğu ve Kültürü <ol><li> Başlamadan önce gerekli öğeleri hazırlayın: küçük bir huni, pipetler ve% 10 Fetal Sığır Serumu (FBS) ve% 1 penisilin antibiyotiği (DMEM tamamlanmış) ile takviye edilmiş sıcak Dulbecco Modifiye Kartal Ortamı (DMEM). </li><li> Içinde T-25 şişeleri işlevselleştirilmiş cihaz (biyolojik aktüatör veya biorobot) ile birlikte alın. Aygıt hazırlama, işlevselleştirme ve hücre ekiminden önce depolamayla ilgili ayrıntılar için bu iki bölümlü elyazmasının 1. Bölümünün 4. Bölümüne bakın. </li><li> Küçük, kare plastik bir levha yuvarlayarak yapılabilecek bir huniyi hazırlayın. T-25 şişesinin içindeki biyolojik harekete geçiriciye veya biyolojik botun üzerine yerleştirin. Cihazın tamamına uyacak şekilde geniş uç çapını ayarlayınVe yükseklik, böylece şişenin üstü sıkıldığı zaman rahatça uyması için. <ol><li> Biorobotlar için, tohumlama işlemi boyunca cihazı şişeyi altta tutmak için bir mıknatıs kullanın. Not: Burada, tek bir neodimyum diskli mıknatıs (çap olarak 1.26 &quot;) kullanılmıştır, ancak biorobot&#39;u manyetik nikel-PDMS bileşik tabanı ile tutmak için benzer boyut ve mukavemete sahip herhangi bir mıknatıs kullanılabilir. </li><li> En az 30 dakika önce plastik tabletin UV sterilizasyonu. </li></ol></li><li> Huninin tabanı ile balon arasında büyük bir boşluk olmadığından emin olun. </li><li> 1.6 x 10 7 hücre / mL&#39;lik bir yoğunluğa sahip olan DMEM&#39;de kardiyomiyositleri tekrar süspansiyon haline getirin ve huniden cihazı yavaşça süspansiyon 400 μL bırakın. Elde edilen hücre sayısını belirlemek için bir hemocytometer veya başka bir hücre sayacı kullanın. </li><li> Cihazı ve huniyi zahmetsizce yavaş yavaş inkübatöre taşıyınhin. 37 ° C&#39;de 24 saat kültür. </li><li> Kuluçka döneminden sonra yavaşça huniyi çıkarın, numuneyi yavaşça PBS ile yıkayın ve balona tam 10 mL taze DMEM ile tekrar doldurun. Not: Biorobotlar için mıknatısı çıkarın, böylece cihaz yüzer hale gelir. </li></ol> 2. Biyokimyasal Karakterizasyon <ol><li> Kalsiyum akı deneyi Not: Kalsiyum akı tahlili, hücre bağlantısızlığını değerlendirmek için yapılır. Hücrelerin flüoresan, kalsiyum iyonuna özgü boya ile yüklenmesi prosedürü, önceden kurulmuş bir protokol 11&#39;de tarif edilen işlemi takip eder. <ol><li> Önce gerekli malzemeleri, kalsiyum fluo-4-asetometil (AM) esteri, noniyonik sürfaktan poliolünü ( Malzeme Tablosuna bakınız ) ve Tyrode tuz çözeltisini hazırlayın . </li><li> Cihazı kullanarak, uzun cımbız kullanarak, kültür şişesinden yavaşça, 2 mL Tyrode tuz solüsyonu ile 35 mm&#39;lik bir Petri kabına aktarın<html> siyon. </li><li> Ayrı bir santrifüj tüpünde, 1 mL sıcak Tyrode solüsyonu (37 ° C&#39;ye kadar ısıtıldı) ve 3-5 μL stok kalsiyum fluo-4 AM boyası (çalışma konsantrasyonu: 3-5 uM) ve iyonik olmayan yüzey aktif maddenin eşit bir parçası ekleyin Poliol (çalışma konsantrasyonu:% 0.2). Örnek solüsyonu, kalsiyum indikatör boya, fluo-4 ve% 0.2 noniyonik sürfaktan ile takviye edilmiş sıcak Tyrode solüsyonu ile değiştirin. 37 ° C&#39;de 25-30 dakika inkübe edin. </li><li> Boya çözeltisini çıkarın ve numuneyi taze Tyrode çözeltisiyle hafifçe yıkayın. Görüntülemeden önce numuneyi 37 ° C&#39;de 30 dakika daha tamamlamak için 2 mL&#39;lik yeni DMEM&#39;de tekrar inkübe edin. Not: Bu tahlilin sonuçları ve ilgili video daha önce yayınlanan çalışmada sunulmuştur. </li></ol></li><li> İmmünoflöresan Not: Bütün numunelerin çift immün boyanması, önceden kurulmuş protokol&gt; 12. <ol><li> İlk olarak, dihidrojen,% 0.1 hücre lize deterjan (bakınız Malzeme Tablosu ), fosfat tamponlu salin solüsyonu (PBS),% 4 paraformaldehid (PFA), PBS, birincil antikorlar (anti (Monoklonal antikor kardiyak troponin-1 ve anti-tavşan monoklonal antikor conneksinler-43), ikincil antikorlar (Alexa 594 konjuge ve keçi anti-fare IgG (H + L) Alexa 488 konjugatı) ve DAPI. Dikkat: Paraformaldehit kanserojeniktir. </li><li> Şişeden ilgi örnek çıkarın ve hafifçe PBS ile iki kez yıkayın. Numunenin hazırlanması ve işlevselleştirilmesi ile ilgili ayrıntılar için bu iki bölümlü elyazmasının 1. Bölümünün 4. bölümüne bakınız. </li><li> Küçük bir lamel üzerine bir damlacık PBS ekleyin (çap: 12 mm veya 15 mm). Cihazın tabanını cımbızla hafifçe tutun ve ince PDMS kollarını (konsol, Resim 1 ), başın üst kısmına bağlandığı ucundan makas kullanarak kesine. Konsol kollarını hücrelere yapışmış taraf yukarı gelecek şekilde damlacık üzerine aktarın. PBS damlası hücrelerin kurumasını engeller. </li><li> Örnekleri% 4&#39;lük PFA ile düzeltin ve daha önce tarif edildiği gibi numunelerin çiftli immün boyası gerçekleştirin 12 . </li><li> Bağışıklık sonrası, örnekleri temizleme öncesi bir anti-solmaya karşı reaktif ile slayt üzerine monte edin ve karanlıkta 24 saat süreyle sakin bir yere koyun. </li><li> İşlemi tüm numuneler için tekrarlayın. Not: Bu tahlilin sonuçları ve ilgili görüntüler, daha önce yayınlanan çalışmada ayrıntılı bir şekilde tartışılmıştır. </li></ol></li></ol> 3. Görüntüleme <ol><li> T-25 şişesi bir CO2 inkübatörüne dik yerleştirin ve kuluçka makinesi içinde