CZ37572U1 - Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro - Google Patents
Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro Download PDFInfo
- Publication number
- CZ37572U1 CZ37572U1 CZ2023-41470U CZ202341470U CZ37572U1 CZ 37572 U1 CZ37572 U1 CZ 37572U1 CZ 202341470 U CZ202341470 U CZ 202341470U CZ 37572 U1 CZ37572 U1 CZ 37572U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- ultrasound
- generator
- electric currents
- input
- applicator
- Prior art date
Links
- 210000002536 stromal cell Anatomy 0.000 title claims description 20
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title claims description 15
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 title claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 title 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 58
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 claims description 50
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 24
- 239000003636 conditioned culture medium Substances 0.000 claims description 4
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 19
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 11
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 6
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 6
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 6
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 6
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- 230000003110 anti-inflammatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 3
- PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N Resazurin Chemical compound C1=CC(=O)C=C2OC3=CC(O)=CC=C3[N+]([O-])=C21 PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- MZOFCQQQCNRIBI-VMXHOPILSA-N (3s)-4-[[(2s)-1-[[(2s)-1-[[(1s)-1-carboxy-2-hydroxyethyl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)-1-oxopentan-2-yl]amino]-3-[[2-[[(2s)-2,6-diaminohexanoyl]amino]acetyl]amino]-4-oxobutanoic acid Chemical compound OC[C@@H](C(O)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCCN=C(N)N)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)CNC(=O)[C@@H](N)CCCCN MZOFCQQQCNRIBI-VMXHOPILSA-N 0.000 description 1
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 108090000695 Cytokines Proteins 0.000 description 1
- 102000004127 Cytokines Human genes 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 108010002352 Interleukin-1 Proteins 0.000 description 1
- 108020004459 Small interfering RNA Proteins 0.000 description 1
- 108060008682 Tumor Necrosis Factor Proteins 0.000 description 1
- 102000000852 Tumor Necrosis Factor-alpha Human genes 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000001819 effect on gene Effects 0.000 description 1
- 238000001827 electrotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 230000002519 immonomodulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 230000003076 paracrine Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
- C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
- C12N5/0602—Vertebrate cells
- C12N5/0652—Cells of skeletal and connective tissues; Mesenchyme
- C12N5/0662—Stem cells
- C12N5/0667—Adipose-derived stem cells [ADSC]; Adipose stromal stem cells
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Developmental Biology & Embryology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Rheumatology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro
Oblast techniky
Technické řešení se týká uspořádání laboratorního instrumentária určeného pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro, případně i jiných buněčných kultur, přičemž toto laboratorní instrumentárium zahrnuje jednotlivé, postupné, nebo současné působení bezkontaktně aplikovaných elektrických proudů vznikajících působením časově proměnných magnetických polí, dále působení energie laseru a dále působení energie ultrazvuku. Uplatněním těchto všech třech fyzikálních intervencí jednotlivě, postupně, nebo současně je podporována produkce regenerativních, protizánětlivých a dalších biologicky aktivních látek mezenchymálními stromálními buňkami a takto získané produkty pak mohou sloužit pro léčebné účely, případně sami mezenchymální stromální buňky zvyšují svoji proliferaci, viabilitu, migrační a diferenciační schopnost apod., takže jsou lépe laboratorně a potenciálně i klinicky využitelné.
