Posted on

Giải pháp thử nghiệm mô, tế bào sinh học

Thử nghiệm mô, tế bào sinh học của Tiến sĩ Matthieu De Beule – trường ĐH Ghent (Bỉ)

Tiến sĩ Matthieu De Beule có hai phòng thí nghiệm về mô, cơ học sinh học và cơ học rắn cho các ứng dụng y khoa tại trường ĐH Ghent và tại công ty riêng của ông, ông đều đang cố gắng phát triển những chiến lược mô phỏng thực tế mới lạ cho các thiết bị tim mạch xâm lấn tối thiểu.

Những thách thức phải đối mặt khi tiến hành thử nghiệm mô, tế bào 

Một trong những thách thức của Tiến sĩ  De Beule gặp phải là nhu cầu các thiết bị thử nghiệm linh hoạt cho phép ông thực hiện nhiều thử nghiệm để xác định mô hình mô phỏng. Việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ De Beule đòi hỏi các mẫu thử nghiệm ở các vị trí và hướng duy nhất. Bên cạnh đó, thử nghiệm trong môi trường chân không và bồn dung dịch để mô phỏng tất cả các điều kiện trong cơ thể người.

Nhìn chung, việc thu thập dữ liệu kiểm tra cơ học trong điều kiện thực tế nhất có thể là rất quan trọng để xác định tính mô phỏng thích hợp. Các thông tin có thể cho phép các bác sĩ có thể chuẩn đoán tốt hơn sự phản ứng lại của các bệnh nhân đối với các thiết bị đo tim mạch trước khi tiến hành phẫu thuật.

Ví dụ: Một thiết bị mô phỏng là thay van động mạch chủ qua đường ống thông (transcatheter van aortic valve implantation – TAVI) được sử dụng để thay thế cho van động mạch chủ. Hiện tại, thủ thuật stent ít xâm lấn dựa trên những thiết bị đã có trên thị trường. Tuy nhiên tỷ lệ thành công của nó lại tùy thuộc vào đối tượng bệnh nhân khác nhau. Đối với một vài bệnh nhân, kết quả TAVI có thể là kém khi van bị rò rỉ. Vì vậy, bằng việc sử dụng mô phỏng kết hợp với các đặc tính của stent như kích thước, đặc tính cơ học, loại stent, với bệnh án thì Tiến sĩ hy vọng có thể chuẩn đoán được bệnh tốt hơn.

Giải pháp là gì?

Để có thể thực hiện được những thử nghiệm mô, tế bào linh hoạt, rõ ràng thấy được hệ thống máy kéo nén vạn năng 5944 của Instron là giải pháp tốt nhất. Hệ thống này có thể đặt thẳng đứng hoặc nằm ngang dưới mặt đất. Khả năng thay đổi qua lại giữa hai cấu hình cho phép phòng thí nghiệm có thể kiểm tra nhiều mẫu khác nhau theo nhiều hướng khác nhau.

Ngoài ra, việc sử dụng BioBox rất có lợi cho việc kiểm tra vật liệu có độ xốp cao như ống thông ở nhiệt độ cơ thể. Phòng thí nghiệm cũng được hưởng lợi từ việc sử dụng BioPuls, cho phép kiểm tra các thiết bị cấy ghép ở nhiệt độ cơ thể trong trạng thái hydrat hóa hoàn toàn. Với tính linh hoạt của 5944, một loạt các thử nghiệm khác nhau có thể được hoàn thành với một hệ thống duy nhất. Ví dụ, một bài kiểm tra độ giãn của dây Nitinol, một bài kiểm tra kéo căng trên một miếng mô người hoặc một bài kiểm tra uốn của toàn bộ stent có thể được thực hiện bằng một hệ thống 5944.

Kết quả khi Tiến sĩ De Beule sử dụng hệ thống Instron 5944 để thử nghiệm mô, tế bào

Phòng thí nghiệm của Tiến sĩ De Beule có khả năng kết hợp các dữ liệu thực nghiệm thu thập được với thiết bị của Instron, thông tin về bệnh án để từ đó tạo mô phỏng trong máy tính tiên tiến. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích đối với bệnh nhân cụ thể, ảnh và dữ liệu giúp chuẩn đoán bệnh chính xác và chi tiết hơn.

Trong lĩnh vực nghiên cứu y sinh học, thiết bị thử nghiệm linh hoạt như của Instron rất hữu ích. Vì trong cơ thể đã có rất nhiều tế bào, mô với các hướng thử nghiệm khác nhau. Với các hệ thống kiểm tra cơ học khác thì việc tiến hành nhiều thử nghiệm như thế là không khả thi. Cách tiếp cận của Instron là để linh hoạt khi kết hợp các thiết bị duy nhất như khả năng thử nghiệm ở 37ºC  là một lợi thế rất lớn” – Tiến sĩ   De Beule cho biết.