görüntüleme sistemini hazırlayın. Cihazı, bir zoom lensiyle (bkz . Malzeme Tablosu ) bir fotoğraf makinesi kullanarak kaydedin (bkz . Malzeme Tablosu ). Bir ışık kaynağı için,Bir dizi LED ışığı kullanın. Not: Burada bir beyaz ışıklı LED şeridi kullanılmıştır, ancak normal LED&#39;ler de çalışacaktır. </li><li> Kamerayı bir işletim sistemine bağlayın ve kameraya özgü yazılımı açın (bkz . Malzeme Tablosu ). Tüm kamera seçeneklerini açmak için üst paneldeki &quot;Dosya&quot; sekmesinin altındaki kamera görüntüsünü tıklayın ve doğru kamerayı seçin. </li><li> Yazılımdaki üst paneldeki sekmeler listesinden &quot;canlı&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Mercek kadranını ayarlayarak görüntüyü odak haline getirin. Üst panelde &quot;Cazibe alanına kırpma (ROI)&quot; nı seçin. Ardından, ROI&#39;yi işaretlemek için biyolojik aktuatör cihazını ve konsol kollarını kapatarak video çerçevesine elle bir dikdörtgen çizin. Not: Uygun ROI seçimi, görüntü dosyalarının boyutunu en aza indirir. <ol><li> Biorobotlar durumunda, cihazın yüzme hareketini kaydetmek için tüm ekranı yakalayın. NOT: Biorobotlar için bir ROI çizmeye gerek yoktur </li></ol></li><li> Kayda başlamadan önce, ekrandaki üst paneldeki sekmelerden birinde &quot;Kamera Ayarları&quot; nı seçin. Canlı görüntünün pozlama ve piksel oranını her biri için çubuğu kaydırarak veya değerleri manuel olarak girerek ayarlayarak kare hızını ayarlayın. Kare hızlarını yaklaşık 30 ± 2 fps olarak ayarlayın. Not: Pozlama ve piksel oranının değiştirilmesi, canlı görüntünün parlaklığını ve kontrastını değiştirir. </li><li> Aktüatörlerin videolarını 1.000 x 1.000 piksel çözünürlükle tam 30 saniyeye kadar kaydetmeye başlamak için yazılımın üst panelindeki &quot;Kayıt&quot; düğmesine tıklayın. İşlemi tüm numuneler için tekrarlayın. </li></ol> 4. Biyolojik Aktüatörlerin Sabit Bir Tabanda Görüntü Analizi <ol><li> Özel betiği çalıştıran bir programlama yazılımı ( örn. Matlab) kullanarak görüntüleri analiz edin. Malzeme Tablosu&#39;na bakın </stRong&gt; ve Ek Dosya&#39;ya bakınız. Not: Komut, kaydedilen videoların her karesini görüntüler, görüntü üzerine konsolun noktalarının koordinasyonunu kaydetmek için kullanıcının fare girişini alır, giriş noktalarını en aza indirgeyen çember boyunca geçen çemberin çapını ve merkezini hesaplar ve Girilen ve hesaplanan verilerin tümünü daha ileri bir kullanım için dışa aktarır. <ol><li> Simgeyi tıklayarak programlama yazılımını açın. Üstteki menü çubuğundan &quot;Dosya&quot; -&gt; &quot;Aç&quot; ı tıklayın ve görüntü analizi için .m komut dosyasını seçin. Kaydedilmiş TIFF görüntülerinin .m dosyasıyla aynı klasöre konduğundan emin olun. Komut dosyasını çalıştırmak için &quot;Çalıştır&quot; ı tıklayın. Not: Değişiklik yapmak için etkileşimli bir ekran açılır. </li><li> Gerçek programı başlatmak için &quot;oynat&quot; a basın. &quot;Aç&quot; düğmesini tıklayın ve analiz edilecek TIFF dosyasını bulun. </li><li> &quot;Taban ve #34; Düğmesini tıklayın ve konsolun üstteki tabana bağlandığı noktayı tıklatın; Girmek vurmak. Bu, konsol tabanının yerini belirtecek şekilde her çerçeveye görüntü üzerine bir kare işaret koyacaktır. </li><li> &quot;Ölçek&quot; düğmesini tıklayın ve cam boncuğun bir kenarını manuel olarak tıklayın. Fare işaretçisini cam boncuğun karşı tarafına getirin ve &quot;Enter&quot; tuşuna basın. Not: Bu, cam boncuk çapını ölçen bir çizgi çizmelidir. Cam boncuk çapı 3 mm olduğundan gösterilen piksele 3 mm iliĢkilidir. </li><li> &quot;Analiz et&quot; düğmesini tıklayın. Konsol boyunca konsol tabanını temsil eden ilk kare işaretçiden kısa bir mesafede tıklayın. </li><li> &quot;Analiz et&quot; düğmesini tıklayın. Daha sonra, konsol dayanağı konsanını temsil eden ilk kare işaretleyiciden kısa bir mesafede tıklayın. Uç dahil olmak üzere konsol boyunca ilerlemeye devam edin veyapılır. Bu, konsol üzerine tıklanan her noktaya &quot;x&quot; yerleştirir. Not: Kare işaretin koordinasyonuna ve x işaretlerine dayalı olarak, bir dairenin merkezi ve çapı, en küçük karelerle uydurma fonksiyonu kullanılarak hesaplanır (kullanılan betiğe ekli ek dosyaya bakınız). X işaretlerini ve kare imalatçısını geçen daire, görüntüye otomatik olarak üst üste bindirilir. </li><li> Üst üste yerleştirilmiş dairenin konsol profilini doğru şekilde izleyip girmediğini kontrol edin. Not: Konsol çok düz olduğunda, konsol profilinin doğru şekilde çizilip gösterilmediğini değerlendirmek zordur. Şekil 3&#39;e başvurun. </li><li> &quot;Sonraki çerçeve&quot; düğmesini tıklayın. Bu, TIFF dosyasındaki bir sonraki kareye geçecektir. Taban ve ölçek bir önceki adımda zaten ayarlanmış. </li><li> TIFF dosyasındaki tüm kareler tamamlanıncaya kadar 4.1.5 ile 4.1.7 arasındaki adımları tekrarlayın. Tüm çerçeveler işlemden geçirildiğindeShed, &quot;Dışa Aktar&quot; düğmesini tıklayın. Not: Bu, analiz edilen konsolun TIFF dosya adıyla bir elektronik tablo dosyası oluşturacaktır. Dosya adını, konsolun hangi tarafının (sol veya sağ) analiz edildiğini de içerecek şekilde düzenleyin. </li></ol></li><li> Elektronik