Dosavadní stav techniky
Mezenchymální stromální buňky (MSCs) jsou žádanou platformou pro regenerativní medicínu, a to zejména proto, že tyto buňky kromě svého diferenciačního potenciálu mohou fungovat jako úložiště a zdroj biologicky aktivních regenerativních molekul, které mohou podporovat opravy tkání a prokazují rovněž imunomodulační účinky. V souladu s tímto poznáním jsou účelně prováděny výzkumy s cílem zvýšení sekrece terapeuticky využitelných biomolekul z MSCs. Kromě toho lze MSCs relativně pohodlně získávat z dostupných biologických materiálů a tento typ kmenových buněk nevyvolává žádné etické problémy. Hlavní současnou metodou pro podporu produkce biologicky aktivních látek MSCs, jakož i pro podporu jejich diferenciace na kostní, chrupavčité a jiné tkáně, je v dosavadním stavu techniky metoda chemické indukce. Ovšem tato metoda má řadu nedostatků spočívajících ve vysoké cytotoxicitě, nízké indukční účinnosti, vysoké ceně, obtížnosti hromadné výroby, nemožnosti transferu výsledků do oblasti in vivo aj. Tyto faktory zásadním způsobem limitují laboratorní výzkum i klinické použití kmenových buněk.
Biomedicínské laboratoře přitom usilují o dosažení maximální viability, proliferační schopnosti, schopnosti cílené diferenciace, podpory migračního potenciálu i podpory potenciálu produkce cytokinů, růstových faktorů a dalších biologicky aktivních parakrinních látek produkovaných MSCs. Jak bylo již výše zmíněno, zatím jsou v praxi možnosti stimulace kmenových buněk během procesu jejich izolace ze zdrojových autologních tkání a procesu předpřípravy (nebo těsně po injektáži do těla) výlučně chemické, případně biologické, resp. genetické. Vcelku zavedené je použití kultivačních médií s přídavky růstových faktorů (např. MesenCult), dále použití specifické kombinace aktivujících růstových faktorů (např. TNF-alfa a IL-1), použití siRNA vektorů pro aktivaci diferenciace nebo aktivaci metabolických drah buněk. Zároveň jsou intenzivně studovány možnosti fyzikální stimulace, které jsou však zatím dovedeny jen do stádia laboratorních experimentů.
V patentu US 9999785 B2 je popisována metoda a systém pro generování a použití aktivovaných kmenových buněk. V tomto případě se aktivují kmenové buňky prostřednictvím ošetření laserovým paprskem s amplitudovou modulací o vlnové délce v efektivním rozmezí cca 300 až 1 000 nanometrů. Frekvence laserového paprsku je modulována v rozsahu 8 až 12 MHz. Tato modulace je zajištěna v celém objemu působení laseru, a to prostřednictvím specifického využití optické fázové konjugace. Na řadě klinických případů se dokladuje, že pomocí takto aktivovaných kmenových buněk lze opravit a regenerovat tkáň a dokonce - po vpravení těchto kmenových buněk do krevního oběhu - lze pomocí naváděcího paprsku laseru vést aktivované kmenové buňky v těle do místa ozařované tkáně.
- 1 CZ 37572 U1
Mechanické faktory jako např. hydrostatický tlak, napětí, komprese, střižné napětí, kombinace těchto mechanických stimulů za podmínky hypoxie, vlivu piezoelektricky vznikajících elektrických polí apod. mají významný vliv na expresi genů a na produkci růstových faktorů chrupavky.
Mezi vysoce nadějné formy aplikace mechanických podnětů lze však řadit především uplatnění ultrazvuku. Znatelnou výhodou ultrazvuku je možnost zacílit jej, fokusovat, na určité místo, kde chceme uplatnit jeho účinek na podporu migrace i produkci regenerativních biologicky aktivních látek mezenchmálními stromálními buňkami. V souvislosti s aplikacemi ultrazvuku jsou používány rovněž mikrobubliny, které působením ultrazvukového vlnění dostatečné intenzity kavitují a způsobují tím různé fyzikální i biologické účinky.
