Stimulation mécanique in vitro de cartilage articulaire

Le Mach-1 peut être utilisé comme un dispositif de stimulation mécanique in vitro à l'intérieur d'un incubateur et dans un environnement stérile contrôlé. Les stimuli mécaniques peuvent moduler les processus anabolisants ou cataboliques dans la culture cellulaire ou tissulaire. Le logiciel Mach-1 Motion offert avec le testeur est convivial et flexible. Les résolutions de déplacement et de force de 100 nm et 0,1 mN sont uniques à ce système et sont d'une grande importance dans les études de génie tissulaire.

La polyvalence des différents accessoires du testeur et son logiciel sophistiqué et flexible nous ont permis dans cette étude: 1) de stimuler la synthèse et l'assemblage de la matrice tissulaire et 2) de provoquer des dommages structuraux suivis soit de processus de réparation, soit de dégradation progressive, ce dernier étant un signe d'arthrose. Notre hypothèse: une charge mécanique d'amplitude élevée peut endommager la matrice extracellulaire du cartilage, comme en témoigne l'augmentation de la dénaturation du collagène dans les explants tissulaires chargés. Le chargement dynamique physiologique peut moduler la synthèse de collagène de type II réfléchie par le contenu de son c-propeptide CPII.

Le chargement in vitro a été effectué 2 jours après l'isolement du disque en compression uniaxiale non confinée. Des paires de disques ont été transférées dans une chambre de compression dynamique stérile contenant des milieux de culture et ensuite, on été montées sur le dispositif de test dans l'incubateur. Les disques ont été soumis à différents protocoles de chargement en fonction des effets souhaités: dégradation ou stimulation. Le protocole de charge de dégradation était de 40 cycles d'amplitude de 250 um avec une vitesse de 100 um/s alors que le protocole de stimulation était de 10 rampe/libération d'amplitude de 100 um pour une période d'une heure par jour durant cinq jours consécutifs.

Le protocole de chargement à haute amplitude avec le Mach-1 à l'intérieur d'un incubateur de tissus n'a pas altéré la viabilité cellulaire des cartilages / explants osseux intacts de pleine épaisseur (Figure 1: vert = cellules vivantes, rouge = cellules mortes). La figure 2 montre des contraintes maximales comprises entre 2 et 4 MPa en utilisant le protocole de chargement à grande amplitude. 40 cycles de cette charge de compression induisent une augmentation du collagène dégradé dans les échantillons chargés (figure 3). La figure 4 montre que l'utilisation d'une amplitude de compression plus faible pour une plus longue durée peut stimuler la synthèse du collagène, démontrant le besoin potentiel de stimuli mécaniques pour produire des tissus in vitro.

Le Mach-1 peut être utilisé pour appliquer précisément une stimulation mécanique à des tissus vivants dans des incubateurs de culture de tissus standards. Il est particulièrement bien adapté aux applications d'ingénierie tissulaire où les protocoles de chargement peuvent être raffinés pour produire les effets souhaités sur le métabolisme tissulaire et la croissance.