tablodaki stres hesaplama. <ol><li> Kontak üzerindeki yüzey gerilimi &quot;σ&quot; hesaplamak için aşağıdaki denklemi kullanın: <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/55643/55643eq1.jpg" /> Burada E, R, v ve h, Young modülü, eğrilik yarıçapı, Poisson oranı ve konsol kalınlığıdır. Not: Konsolun kalınlığı hassasiyeti değiştirmek için değiştirilebilir. Bu çalışmada, değerler aşağıdaki gibidir: E = 750 kPa, v = 0.49 ve h = 25 μm 13 , 14 . </li><li> Adım 4.2.1&#39;deki denklemi kullanarak yüzey gerilimi hesaplayın. Aç .Xls elektronik tablo dosyası. Çıktının, önce tabanın ve dairenin x ve y koordinatlarını, daha sonra eğrilik yarıçapını gösteren birden çok sütun bulunduğuna dikkat edin. Bunlara dayalı olarak tıklanan her bir noktanın x ve y koordinatlarını hesaplayın. Not: Zaman atlamalı görüntü çerçeveleri üzerindeki gerilmeleri çizmek, konsol üzerindeki kuvvetin zaman içindeki değişimlerini gösterir. Çukurluklar, kardiyomiyositlerin gevşetilmesi sırasında konsoldaki stresi veya hücrenin çekiş kuvvetleri nedeniyle konsol üzerinde uygulanan statik gerilimi göstermektedir. Doruklar, kardiyomiyositlerin dövülmesiyle uygulanan konsol üzerindeki dinamik strese işaret eder. Bu değer, kardiyomiyositlerin kasılmasıyla oluşturulan maksimum kuvvet miktarına karşılık gelir. </li></ol></li></ol> 5. Yüzme Biorobotlarının Analizi <ol><li> Görüntü analiz yazılımını kullanarak biorobotun konumunu kaydedin. Not: Kullanılan yazılımın Malzemeler listesine bakınız.Bölümdür. <ol><li> Görüntü analiz yazılımını açın ( örn., ImageJ). &quot;Dosya&quot; ve &quot;Aç&quot; a basın ve yüzme biorobot video dosyasını seçin. &quot;Tamam&quot; ı tıklayın ve programın dosyayı yüklemesine izin verin. Elektronik tablo yazılımını açın. </li><li> Yüklenen biorobot videoda, bilinen boyutların bir referansını bulun ( örneğin, biyolojik aktüatöre gömülü olan 3 mm çaplı cam boncuk). Not: Boyut bilen herhangi bir nesne işe yarayacaktır. Bu, her video için piksel ile boy oranları belirleyecektir. </li><li> Cam boncukta bir çizgi çizmek için &quot;Düz&quot; aracını kullanın. &quot;Analiz Et&quot; i tıklayın ve &quot;Ölçek ayarlayın&quot; ı seçin. &quot;Bilinen mesafe&quot; alanını &quot;3000 μm&quot; olarak ayarlayın ve &quot;Tamam&quot; ı tıklayın. Not: Bu, x ve y koordinatlarını mikrometreye ayarlar. </li><li> Cihaz üzerinde, işaretleyici olarak hareket etmesi için çerçeveler arasında dalgalanmayan bir nokta seçin. Not:Tabanın bir köşesini seçmeniz önerilir. </li><li> İlk karede 5.1.4&#39;te seçilen noktaya gelin. Elektronik tablodaki x ve y koordinatlarını kaydedin. </li><li> Görüntü analiz yazılımı penceresine geri dönün ve bir sonraki kareye geçmek için sağ ok tuşuna basın. İşaretçiye tekrar gelin (adım 5.1.4&#39;ten) ve elektronik tabloda x ve y koordinatlarını kaydedin. </li><li> Tüm kareler için 5.1.6. Adımı tekrarlayın. </li></ol></li><li> Koordinatların elektronik tablosunu kullanarak biorobotun yüzme parametrelerini hesaplayın 7 . <ol><li> Her bir videonun bilinen kare hızından çerçeveler arasındaki periyodu hesaplayın. </li><li> Toplam mesafe de dahil olmak üzere taşınan mesafeyi bulmak için çerçeveler arasındaki x ve y koordinatlarındaki değişikliği hesaplayın. </li><li> Y ekseni boyunca maksimum değişimden gelen daralma genliğini hesaplayın. İki kasılma arasındaki periyodun tersinden her biorobot için vurma frekansını belirleyin. </li><li> CX yönünde hareket eden toplam zaman ve mesafeden her cihazın yüzme hızını hesaplayın. </li><li> Analiz edilen her biorobot video için 5. adım tekrarlanır. </li><li> Ölçülen her parametreyi normalize edin. Not: Farklılıkları daha iyi görselleştirmek için tüm değerleri normalleştirin. Bu protokol, düşük frekanslı kasılmaları olan yatay mod biorobot (yatay LF) ile ilgili normalleşmeyi göstermektedir ( Şekil 4 ). </li></ol></li></ol> 6. Protein İfadesinin Analizi Not: Adım 2.2.4 ve 2.2.5&#39;de hazırlanan monte edilmiş numuneler konfokal mikroskop kullanılarak görüntülendi. Görüntüler aynı anda üç kanalda 20X, 40X ve 60X büyütme ile elde edildi: 460 nm, 488 nm ve 594 nm. 40X büyütmede, her örnek için farklı konumlardan 5 resim kümesi yakalandı ve her kanal bir birey olarak kaydedildi .TIFFdosya. Pozlama ayarı, kullanılan objektifin büyütülmesi ile belirlendi ve bu büyütmede tüm görüntüler için sabit olarak ayarlandı. <ol><li> Görüntü analiz yazılımını açın ve resimleri yüklemek için &quot;Dosya&quot; -&gt; &quot;Aç&quot; ı seçin. </li><li> ROI&#39;yi işaretlemek için görüntü çerçevesine dikdörtgen bir çokgen çizin. Ortalama flöresan yoğunluğunu ölçmek için &quot;Analiz Et&quot; -&gt; &quot;Ölçme&quot; yi seçin. </li><li> Tüm numunelerden yoğunluk ölçümleri toplamak için adım 6.2&#39;yi tekrarlayın ve her durum için ilgili ortalama yoğunluğu hesaplayın. Not: Burada, farklı bir koşul, gün 1, gün 2 ve gün 6&#39;daki gibi farklı zaman noktalarını belirtir. </li><li> Sonuçları daha istatistiksel analizler ve veri arsaları üretimi için bir elektronik tabloya aktarın. </li></ol>