Z pohledu aplikace fyzikálních energií na MSCs je ovšem nejčastěji využíváno elektrické stimulace, Elektrická stimulace v klinickém použití jako kontaktní nebo bezkontaktní elektroterapie má již relativně dlouhou historii úspěšného použití, zejména v klinické léčbě refrakterních, nehojících se zlomenin kostí. Rovněž tak myšlenka, že pozitivní účinky elektrické stimulace při hojení kostí mají svoji podstatu v příznivém ovlivnění migrace, proliferace, diferenciace a adherence kmenových buněk a v produkci jejich biologicky účinných faktorů není nová a byla pro ni již snesena řada důvěryhodných vědeckých důkazů. Nicméně potenciál interakce mezi fyzikální energií a buňkami odpovědnými za regeneraci nebyl dosud zdaleka plně využit.
Aplikace elektrické stimulace k indukci proliferace a/nebo diferenciace kmenových buněk je známa z čínského patentu CN1d15584340A. Zde je zmiňováno použití elektrického pole o optimální intenzitě 50 až 200 mV/mm (50 až 200 V/m), což při aplikaci indukovaných elektrických proudů odpovídá vysokoindukční magnetické stimulaci 1 až 3 T při časových změnách magnetického pole odpovídajících frekvenci řádově jednotek kHz. Autoři patentu ovšem používají kontaktní elektrody z Pt drátu, dosti obtížně aplikovatelné v kultivačních jamkách a způsobujících řadu nežádoucích vedlejších efektů.
Podstata technického řešení
Cílem předkládaného řešení je návrh stimulátoru pro stromální buňky zásadně zvyšující jejich užitné vlastnosti, určený jak pro výzkum, tak i pro klinické použití, ovšem vždy se splněním kritéria minimální manipulace, umožňující efektivní a účelný laboratorní a preklinický výzkum. Vyvinuté postupy pak mohou být využity ve spojení s laboratorními výzkumy a/nebo přípravou kmenových buněk pro klinické použití, a to jak při využití „baňkových“ laboratorních postupů, tak i při využití specializovaných bioreaktorů.
Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro zahrnující řídící jednotku, informační jednotku, jehož podstata spočívá v tom, že řídící jednotka má výstup připojen, jednak na vstup generátoru laserového záření, jednak vstup generátoru indukovaných elektrických proudů a jednak generátor ultrazvuku, zatímco první vstup řídící jednotky je připojen na výstup informační jednotky, přičemž druhý vstup řídící jednotky je připojen, jednak na druhý výstup generátoru laserového záření, jednak na druhý výstup generátoru indukovaných elektrických proudů a jednak na druhý výstup generátoru ultrazvuku, přičemž generátor laserového záření má první výstup připojen na vstup aplikátoru záření laseru a generátor indukovaných elektrických proudů má první výstup připojen na vstup aplikátoru indukovaných elektrických proudů a generátor ultrazvuku má první výstup připojen na vstup aplikátor ultrazvuku, kde aplikátor ultrazvuku je na čele opatřen měničem elektrické energie na ultrazvuk, přičemž ultrazvuk je veden přes prostředí vhodné akustické impedance, které je v kontaktu s kultivačním zařízením, ve kterém je v kondiciovaném médiu umístěna buněčná kultura.
Podstatou technického řešení je uspořádání laboratorního instrumentária určeného pro stimulaci buněčných kultur mezenchymálních stromálních buněk in vitro, případně i jiných buněčných
- 2 CZ 37572 U1 kultur, přičemž toto laboratorní instrumentárium zahrnuje jednotlivé, postupné, nebo současné působení bezkontaktně aplikovaných elektrických proudů vznikajících působením časově proměnných magnetických polí, dále působení energie laseru a dále působení energie ultrazvuku, kde tyto fyzikální intervence jsou vytvářeny příslušnými generátory laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku a na buněčnou kulturu jsou aplikovány příslušnými aplikátory energie laseru, indukovaných elektrických proudů a energie ultrazvuku, kdy tyto aplikátory produkovanými fyzikálními podněty zasahují pouze vymezenou část buněčné struktury celé buněčné kultury, zatímco další část buněčné struktury buněčné kultury je tohoto působení prosta, takže do informační jednotky mohou plynout informace o účincích působení jednotlivých fyzikálních intervencí i jejich kombinací a na základě těchto informací může být zavedena účinná zpětná vazba z informační jednotky na řídící jednotku, což umožní zajišťovat požadované účinky daných fyzikálních intervencí na buněčné kultury, tj. např. podpora produkce regenerativních, protizánětlivých a dalších biologicky aktivních látek mezenchymálními stromálními buňkami, zvyšování proliferace, viability, migrační a diferenciační schopnosti buněk atpod., takže tyto buňky jsou pak lépe laboratorně a potenciálně i klinicky využitelné.
