Команда исследователей из Технологического института Нью-Джерси (NJIT) в Ньюарке, Нью-Джерси в сотрудничестве с их коллегами из Университета Оклахомы (OU) в нормандце, хорошо продемонстрировала новый основанный на изображении подход моделирования, состоящий из экспериментов Bone Tissue Engineering (BTE), микрокомпьютерной томографии (? CT) типовой просмотр, «Виртуальная Гистология» сегментация изображения и гидрогазодинамика Lattice Boltzmann Method (LBM), которая приводит к реалистическим моделированиям лесов BTE, культивированных в биореакторах обливания потока. Понимание взаимодействия между лесами производственные параметры, условия культивирования и цитобиологией в конструкции необходимо для того, чтобы перейти регенеративную медицину к клиническому урегулированию. Хотя предыдущие попытки были предприняты моделирования искусственной культуры клеток тканей, они были ограничены, упростив предположения, такие как однородная клетка / освещение монослоя ткани поверхности лесов и идеализированных конфигураций лесов.
С другой стороны, эта новая и масштабируемая технология может позволить исследователям объяснить реалистические архитектурные непустые мечты, врожденные к лесам разработки ткани; а также для присутствия клеток / ткани в их порах. Дополнительное преимущество нашего метода состоит в том, что он допускает корреляцию поведения клетки и роста ткани с физикой потока, происходящей в сложной 3D микроокружающей среде лесов. Кроме того, такие отношения могут прослеживаться со временем через моделирование на основе неразрушающего повторного просмотра. Отчет появляется в выпуске в декабре 2016 журнала TECHNOLOGY.
«Используя в своих интересах точную пространственно-временную информацию, предоставленную отображением micro-CT с высоким разрешением, этот подход открывает дверь для преобразования машинной разработки ткани, которая традиционно сделана на основе виртуальных рисунков лесов и very little-no перекрестной проверки против эксперимента», говорит профессор Роман Воронов, доктор философии Технологического института Нью-Джерси и Научный руководитель бумаги. Рукопись предлагает ‘рецепт’ для технологии, которая достигла высшей точки из по усилию продолжительностью в десятилетие команды, работающей над проблемой BTE-моделирования.
В то время как аспект отображения их подхода предлагает беспрецедентную способность обнаружить и сказать обособленно отдельные клетки, мягкие ткани и отвердение, включенное в лесах, LBM выбран для его способности обращаться с крупномасштабными моделированиями (такими как те, которые следуют из подмикрона voxel резолюция, показанная здесь) и сложные граничные условия, типичные для лесов BTE. И, хотя представленные результаты предназначаются, чтобы служить доказательством понятия только, продемонстрированная технология не ограничена объемом выборки, так как его алгоритмы полностью parallelizable для супервычисления.Поэтому это прямо, чтобы распространиться на модели полных лесов с единственным физическим ограничением, являющимся типовой палатой micro-CT.
Однако те, как правило, намного больше, чем леса.«Кроме того, в случае, если повторено просмотр не возможен, или не желателен, количество требуемых просмотров может быть минимизировано, просто вычтя любой биовопрос из изображения конечной точки полностью культурные леса.
Это помогло бы оценить начальную геометрию лесов до отбора клетки.», сказал Тэсин Алам NJIT, первый автор статьи. Как только это сделано, образцы потока жидкости, установленные в начальных пустых лесах, могут коррелироваться к росту ткани, наблюдаемому по изображению конечной точки.
Наконец, так как расчетные результаты наложены на экспериментальные изображения в 3D, сам метод служит прямым сравнением с экспериментом. И любая корреляция, полученная в результате основанного на изображении моделирования, может быть впоследствии проверена, делая попытку предсказаний в образцах, ранее нестолкнутых кодексом.Команда теперь работает, чтобы далее расширить технологию включением молекулярного транспорта, который редко моделируется обычными моделями.
Например, распределение O2 и питательного вещества/отходов в лесах, транспорте побочных продуктов деградации лесов, кислая природа которых может быть вредна для клеток и молекулярных сигналов между клетками, могло все считаться для использования того же самого основанного на изображении подхода. Таким образом более полная картина поведения клетки в сложной микроокружающей среде может быть произведена.
Наконец, применение этой технологии к улучшению культур BTE компьютером, в режиме реального времени и способом с обратной связью, представляет увлекательное новое направление для коммерческого развертывания искусственно выращенных тканей и органов в урегулировании больницы.