<ol>
	<li>Feinberg, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Soft+Robotics.">Biological Soft Robotics.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 17, 243-265 (2015).</li><li>Akiyama, Y., 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=Room+Temperature+Operable+Autonomously+Moving+Bio-Microrobot+Powered+by+Insect+Dorsal+Vessel+Tissue.">Room Temperature Operable Autonomously Moving Bio-Microrobot Powered by Insect Dorsal Vessel Tissue.</a> PLOS ONE. 7, 38274 (2012).</li><li>Herr, H., Dennis, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+swimming+robot+actuated+by+living+muscle+tissue.">A swimming robot actuated by living muscle tissue.</a> J. NeuroEng Rehabil. 1, 6 (2004).</li><li>Park, S., 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=Phototactic+guidance+of+a+tissue-engineered+soft-robotic+ray.">Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.</a> Science. 353 (6295), 158-162 (2016).</li><li>Cvetkovic, C., 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-dimensionally+printed+biological+machines+powered+by+skeletal+muscle.">Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 111, 10125-10130 (2014).</li><li>Williams, B. J., Anand, S. V., Rajagopalan, J., Saif, M. T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+self-propelled+biohybrid+swimmer+at+low+Reynolds+number.">A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number.</a> Nat. Commun. 5, (2014).</li><li>Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+characterization+of+muscle-based+actuators+for+self-stabilizing+swimming+biorobots.">Development and characterization of muscle-based actuators for self-stabilizing swimming biorobots.</a> Lab. Chip. 16, 3473-3484 (2016).</li><li>Hopkins, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+muscle+physiology.">Skeletal muscle physiology.</a> Contin Educ Anaesth Crit Care Pain. 6, 1-6 (2006).</li><li>Nawroth, 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=A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion.">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).</li><li>Ehler, E., Moore-Morris, T., Lange, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+Culture+of+Neonatal+Mouse+Cardiomyocytes.">Isolation and Culture of Neonatal Mouse Cardiomyocytes.</a> J. Vis. Exp. JoVE. (79), e50154 (2013).</li><li>Bers, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+Fluxes+Involved+in+Control+of+Cardiac+Myocyte+Contraction.">Calcium Fluxes Involved in Control of Cardiac Myocyte Contraction.</a> Circ. Res. 87, 275-281 (2000).</li><li>Shin, S. 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=Carbon-Nanotube-Embedded+Hydrogel+Sheets+for+Engineering+Cardiac+Constructs+and+Biological+actuators.">Carbon-Nanotube-Embedded Hydrogel Sheets for Engineering Cardiac Constructs and Biological actuators.</a> ACS Nano. 7, 2369-2380 (2013).</li><li>Park, 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=Real-Time+Measurement+of+the+Contractile+Forces+of+Self-Organized+Cardiomyocytes+on+Hybrid+Biopolymer+Microcantilevers.">Real-Time Measurement of the Contractile Forces of Self-Organized Cardiomyocytes on Hybrid Biopolymer Microcantilevers.</a> Anal. Chem. 77, 6571-6580 (2005).</li><li>Tamayo, 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=Quantification+of+the+surface+stress+in+microcantilever+biosensors:+revisiting+Stoney's+equation.">Quantification of the surface stress in microcantilever biosensors: revisiting Stoney's equation.</a> Nanotechnology. 23, 475702 (2012).</li><li>Nunes, S. S., 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=Biowire:+a+platform+for+maturation+of+human+pluripotent+stem+cell-derived+cardiomyocytes.">Biowire: a platform for maturation of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes.</a> Nat. Methods. 10, 781-787 (2013).</li><li>Louch, W. E., Sheehan, K. A., Wolska, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+in+Cardiomyocyte+Isolation,+Culture,+and+Gene+Transfer.">Methods in Cardiomyocyte Isolation, Culture, and Gene Transfer.</a> J. Mol. Cell. Cardiol. 51, 288-298 (2011).</li><li>Alford, P. W., Feinberg, A. W., Sheehy, S. P., Parker, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biohybrid+thin+films+for+measuring+contractility+in+engineered+cardiovascular+muscle.">Biohybrid thin films for measuring contractility in engineered cardiovascular muscle.</a> Biomaterials. 31, 3613-3621 (2010).</li><li>Sfakiotakis, M., Lane, D. M., Davies, J. B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+fish+swimming+modes+for+aquatic+locomotion.">Review of fish swimming modes for aquatic locomotion.</a> IEEE J. Ocean. Eng. 24, 237-252 (1999).</li></ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Burada özetlenen prosedür, kardiyomiyositlerin bağlanmasını kolaylaştıran, PDMS tabanlı aktüatörler ve biorobotlar için başarılı bir ekim yöntemini anlatmaktadır. Dahası, görüntü elde etme süreci ve hücrelerin davranışını karakterize eden daha sonraki analizler ve cihazların performansı anlatılmıştır. 24 saat sonra konsol kollarında spontan kontraksiyon hücreleri gözlemledik; Kasılmaların yoğunluğu zamanla istikrarlı bir şekilde artmaya devam etti ve ...