Výhodou navrhovaného řešení je, že všechny tři generátory, tedy generátor zajišťující působení bezkontaktně aplikovaných indukovaných elektrických proudů vznikajících časově proměnnými magnetickými poli, dále generátor zajišťující působení energie laseru a rovněž generátor zajišťující působení energie ultrazvuku, jsou zapojeny na výstup společné řídící jednotky, která uvádí tyto generátory v činnost a zadává jim požadované parametry, přičemž výstupy těchto tří generátorů jsou zapojeny jak na aplikátor indukovaných elektrických proudů vznikajících časově proměnnými magnetickými polí, tak na aplikátor energie laseru a rovněž na aplikátor energie ultrazvuku. Všechny tyto tři aplikátory jsou schopny samostatně, postupně, nebo současně působit na buněčnou kulturu mezenchymálních stromálních buněk umístěnou v jamkách kultivační destičky přístupných tomuto působení, případně v Petriho misce, případně nádobě bioreaktoru.
Pro účely současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na buněčných kulturách stimulujícím působením fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, s buněčnými kulturami nepodrobenými tomuto působení, může být buněčná kultura rozdělena na část podrobnou působení fyzikálních intervencí a na část nepodrobenou působení fyzikálních intervencí. Obě části buněčné kultury jsou přitom vyživovány společným médiem. Informace ze současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na buněčných kulturách stimulujícím působením fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, s buněčnými kulturami nepodrobenými tomuto působení je v předmětném uspořádání poskytována zpětnou vazbou řídící jednotce, která na základě těchto informací může uvádět v činnost jednotlivé generátory a zadávat jejich parametry. Těmito parametry se míní jednak parametry týkající se špičkového výkonu indukovaných elektrických proudů, výkonu laseru a výkonu ultrazvuku, případně plošné hustoty tohoto výkonu, a dále pak frekvenčních parametrů těchto fyzikálních časově proměnných veličin, kterými se míní základní harmonická (sinusového průběhu) frekvence indukovaných elektrických proudů, ultrazvuku nebo elektromagnetického světelného záření laseru (zde se častěji uvádí vlnová délka), přičemž tato základní frekvence je dána především konstrukcí generátorů, poněvadž se vždy z principu jedná o resonanční frekvenci. Tato frekvence je ovšem podávána jen po určitý časový úsek (dobu paketu) a yto pakety se opakují s určitou periodou, tedy jim náleží jistá frekvence. Toto podávání paketů fyzikální intervence probíhá po určitou dobu - doba aktivity, po které vždy následuje doba pauzy. Součet doby aktivity a doby pauzy pak udává periodu pracovního cyklu aplikace fyzikální intervence.
Fyzikální intervence představovaná energií indukovaných elektrických proudů je na určenou část buněčné kultury aplikována prostřednictvím cívky, s výhodou spirálového provedení, která je k určené části buněčné kultury bez nutnosti přímého kontaktu přiložena tak, aby časově proměnný elektrický proud procházející touto cívkou vytvářel časově proměnné magnetické pole, a to na
- 3 CZ 37572 U1 principu Faradayova zákona generovalo v elektricky vodivé kultuře buněk časově proměnný indukovaný elektrický proud, který odpovídá časové derivaci vznikajícího časově proměnného magnetického pole.
