Studying Hydration in Porous Biopolymer Tissue Scaffolds

乌尔赖特G.K.Dartmouth学院的Wegst和同事正在使用iMaris研究可以植入生活系统的生物聚合物支架，他们可以直接与组织和细胞界面互动以促进再生生长。

“Our goal is to be able to accurately and precisely understand the structural features of scaffolds, so that we may discover through subsequent in vivo studies, which materials perform best and why,” said Wegst. “With such knowledge, we can develop next-generation biomedical materials for clinical applications ranging from peripheral nerve repair to porous ureteral stents.”

快速，自动分析

Wegst和她的同事开发了独特的脚手架，其具有类似于天然生物材料的多孔微观结构。使用称为Freeze铸造的冰模板过程创建此架构。

通常通过检查扫描电子显微照片来手动进行支架微结构的定量表征。这种方法是劳动密集型，主观性，并且只能用于小区域。由于扫描电子显微镜的高景深，难以自动化结构量化。为了克服这些挑战，研究人员开发了一种方法，它使用Imaris软件进行自动化，快速分析与共聚焦显微镜成像的支架，其具有比电子显微镜更低的景深。

他们利用新方法来研究水和水合对脚手架微架构的影响。因为生命系统本身是湿润的，所以要了解水如何影响脚手架。

“伊万里瓷器不仅是生物的一个很好的工具al applications but also very powerful for quantitative analysis of structures in materials science, making it ideally suited for structural quantification of our biomimetic materials,” said Wegst. “We utilized the Cells, Surfaces, and Filaments modules to quantify structural features such as pore area, pore axes, and cell wall thickness.”

分析支架多孔微观结构

研究人员将iMaris细胞模块应用于支架的共焦图像。它们使用仅电池检测，因为电池状孔不包含核和施加的细胞边界检测以识别细胞壁。从默认的单元格强度开始，调整质量阈值，直到大多数孔被正确分割。任何完全在图像中都没有完全在图像中滤出任何内置功能，并且使用目视检查来校正任何不正确的分段孔隙。

研究人员使用了细胞，表面和丝模块来量化结构特征，例如孔面积，孔隙轴和细胞壁厚度。礼貌Prajan Divakar，Kaiyang Yin和Ulrike G.K.Wegst，Dartmouth学院。

研究人员计算了每个孔的像​​素数，以及具有内置软件功能的面向对象的长轴和短轴。它们还通过将长轴除以短轴来计算孔宽高比。为了确定没有细胞壁的孔区域，研究人员使用表面模块基于绝对强度来创建掩模，然后从原始划分图像中减去。它们还通过分析代表共聚焦显微照片的掩模来使用细丝模块来近似细胞壁厚度。

总的来说，分析显示，正如预期的那样，完全水合的样品比干燥对应物显着降低。

“除了对多孔材料的分析之外，如组织支架，我们还使用IMARIS在微观尺度上表征结构表面特征，以便我们在我们实验室开发的新材料中观察到的，”Wegst说。“这些表面特征如孔隙结构，对体内和再生性能至关重要，并确定遗传水平处的宿主响应。”

研究论文：Divakar P，Yin K，Wegst UGK。各向异性冷冻铸造胶原蛋白支架用于组织再生：如何处理条件如何影响干燥和完全水合状态的结构和性质。J MECH行业生物密矿。2019年2月;90：350-364。