Biorobotlar, canlı hücrelere dayanan, genellikle PDMS ya da hidrojel 1 gibi yumuşak, elastik malzemelerden oluşan mekanik omurgaya dahil edilen cihazlardır. Hücreler, spontan olarak veya uyarılara yanıt olarak ritmik kasılmalara girerler ve böylece bir aktüatör olarak işlev görürler. Hücrenin kasılmasından elde edilen güç çeşitli biorobotları yönlendirir. Memeli kalp hücreleri (kardiyomiyosit) ve iskelet kası hücreleri biorobot hareketi için sıklıkla kontraktil özelliklerinden dolayı kullanılır. Kardiyomiyosit ve iskelet kası hücrelerinin yanı sıra, böcek kas dokuları 2 ve eksplante edilen kas dokuları 3 gibi diğer hücre tipleri de kullanılmıştır. Böcek kas dokuları oda sıcaklığında biyolojik aktüatörlerin çalışmasını sağlar. Bir biorobotun işlevi ve performansı, biyolojik aktüatörün gücü ve tutarlılığı ile belirlenir ( örn.. Kas hücreleri) mekanik omurga yapısı öncelikle hareket, kararlılık ve güç mekanizmalarını belirler. Bu cihazlar yalnızca hücreler tarafından üretilen kuvvetler tarafından yönlendirildiğinden kimyasal kirleticiler veya çalışma sesleri yoktur. Bu nedenle, diğer klasik robotlara enerji açısından verimli bir alternatif oluşturuyorlar. Çeşitli literatür kaynakları, canlı hücreleri ve dokuları biorobotlara entegre etmenin farklı yöntemlerini tartıştılar 1 , 4 , 5 . Mikrofabrikasyon ve doku mühendisliği tekniklerindeki ilerlemeler, yürüyebilir, tutabilir, yüzebilir veya pompalayabilen biorobotların gelişimini sağlamıştır 5,6 . Genel olarak, hücreler, konfluent bir hücre tabakası olarak mekanik (polimerik) omurgaya doğrudan doğruya kültürlenirler veya halkalar ve şeritler gibi iskele içinde 3 boyutlu tahrik yapılarına kalıplanırlar. Çoğunlukla, biorobotlarKardiyomiyosit plakaları 6 , 7 kullanılarak imal edilmiş olup, bu hücreler, harici uyaranlar olmadan kendiliğinden kasılma sergileme kabiliyetine sahiptir. Öte yandan, iskelet kası hücre yapraklarına ilişkin raporlar , membranın depolarizasyonunu başlatmak için in vitro kontraksiyonları başlatma uyaranlara ihtiyaç duymaları nedeniyle sınırlıdır 8 . Bu protokol, ilk olarak, ince bir PDMS konsolundan yapılmış, işlevselleştirilmiş bir biyolojik harekete geçiriciye kardiyomiyositlerin nasıl tohumlandıracağını açıklar. Daha sonra, yüzme profillerinin ekimi ve analizini detaylı olarak anlatıyor. Konsol, fibronektin gibi bir hücre yapışkan proteini ile işlevselleştirilir ve kardiyomiyositlerle konfluent olarak tohumlanır. Cihazlar sözleşmede tohumlanan hücrelerle konsolun bükülmesine ve böylece bir aktüatör olarak görev yapmasına neden olurlar. Zamanla, hücreler olgunlaştıkça cihazdaki videoları analiz ederek cihazdaki yüzey gerilimindeki değişiklikleri izledik.Konsol bükme. Burada geliştirilen biyolojik harekete geçirici, farklılaşmaya maruz kaldıkça fibroblastlar veya uyarılmış pluripotent kök hücreler gibi herhangi bir hücre türünün kontraktil özelliklerini belirlemek için kullanılabilir. Daha önceki biorobots araştırmalarının çoğu, biyolojik aktüatörler geliştirmeye odaklanmışken, biorobot mimarisinin ve işlevsel yeteneklerin optimizasyonu büyük oranda ihmal edilmiştir. Son zamanlarda, doğadan esinlenen biorobotlarda yüzme modlarının uygulanmasını gösteren birkaç çalışma yapılmıştır. Örneğin, 6 nolu bayrak kökenli hareketli yüzme biorobotları, denizanması tahriki 9 ve biyo-hibrid ışınları 4 tasarlandı. Edebiyattaki diğer eserlerden farklı olarak burada kendinden dengelenen bir yapı oluşturmak için mekanik omurga özelliklerini değiştirmeye odaklanıyoruz. Bu çalışmada geliştirilen biorobot, sabit bir adım, rulo ve bulma yeteneğine sahiptirYüzen dalgalanma derinliği. Bu parametreler, her temel bileşiğin kalınlığının değiştirilmesi ile değiştirilebilir. PDMS aktüatörünün, dalgıç biorobotun ve cihazın işlevselleştirilmesinin geliştirilmesinde kullanılan üretim adımları, bu iki bölümlü makalenin 1. Bölümünde ve son çalışmalarımızda detaylı olarak anlatılmıştır. 7. Burada geliştirilen teknik, Kargo teslimatı gibi çeşitli uygulamalar için yeni, yüksek verimli biorobotların geliştirilmesi için bir yol. Bu çalışmada izlenen yalıtım süreci, daha önceki bir çalışmada 10 ve yakın zamanda yayınlanan çalışmada 7 benzer şekilde anlatılmıştır. PDMS aktüatörlerini ve biorobot cihazlarını imal etmek için kullanılan mikrofabrikasyon yöntemleri, bu iki bölümlü el yazmasının 1. Kısmı&#39;nda ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bu yazının protokol bölümü, kardiyomiyositlerin, üretilen PDMS a üzerine ekilmesi aşamalarını veCtuator ve biorobot, hücre yapışkan proteinlerle işlevselleştikten sonra.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Chemicals and reagents&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cardiomyocytes (primary cardiac cells)</td><td>Charles River</td><td>NA</td><td>Isolated from 2-day old neonatal Sprague Dawley rats</td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s modified eagle&amp;rsquo;s media (DMEM)</td><td>Hyclone Laboratories</td><td>16750-074</td><td>with 4500 mg/L glucose, 4.0 mM L-glutamine, and 110 mg/L sodium pyruvate</td></tr><tr><td>Fetalclone III serum</td><td>Hyclone industries, GE</td><td>16777-240</td><td>Fetal bovin serum (FBS)</td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s phosphate buffer (PBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D1408-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-G sodium salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3032</td><td></td></tr><tr><td>Goat serum</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G9023</td><td></td></tr><tr><td>4,6-diamidino-2-phenylindole dihydrocholride powder (DAPI)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9542</td><td></td></tr><tr><td>Fibronectin from bovine plasma</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td>Solution (1 mg/ml)</td></tr><tr><td>Calcein-AM and ethidium homodimer-1 kit (Live/Dead Assay)</td><td>Molecular Probes</td><td>L3224</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Fluo-4, AM</td><td>Molecular Probes</td><td>F14217</td><td>calcium indicator dye</td></tr><tr><td>Tyrodes salt solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T2397</td><td>buffer solution</td></tr><tr><td>Pluronic F-127</td><td>Molecular Probes</td><td>P3000MP</td><td>nonionic surfactant-20 % solution in Dimethylsiloxane (DMSO)</td></tr><tr><td>16% Parafomaldehyde</td><td>Electron microscopy</td><td>15710</td><td>Caution: Irritant and combustible</td></tr><tr><td>Triton x-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X-100 100 mL</td><td>cell lyses detergent, (4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol, t-Octylphenoxypolyethoxyethanol, Polyethylene glycol tert-octylphenyl ether)</td></tr><tr><td>ProLong gold antifade reagent</td><td>Molecular Probes</td><td>P10144</td><td>Mounting agent</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 594 Phalloidin</td><td>Molecular Probes</td><td>A12381</td><td>Actin filament marker</td></tr><tr><td>Goat anti-rabbit IgG (H+L) secondary antibody, Alexa Fluor 594 conjugate</td><td>Molecular Probes</td><td>A-11012</td><td></td></tr><tr><td>pha</td><td>Molecular Probes</td><td>A-11001</td><td></td></tr><tr><td>Anti-connexin 43 antibody</td><td>Abcam</td><td>ab11370</td><td>Gap junction marker</td></tr><tr><td>Anti-cardiac troponin I antibody</td><td>Abcam</td><td>ab10231</td><td>Contractile protein</td></tr><tr><td>16% EM grade paraformaldehyde solution</td><td>Electron microscopy</td><td>100503-916</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Elsevier</td><td></td><td>Sylgard 184</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Materials and Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Thor Labs</td><td>DCC1545M</td><td></td></tr><tr><td>LED light strip</td><td>NA</td><td>NA</td><td>Any white LED without spectrum emission</td></tr><tr><td>Confocal microscope</td><td>Nikkon C2</td><td>NA</td><td>Confocal microscope with three filter set.</td></tr><tr><td>Zooming lens</td><td>Infinity</td><td>Model# 252120</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Software&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>NA</td><td>Used in Section 4) for biological actuator analysis.</td></tr><tr><td>Image J</td><td>National Institute of Health</td><td>NA</td><td>Java-based image processing software. Used in Section 5) for biorobot analysis.&lt;br/&gt; Free Image Processing and Analysis software in java. (https://imagej.nih.gov/ij/)</td></tr><tr><td>Thor Cam</td><td>Thor Labs</td><td>NA</td><td>Camera operating software</td></tr></tbody></table>