Fyzikální intervence představovaná energií laseru je na určenou část buněčné kultury aplikována prostřednictvím aplikátoru, který může být opatřen zaostřovacím systémem umožňujícím soustředění zářivého toku přesně na určenou část buněčné kultury, případně jinou známou optickou soustavou nebo rovnou světlovody přímo zavedenými k buněčné kultuře.
Fyzikální intervence představovaná energií ultrazvuku je na určenou část buněčné kultury aplikována prostřednictvím aplikátoru, který na svém čele má umístěn měnič elektrické energie na ultrazvuk a mezi čelem tohoto aplikátoru a kultivační destičkou, případně Petriho miskou nebo jiném kultivačním zařízení, případně nádobou bioreaktoru, je umístěno prostředí vhodné akustické impedance, schopné s minimem ztrát převádět ultrazvukové vlnění na určenou část buněčné kultury.
Informace ze současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na buněčných kulturách stimulujícím působením fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, mohou být získávány v reálném čase nebo následně mikroskopickým zkoumáním, enzymaticky, spektrofotometricky, pomocí MTT testu, pomocí Resazurinového testu, chromatograficky, cytometricky, imunochemicky, geneticky, případně jinými známými metodami hodnocení buněčných kultur.
Objasnění výkresů
Předkládané technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje blokové schéma uspořádání laboratorního instrumentária určeného pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro, případně i jiných buněčných kultur a obr. 2 znázorňuje frekvenční parametry časově proměnných veličin fyzikálních intervencí indukovanými elektrickými proudy, laserem, resp. ultrazvukem.
Příklad uskutečnění technického řešení
Princip zapojení objasněn bude osvětlen na příkladném provedení, popsaném v následném textu s odkazem na příslušné výkresy.
Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro je znázorněno na obr. 1. V tomto provedení má řídící jednotka 4 výstup připojen, jednak na vstup generátoru 1 laserového záření 7a, jednak vstup generátoru 2 indukovaných elektrických proudů a jednak generátor 3 ultrazvuku, dále má řídící jednotka 4 první vstup připojen na výstup informační j ednotky 11, přičemž druhý vstup má řídící j ednotka 4 připoj en, j ednak na druhý výstup generátoru 1 laserového záření , jednak na druhý výstup generátoru 2 indukovaných elektrických proudů a jednak na druhý výstup generátoru 3 ultrazvuku. Generátor 1 laserového záření má první výstup připojen na vstup aplikátoru 7 záření laseru. Generátor 2 indukovaných elektrických proudů má první výstup připojen na vstup aplikátoru 5 indukovaných elektrických proudů. Generátor 3 ultrazvuku má první výstup připojen na vstup aplikátor 6 ultrazvuku. Aplikátor 6 ultrazvuku je na čele opatřen měničem 6b elektrické energie na ultrazvuk. Ultrazvuk dále prochází přes prostředí 6a vhodné akustické impedance a působí v místě kultivačního zařízení 8, ve kterém je v kondiciovaném médiu 9 umístěna buněčná kultura 10.