Nguồn: Case study – Instron

Liên hệ: sales@vecomtech.com

Posted on

Thử nghiệm cơ học lực tải thấp với ElectroPuls

“Electropuls cung cấp một thử nghiệm nhấn hoàn chỉnh thông qua nhiều cách khác nhau, cung cấp thông tin đầy đủ và kết quả chính xác…”

Các thử nghiệm cơ học trong cấu trúc vi mô ngày càng trở thành lĩnh vực nghiên cứu phổ biến, đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu căn bệnh ung thư. Các thử nghiệm này chỉ ra những thay đổi trong môi trường vi mô, chúng là nguyên nhân chính dẫn đến ung thư. Cụ thể là độ cứng của mô tăng lên. Các lực cơ học bên ngoài tác động làm ảnh hưởng trực tiếp đến việc điều chỉnh tín hiệu tế bào và ảnh hưởng đến việc tăng trưởng. Do đó, việc kiểm tra các tính chất cơ học trong môi trường vi mô là chìa khóa để tạo ra một mô hình cơ sinh học cho sự phát triển khối u.

Mẫu tế bào ung thư có sẵn trong giàn collagen với bề dày 150μm. Việc kiểm tra cơ học trong những mẫu mỏng như vậy là rất khó khăn. Bằng cách sử dụng ElectroPuls ™ E3000 có thể trích xuất các tính chất cơ học của các mẫu rất nhỏ này bằng việc lấy mẫu vi mô. ElectroPuls cung cấp thử nghiệm nhấn lõm cho đặc tính cơ học đặc biệt đối với các tế bào màng mỏng.

Thử nghiệm đối với các màng mỏng

Instron ElectroPuls E3000 được trang bị một 1 loadcell 5N. Với những màng mỏng chỉ dày 150μm được đặt vào một hộp chứa đầy chất petri. Ban đầu, một dạng sóng được tạo ra với tỷ lệ lõm   0.05μms-1

Do việc đặt đầu vật tạo lõm chính xác lên trên bề mặt mỏng chỉ vài μm là rất khó nên việc thử nghiệm tiến hành khá lâu. Một dạng sóng phức tạp hơn đã được tạo ra có thể tác động lực tải lên đến 0.5N sau đó tăng đầu vật tạo lõm 150μm để nâng bề mặt gel lên. Điều này là giảm thời gian tạo lõm bởi 1 trong 4 yếu tố mà vẫn duy trì được tỷ lệ lõm là 0.05μm.

Sự thử nghiệm cực kỳ chậm này cho phép tạo bản đồ chính xác về mặt lõm của gel mỏng từ đó có thể ước tính được độ cứng. Kết quả được xử lý bằng cách sử dụng một bộ lọc thấp để giảm tiếng ồn và một bộ lọc thu nhỏ để giảm kích thước file (downsample).

Từ việc mô tả tải trọng, mô hình hóa sang công thức như sau:

Trong đó:

F: là lực tải

E : mô đun biến dạng

R : bán kính của đầu tạo lõm (indenter)

v: độ lõm

δ : hệ số Poisson của vật liệu

Ưu điểm hệ thống thử nghiệm cơ học với lực tải thấp ElectroPuls

Kiểm tra mẫu là mô màng mỏng bằng ElectroPuls ™ E3000 trên cùng một hệ thống đã được sử dụng để thử mỏi 3KN. Instron cũng cung cấp một loạt các loadcell đáp ứng một loạt các ứng dụng khác nhau. Quá trình xử lý cung cấp cho người dùng dữ liệu thô, nên người dùng cuối có thể xử lý dữ liệu đó theo bất kỳ cách nào mà họ thấy phù hợp. Khả năng tính toán của mô đun giúp cải thiện và nâng cao khả năng giảm tiếng ồn của máy khi sử dụng.

Hình 1 cho thấy từ thông tin dữ liệu 10kHz được sử dụng trong khi chỉ ghi dữ liệu ở 10Hz, sao cho kích thước tập tin có thể quản lý được và độ ồn rất thấp. Bằng một sự tính toán nhỏ chúng ta có thể giảm được độ ồn.

Kết quả quá trình thử nghiệm cơ học

Hai đoạn thẳng trong đồ thị (hình 2) đơn giản nhưng cho thấy với load cell 50N có khả năng cung cấp thông tin cơ học từ mô mềm với độ dày 150μm.

Kết quả cuối cùng cho thấy mô đun colagen dạng này nằm trong khoảng 1800Pa – 2500 Pa. Những kết quả này không chỉ có thể kết hợp vào các mô hình tăng trưởng mà còn chứng minh rằng nó có thể cho kết quả từ những gen này. Điều đó có nghĩa là những nghiên cứu sau sẽ cho phép biết rõ đặc trưng của những hợp chất collagen chứa bên trong tế bào ung thư để biết được rõ hơn mức độ phát triển của tế bào ung thư.

Nguồn: Instron

Liên hệ: sales@vecomtech.com