cardiac muscle cell-based actuator and self-stabilizing biorobot - part 2

Son yıllarda, sentetik bir mekanik omurga ile entegre edilmiş canlı bir hücreden veya doku bileşeninden oluşan hibrid cihazlar geliştirildi. Biorobotlar adı verilen bu cihazlar, yalnızca yaşayan bileşenin kontraktil aktivitesinden üretilen kuvvetle güçlendirilir ve birçok içsel avantajlarından dolayı geleneksel tam yapay robotlara bir alternatif olabilir. Burada, biyolojik aktüatörü ve bu iki parçalı makalenin ilk bölümünde tasarlanmış, imal edilmiş ve işlevselleştirilen bir biorobot&#39;u tohumlamak ve karakterize etmek için yöntemleri açıklıyoruz. Bir polidimetilsiloksan (PDMS) tabanı ve bir ince film konsolundan müteşekkil biyolojik harekete geçirici ve biorobot cihazlar fibronektin ile hücre bağlantısı için işlevselleştirildi. Fonksiyonelleştirmeden sonra, neonatal sıçan kardiyomiyositleri PDMS konsol koluna yüksek yoğunlukta tohumlandı ve konfluent bir hücre tabakası elde edildi. Cihazlar her gün görüntülendi ve kantinin hareketiKol kolları analiz edildi. Tohumlamadan sonraki ikinci günde, spontan kasılmalar sırasında hücrelerin uyguladığı kuvvetler nedeniyle konsol kollarının bükülmesini gözledik. Konsol bükülmesinin niceliksel analizi üzerine, hücrelerin zaman içinde olgunlaştıkça uyguladığı yüzey gerilmesinde kademeli bir artış gözlenmiştir. Aynı şekilde, bir kanatçık rolündeki PDMS konsol kolunun harekete geçirilmesinden dolayı biorobotun hareketini gözlemledik. Cihazların yüzme profillerinin nicelenmesi üzerine, fin&#39;in dinlenme açısı tarafından etkilenen çeşitli tahrik modları gözlemlendi. Hareket yönü ve dayak frekansı da yüzgeçin dinlenme açısı ile belirlendi ve 142 μm / sn maksimum yüzme hızı gözlendi. Bu yazıda, fabrikasyon cihazları kardiyomiyositlerle doldurmanın yanı sıra biyolojik harekete geçiricinin ve biorobot aktivitesinin değerlendirilmesi için prosedürü açıklıyoruz.