Generátor 2 zajišťuje působení bezkontaktně aplikovaných indukovaných elektrických proudů vznikajících časově proměnnými magnetickými poli, dále generátor 1 laserového záření zajišťuje
- 4 CZ 37572 U1 působení energie laseru a rovněž generátor 3 ultrazvuku zajišťuje působení indukovaných elektrických proudů energie ultrazvuku. Tyto generátory jsou zapojeny na výstup společné řídící jednotky 4, která uvádí je v činnost a zadává jim požadované parametry, přičemž výstupy generátorů laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3 jsou zapojeny jak na aplikátor 7 záření laseru, tak na aplikátor 5 indukovaných elektrických proudů vznikajících časově proměnnými magnetickými polí, a rovněž na aplikátor 6 energie ultrazvuku. Všechny tyto tři aplikátory energie laseru, indukovaných elektrických proudů a energie ultrazvuku 7, 5 a 6 jsou schopny samostatně, postupně, nebo současně působit na část 10a buněčné kultury mezenchymálních stromálních buněk, případně jiných buněk, umístěnou kultivačním zařízení 8 např. v jamkách kultivační destičky 8 přístupných tomuto působení, případně v Petriho misce 8, případně nádobě 8 bioreaktoru. Pro účely současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na částech 10a buněčných kultur podrobených stimulujícímu působení fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, s částmi 10b buněčných kultur nepodrobenými tomuto působení, může být buněčná kultura 10 rozdělena na část 10a buněčné kultury podrobnou působení fyzikálních intervencí a na část 10b buněčné kultury nepodrobenou působení fyzikálních intervencí. Obě části buněčné kultury 10 jsou přitom vyživovány společným kondiciovaným médiem 9. Informace ze současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na částech 10a buněčných kultur podrobených stimulujícímu působením fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, s částmi 10b buněčných kultur nepodrobených tomuto působení je v předmětném uspořádání poskytována prostřednictvím informační jednotky 11, a to zpětnou vazbou k řídící jednotce 4, která na základě poskytovaných informací může uvádět v činnost jednotlivé generátory laserového záření 7a, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3 a zadávat jejich parametry. Těmito parametry se míní jednak parametry týkající se špičkového výkonu indukovaných elektrických proudů, výkonu laseru a výkonu ultrazvuku, případně plošné hustoty tohoto výkonu, a dále pak frekvenční parametry těchto fyzikálních, časově proměnných veličin, kterými se míní základní harmonická (sinusového průběhu) frekvence 12 indukovaných elektrických proudů, ultrazvuku nebo elektromagnetického světelného záření 7a laseru (zde se ovšem častěji uvádí vlnová délka, která je s frekvencí jednoznačně svázána), přičemž tato základní frekvence 12 je dána především konstrukcí generátorů laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3 poněvadž se vždy z principu jedná o frekvenci resonanční. Tato frekvence 12 je ovšem podávána jen po určitý časový úsek, dobu paketu 13 a tyto pakety se opakují s určitou periodou 14 paketu, tedy jim náleží rovněž určitá frekvence daná touto periodou 14 paketu, jak je patrné z obr. 2. Toto periodické podávání paketů o době trvání 13 dané fyzikální intervence ovšem probíhá jen po určitou dobu - doba aktivity 15, po které vždy následuje doba pauzy 16, přičemž tento časový děj daný dobou aktivity 15 a dobou pauzy 16 se opět periodicky opakuje. Součet doby aktivity 15 a doby pauzy 16 pak udává periodu pracovního cyklu aplikace fyzikální intervence.
Fyzikální intervence představovaná energií indukovaných elektrických proudů je na určenou část 10a buněčné kultury aplikována prostřednictvím aplikátoru 5 indukovaných elektrických proudů, např. v podobě cívky, s výhodou spirálového provedení, která je k určené části 10a buněčné kultury bez nutnosti přímého kontaktu přiložena tak, aby časově proměnný elektrický proud procházející touto cívkou vytvářel časově proměnné magnetické pole, a to na principu Faradayova zákona generovalo v elektricky vodivé kultuře buněk části 10a buněčné kultury časově proměnný indukovaný elektrický proud, který odpovídá časové derivaci vznikajícího časově proměnného magnetického pole.
Fyzikální intervence představovaná energií laseru je na určenou část 10a buněčné kultury aplikována prostřednictvím aplikátoru 7 záření laseru, který může být opatřen zaostřovacím systémem umožňujícím soustředění zářivého toku přesně na určenou část 10a buněčné kultury, případně jinou známou optickou soustavou nebo rovnou světlovody přímo zavedenými k části 10a buněčné kultury podrobené stimulujícímu působení.
- 5 CZ 37572 U1
Fyzikální intervence představovaná energií ultrazvuku je na určenou část buněčné kultury aplikována prostřednictvím aplikátoru 6, který na svém čele má umístěn měnič elektrické energie na ultrazvuk a mezi čelem tohoto aplikátoru 6 a kultivační destičkou 8, případně Petriho miskou 8, případně nádobou bioreaktoru 8, je umístěno prostředí 6a vhodné akustické impedance, schopné s minimem ztrát převádět ultrazvukové vlnění na určenou část 10a buněčné kultury.
Informace ze současného nebo následného laboratorního porovnání efektů dosažených na částech 10a buněčných kultur podrobených stimulujícímu působením fyzikální intervence indukovanými elektrickými proudy, fyzikální intervence laserem, resp. fyzikální intervence ultrazvuku, a to samostatně, postupně nebo současně, s efekty dosaženými na částech 10b buněčných kultur nepodrobených stimulujícímu působením fyzikálních intervencí, mohou být získávány v reálném čase nebo následně mikroskopickým zkoumáním, enzymaticky, spektrofotometricky, pomocí MTT testu, pomocí Resazurinového testu, chromatograficky, cytometricky, imunochemicky, geneticky, případně jinými známými metodami hodnocení buněčných kultur. Takto získávané informace jsou pak dlouhodobě soustřeďovány v informační jednotce 11, kde jsou korelovány s parametry generátorů laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3, přičemž na základě těchto vzájemných vazeb mezi výkonovými (intenzitními) a frekvenčními parametry generátorů laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3 i celkovými aplikovanými energiemi daných fyzikálních intervencí pak informační jednotka 11 určuje parametry generátorů laserového záření, indukovaných elektrických proudů a ultrazvuku 1, 2 a 3. Pro zajištění této zpětné vazby může být využito manuálního přístupu zabezpečovaného kvalifikovaným odborníkem schopným účelně využívat poskytované informace, nebo může být aplikován automatizovaný řídící systém vytvořený některou ze známých metod automatizovaného řízení systémů nebo metod umělé inteligence.
Průmyslová využitelnost
Laboratorní instrumentáriu pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro lze využít na kultury mezenchymálních stromálních buněk, případně i na kultury jiných buněk, a tímto působením byla podporována produkce regenerativních, protizánětlivých a dalších biologicky aktivních látek mezenchymálními stromálními buňkami, přičemž takto získané produkty pak mohou sloužit pro léčebné účely, případně sami mezenchymální stromální buňky zvyšovaly svoji proliferaci, vialbilitu, migrační a diferenciační schopnost a další potenciálně klinicky žádoucí vlastnosti, případně i jiné takto stimulované jiné buněčné kultury zvyšovaly svoji viabilitu, proliferaci a další jejich potenciálně klinicky žádoucí vlastnosti, takže biologicky aktivní produkty těchto buněk, případně tyto buňky samotné jsou po této stimulaci lépe laboratorně i potencionálně klinicky využitelné.
Claims (3)
1. Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro, zahrnující řídící jednotku (4), informační jednotku (11), vyznačující se tím, že řídící jednotka (4) má výstup připojen na vstup generátoru (1) laserového záření, na vstup generátoru (2) indukovaných elektrických proudů a na vstup generátoru (3) ultrazvuku, dále je první vstup řídící jednotky (4) připojen na výstup informační jednotky (11), a druhý vstup řídící jednotky (4) je připojen, na druhý výstup generátoru (1) laserového záření, na druhý výstup generátoru (2) indukovaných elektrických proudů a na druhý výstup generátoru (3) ultrazvuku, přičemž generátor (1) laserového záření (7a) má první výstup připojen na vstup aplikátoru (7) záření laseru a generátor (2) indukovaných elektrických proudů má první výstup připojen na vstup aplikátoru (5) indukovaných elektrických proudů a generátor (3) ultrazvuku má první výstup připojen na vstup aplikátoru (6) ultrazvuku, kde aplikátor (6) ultrazvuku je na čele opatřen měničem (6b) elektrické energie na ultrazvuk, následovaným přes prostředí (6a) pro vedení ultrazvuku, které je v kontaktu s kultivačním zařízením (8), ve kterém je v kondiciovaném médiu (9) umístěna buněčná kultura (10).