Şekil 1&#39;deki cihazların şematik ve ekran görüntüsünde gösterildiği gibi, ince bir PDMS konsoldan (kalınlık 25 μm) ve kardiyomiyositlerden yapılmış biyolojik harekete geçirici, yüzme biorobotunun çekirdeğini oluşturur. Hücreler kültürde 24 saat sonra kasılmalara başlamış ve konsol kollarının bükülmesi 2. günde gözlemlenmiştir. Cihazın yan profili her gün kaydedilmiştir ve yüzey gerilimi konsol kollarının bükülmesinden Özelleştirilmiş görü...

Watch this Scientific Journal Video about Cardiac Muscle Cell-based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - Part 2 at JoVE.com

Cardiac Muscle Cell-based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - Part 2

Bu çalışmada, biyolojik bir aktüatör ve fonksiyonelleştirilmiş elastomerik konsol kollarıyla birlikte kendinden stabilize olan yüzme biorobotuna kardiyomiyositler ekildi, kültürlendi ve biyokimyasal ve biyomekanik özellikleri zamanla karakterize edildi.

Kardiyak Kas Hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - Bölüm 2

In recent years, hybrid devices that consist of a living cell or tissue component integrated with a synthetic mechanical backbone have been developed. ...

cardiac-muscle-cell-based-actuator-self-stabilizing-biorobot-part

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.7K Görüntüleme.  University of Notre Dame.  Bu çalışmada, biyolojik bir aktüatör ve fonksiyonelleştirilmiş elastomerik konsol kollarıyla birlikte kendinden stabilize olan yüzme biorobotuna kardiyomiyositler ekildi, kültürlendi ve biyokimyasal ve biyomekanik özellikleri zamanla karakterize edildi. 

Video: Cardiac Muscle Cell-based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - Part 2

Fabrication of Myogenic Engineered Tissue Constructs

Despite the fact that electronic pacemakers are life-saving medical devices, their long-term performance in pediatric patients can be problematic owing to the restrictions imposed by a child's small size and their inevitable growth. Consequently, there is a genuine need for innovative therapies designed specifically for pediatric patients with cardiac rhythm disorders. We propose that a conductive biological alternative consisting of a collagen-based matrix containing autologously-derived cells could better adapt to growth, reduce the need for recurrent surgeries, and greatly improve the quality of life for these patients. In the present study, we describe a procedure for incorporating primary skeletal myoblast cell cultures within a hydrogel matrix to fashion a surgically-implantable tissue construct that will serve as an electrical conduit between the upper and lower chambers of the heart. Ultimately, we anticipate using this type of engineered tissue to restore atrioventricular electrical conduction in children with complete heart block. In view of that, we isolate myoblasts from the skeletal muscles of neonatal Lewis rats and plate them onto laminin-coated tissue culture dishes using a modified version of established protocols[2, 3]. After one to two days, cultured cells are collected and mixed with antibiotics, type 1 collagen, Matrigel&trade;, and NaHCO3. The result is a viscous, uniform solution that can be cast into a mold of nearly any shape and size[1, 4, 5]. For our tissue constructs, we employ type 1 collagen isolated from fetal lamb skin using standard procedures[6]. Once the tissue has solidified at 37&deg;C, culture media is carefully added to the plate until the construct is submerged. The engineered tissue is then allowed to further condense through dehydration for 2 more days, at which point it is ready for in vitro assessment or surgical-implantation.

Here, we demonstrate fabrication of collagen-based, tissue constructs containing skeletal myoblasts. These 3-D engineered constructs may be used to replace or repair tissues in vivo. For our purposes, we have designed these as an atrioventricular electrical conduit for the repair of complete heart block[1].

MİYOJEN Engineered Doku oluşturur imalatı

Despite the fact that electronic pacemakers are life-saving medical devices, their long-term performance in pediatric patients can be problematic owing to ...

Biyoloji

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

Tasarım ve Yumuşak Modüler Robotlar için bir Elastomerik Birimi Fabrikasyon Minimal İnvaziv Cerrahi

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Biyomühendislik

Construction of Defined Human Engineered Cardiac Tissues to Study Mechanisms of Cardiac Cell Therapy

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that replicate the biofidelity of three-dimensional native human myocardium, while also enabling a controlled level of biological complexity, and allowing non-destructive longitudinal monitoring of tissue contractile function. Initially, human engineered cardiac tissues (hECT) were created using the entire cell population obtained from directed differentiation of human pluripotent stem cells, which typically yielded less than 50% cardiomyocytes. However, to create reliable predictive models of human myocardium, and to elucidate mechanisms of heterocellular interaction, it is essential to accurately control the biological composition in engineered tissues. 
To address this limitation, we utilize live cell sorting for the cardiac surface marker SIRP&#945; and the fibroblast marker CD90 to create tissues containing a 3:1 ratio of these cell types, respectively, that are then mixed together and added to a collagen-based matrix solution. Resulting hECTs are, thus, completely defined in both their cellular and extracellular matrix composition.
Here we describe the construction of defined hECTs as a model system to understand mechanisms of cell-cell interactions in cell therapies, using an example of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) that are currently being used in human clinical trials. The defined tissue composition is imperative to understand how the hMSCs may be interacting with the endogenous cardiac cell types to enhance tissue function. A bioreactor system is also described that simultaneously cultures six hECTs in parallel, permitting more efficient use of the cells after sorting.

This manuscript describes the creation of defined engineered cardiac tissues using surface marker expression and cell sorting. The defined tissues can then be used in a multi-tissue bioreactor to investigate mechanisms of cardiac cell therapy in order to provide a functional, yet controlled, model system of the human heart.

Tanımlı İnsan Engineered Kalp Dokuların inşaatı Kardiyak Hücre Tedavisinin Mekanizmaları Eğitim için

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Mühendislik

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

Gecko'dan Esinlenilmiş Yumuşak Robotun İmalatı, Kontrolü ve Performans Değerlendirmesi

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living components. Due to their inherent advantages, biorobots are gaining interest as alternatives to traditional fully artificial robots. Various studies have focused on harnessing the power of biological actuators, but only recently studies have quantitatively characterized the performance of biorobots and studied their geometry to enhance functionality and efficiency. Here, we demonstrate the development of a self-stabilizing swimming biorobot that can maintain its pitch, depth, and roll without external intervention. The design and fabrication of the PDMS scaffold for the biological actuator and biorobot followed by the functionalization with fibronectin is described in this first part. In the second part of this two-part article, we detail the incorporation of cardiomyocytes and characterize the biological actuator and biorobot function. Both incorporate a base and tail (cantilever) which produce fin-based propulsion. The tail is constructed with soft lithography techniques using PDMS and laser engraving. After incorporating the tail with the device base, it is functionalized with a cell adhesive protein and seeded confluently with cardiomyocytes. The base of the biological actuator consists of a solid PDMS block with a central glass bead (acts as a weight). The base of the biorobot consists of two composite PDMS materials, Ni-PDMS and microballoon-PDMS (MB-PDMS). The nickel powder (in Ni-PDMS) allows magnetic control of the biorobot during cells seeding and stability during locomotion. Microballoons (in MB-PDMS) decrease the density of MB-PDMS, and enable the biorobot to float and swim steadily. The use of these two materials with different mass densities, enabled precise control over the weight distribution to ensure a positive restoration force at any angle of the biorobot. This technique produces a magnetically controlled self-stabilizing swimming biorobot.

In this two-part study, a biological actuator was developed using highly flexible polydimethylsiloxane (PDMS) cantilevers and living muscle cells (cardiomyocytes), and characterized. The biological actuator was incorporated with a base made of modified PDMS materials to build a self-stabilizing, swimming biorobot.

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

Gelişmiş Kavrama ve Parmak Kurtarma ile İnme Rehabilitasyonunda Devrim Yaratıyor

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping movements. The design of this innovative limb draws inspiration from bending pneumatic muscles and the unique characteristics of an elephant's trunk tip. It places a strong emphasis on crucial factors such as lightweight construction, safety, compliance, waterproofing, and achieving a high output-to-weight/pressure ratio. The proposed structure enables the robotic limb to perform both envelope and fingertip grasping. Human-robot interaction is facilitated through a flexible bending sensor, detecting the wearer's finger movements and connecting them to motion control via a threshold segmentation method. Additionally, the system is portable for versatile daily use. To validate the effectiveness of this innovation, real-world experiments involving six chronic stroke patients and three healthy volunteers were conducted. The feedback received through questionnaires indicates that the designed mechanism holds immense promise in assisting chronic stroke patients with their daily grasping activities, potentially improving their quality of life and rehabilitation outcomes.

Yazar Spotlight: Esnek Robotik Uzuvları Olan Hemiplejik Hastalar için Kavrama Yeteneklerini Geliştirme 

This protocol introduces a flexible wearable supernumerary robotic limb tailored to assist in finger rehabilitation for stroke patients. The design incorporates a bending sensor to facilitate seamless human-robot interaction. Validation through experiments involving both healthy volunteers and stroke patients underscores the efficacy and dependability of the proposed study.

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...

Simultaneous Electrical and Mechanical Stimulation to Enhance Cells' Cardiomyogenic Potential

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated researchers in the stem cell and bioengineering fields to develop in vitro high-fidelity human myocardium for both basic research and clinical applications. However, the immature phenotype of cardiac cells is a limitation on obtaining tissues that functionally mimic the adult myocardium, which is mainly characterized by mechanical and electrical signals. Thus, the purpose of this protocol is to prepare and mature the target cell population through electromechanical stimulation, recapitulating physiological parameters. Cardiac tissue engineering is evolving toward more biological approaches, and strategies based on biophysical stimuli, thus, are gaining momentum. The device developed for this purpose is unique and allows individual or simultaneous electrical and mechanical stimulation, carefully characterized and validated. In addition, although the methodology has been optimized for this stimulator and a specific cell population, it can easily be adapted to other devices and cell lines. The results here offer evidence of the increased cardiac commitment of the cell population after electromechanical stimulation. Electromechanically stimulated cells show an increased expression of main cardiac markers, including early, structural, and calcium-regulating genes. This cell conditioning could be useful for further regenerative cell therapy, disease modeling, and high-throughput drug screening.

Here we present a protocol for training a cell population using electrical and mechanical stimuli emulating cardiac physiology. This electromechanical stimulation enhances the cardiomyogenic potential of the treated cells and is a promising strategy for further cell therapy, disease modeling, and drug screening.

Hücrelerin Cardiomyogenic potansiyeli geliştirmek için aynı anda elektrik ve mekanik stimülasyon

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated ...

Kardiyak Kas Hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - Bölüm 2

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

MİYOJEN Engineered Doku oluşturur imalatı

Tasarım ve Yumuşak Modüler Robotlar için bir Elastomerik Birimi Fabrikasyon Minimal İnvaziv Cerrahi

Tanımlı İnsan Engineered Kalp Dokuların inşaatı Kardiyak Hücre Tedavisinin Mekanizmaları Eğitim için

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Gecko'dan Esinlenilmiş Yumuşak Robotun İmalatı, Kontrolü ve Performans Değerlendirmesi

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Hücrelerin Cardiomyogenic potansiyeli geliştirmek için aynı anda elektrik ve mekanik stimülasyon