2. Laboratorní instrumentárium podle nároku 1, vyznačující se tím, že buněčná kultura (10) sestává ze dvou částí (10a), (10b).
3. Laboratorní instrumentárium podle nároku 1, vyznačující se tím, že kultivační zařízení (8) je tvořeno kultivační destičkou nebo Petriho miskou nebo nádobou bioreaktoru.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-41470U CZ37572U1 (cs) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-41470U CZ37572U1 (cs) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ37572U1 true CZ37572U1 (cs) | 2023-12-19 |
Family
ID=89321383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2023-41470U CZ37572U1 (cs) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ37572U1 (cs) |
-
2023
- 2023-11-15 CZ CZ2023-41470U patent/CZ37572U1/cs active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mobini et al. | Direct current electrical stimulation chamber for treating cells in vitro | |
| Leppik et al. | Electrical stimulation in bone tissue engineering treatments | |
| Chen et al. | Electrical stimulation as a novel tool for regulating cell behavior in tissue engineering | |
| US6627421B1 (en) | Methods and systems for applying multi-mode energy to biological samples | |
| US20160032234A1 (en) | Methods and devices for mechanical and electrical stimulation of stem cell monolayer and 3d cultures for tissue engineering applications | |
| Jordan et al. | Effect of pulsed, high-power radiofrequency radiation on electroporation of mammalian cells | |
| Novickij et al. | High-pulsed electromagnetic field generator for contactless permeabilization of cells in vitro | |
| Faurie et al. | Cell and animal imaging of electrically mediated gene transfer | |
| JP2008532560A (ja) | 微弱電界ネットワークを仲介して行う、生体外で細胞内に遺伝子、タンパク質および薬剤を送達する方法および装置 | |
| Yao et al. | Gene transfer and drug delivery with electric pulse generators | |
| CZ37572U1 (cs) | Zapojení laboratorního instrumentária pro stimulaci mezenchymálních stromálních buněk in vitro | |
| Mamman et al. | Optimization of electric field parameters for HT29 cell line towards wound healing application | |
| Jacobs IV et al. | Engineering high post-electroporation viabilities and transfection efficiencies for elongated cells on suspended nanofiber networks | |
| US20040191906A1 (en) | Method for selective enhancement of cell growth | |
| Talele et al. | Non-linear time domain model of electropermeabilization: Effect of extracellular conductivity and applied electric field parameters | |
| Dennis | Inductively Coupled Electrical Stimulation-Part I: Overview and First Observations | |
| CN114317261A (zh) | 一种可形成梯度电场电刺激的细胞培养皿 | |
| US20070155011A1 (en) | Method of producing stable collagen producing mesenchymal cells from adult adipose stem cells via transfection | |
| Průcha et al. | Two types of high inductive electromagnetic stimulation and their different effects on endothelial cells. | |
| US20110177576A1 (en) | Shock wave cell treatment device and method to enhance cell replication | |
| Adon | Pulse electric field exposure effect on morphological properties of hela cells | |
| Zhou et al. | Highly uniform in-situ cell electrotransfection of adherent cultures using grouped interdigitated electrodes | |
| KR101815525B1 (ko) | 증가된 이동성 및 착생을 나타내는 줄기세포의 제조방법 및 그 줄기세포 | |
| Bobrinetskiy et al. | Investigation of the effect of local electrical stimulation on cells cultured on conductive single-walled carbon nanotube/albumin films | |
| US20230301790A1 (en) | Smart platform bioprinting bed with at least one controllable stimulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20231219 |