تميز خصائص متعددة النطاقات الميكانيكية للأنسجة المخ عن طريق مجهر القوة الذرية، تأثير المسافة البادئة، وRheometry

Elizabeth Peruski Canovic; Bo Qing; Aleksandar S. Mijailovic; Anna Jagielska; Matthew J. Whitfield; Elyza Kelly; Daria Turner; Mustafa Sahin; Krystyn J. Van Vliet

doi:10.3791/54201

Method Article

تميز خصائص متعددة النطاقات الميكانيكية للأنسجة المخ عن طريق مجهر القوة الذرية، تأثير المسافة البادئة، وRheometry

DOI:

10.3791/54201

⸱

September 6th, 2016

Elizabeth Peruski Canovic¹ , Bo Qing² , Aleksandar S. Mijailovic³ , Anna Jagielska² , Matthew J. Whitfield² , Elyza Kelly⁴ , Daria Turner⁴ , Mustafa Sahin⁴ , Krystyn J. Van Vliet¹^,²

¹Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ³Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ⁴Department of Neurology, The F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital, Harvard Medical School

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم مجموعة من التقنيات لتوصيف الخصائص الميكانيكية اللزجة المرنة للدماغ على المقاييس الدقيقة والمتوسطة والكبيرة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لتصميم ومهندس المواد مستوحاة من خصائص الدماغ، سواء كان ذلك لالمحاكاة الآلية أو في دراسات تجديد الأنسجة، وأنسجة المخ نفسها يجب أن يتسم جيدا في طول ووقت مختلف المستويات. مثل العديد من الأنسجة البيولوجية، أنسجة المخ المعارض لذلك، بنية هرمية معقدة. ومع ذلك، وعلى النقيض من معظم الأنسجة الأخرى، والدماغ هو من صلابة ميكانيكية منخفضة جدا، مع الرجوعية E يونغ مرنة بناء على أمر من 100s من السلطة الفلسطينية. هذا صلابة منخفضة يمكن أن تشكل تحديات لتوصيف التجريبية من الخواص الميكانيكية الرئيسية. هنا، علينا أن نظهر العديد من التقنيات توصيف الميكانيكية التي تم تكييفها لقياس خصائص المرونة واللزجة من المواد المائية، ومتوافقة البيولوجية مثل أنسجة المخ، في جداول طول مختلفة ومعدلات التحميل. في الميكروسكيل، ونحن إجراء زحف الامتثال والتنفيذ الاسترخاء التجارب باستخدام القوة الذرية المسافة البادئة تمكين المجهر. في mesosكال، ونحن أداء التجارب المسافة البادئة تأثير باستخدام إندينتر المجهزة القائم على البندول. في macroscale، ونحن إجراء مواز لوحة rheometry لقياس التردد يعتمد القص الرجوعية المرنة. نحن أيضا مناقشة التحديات والقيود المرتبطة بكل طريقة. معا هذه التقنيات تمكن توصيف الميكانيكية للأنسجة المخ والتي يمكن استخدامها لفهم أفضل للبنية الدماغ وهندسة المواد مستوحاة من الحيوية في العمق.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

معظم ما الأنسجة الرخوة التي تضم أجهزة البيولوجية هي ميكانيكيا ومعقدة من الناحية الهيكلية، من صلابة منخفضة مقارنة مع العظام المعدنية أو المواد الهندسية، ويحمل غير الخطية والتي تعتمد على الوقت تشوه. مقارنة مع الأنسجة الأخرى في الجسم، وأنسجة المخ متوافقة بشكل ملحوظ، مع الرجوعية E مرنة بناء على أمر من 100s من السلطة الفلسطينية ^1. أنسجة المخ المعارض التجانس الهيكلي مع الرمادي متميزة وinterdigitated والمناطق المادة البيضاء التي تختلف أيضا وظيفيا. سيساعد فهم الميكانيكا أنسجة المخ في تصميم المواد والنماذج الحسابية لتقليد استجابة من الدماغ أثناء الإصابة، وتسهيل التنبؤ الأضرار الميكانيكية، وتمكين الهندسة استراتيجيات و....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بيان الأخلاق: تمت الموافقة على جميع البروتوكولات التجريبية من قبل لجنة البحوث الحيوانية من مستشفى بوسطن للأطفال ويتوافق مع المعاهد الوطنية للصحة الدليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية.

1. ماوس الدماغ إجراءات الأنسجة شراء (للتسنن تمكين AFM والمسافة البادئة الأثر)

تحضير خليط الكيتامين / زيلازين لتخدير الفئران. الجمع بين 5 مل الكيتامين (500 ملغ / مل)، 1 مل زيلازين (20 ملغ / مل) و 7 مل من 0.9٪ محلول ملحي.
حقن الفأر (السلا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويبين الشكل 4 المسافة البادئة التمثيلية وقوة مقابل الردود الوقت (الشكل 4B، E) للامتثال زحف ويجبر التجارب الاسترخاء، نظرا لقوة التطبيقية أو تسنن عمق (الشكل 4A، D)، على التوالي. باستخدام هذه البيانات وهندسة النظام، وJ الامتثال زحف _ج (ر)، وإجبار الاسترخاء الرجوعية G _R (ر) يمكن أن تحسب لمناطق مختلفة من الدماغ (الشكل 4C، F). في حين أن دراسات سابقة.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كل تقنية الواردة في هذه الورقة يقيس جوانب مختلفة من الخصائص الميكانيكية أنسجة الدماغ. الامتثال زحف والإجهاد الاسترخاء الرجوعية هي مقياس الخواص الميكانيكية تعتمد على الوقت. تمثل التخزين وفقدان الرجوعية الخواص الميكانيكية التي تعتمد على معدل. كما يقيس المسافة البادئة تأثير الخواص الميكانيكية التي تعتمد على معدل، ولكن في سياق تبديد الطاقة. عندما تميز الخواص الميكانيكية النسيج، وتستخدم كل من المسافة البادئة تمكين AFM والريولوجيا عادة الأساليب. المسافة البادئة تمكين AFM مفيدة بشكل خاص .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقر بدعم هذا العمل من قبل الجمعية الوطنية للتصلب المتعدد ومركز سيمونز للدماغ الاجتماعي. تعترف BQ بالدعم المقدم من برنامج زمالة الدراسات العليا للعلوم والهندسة في الدفاع الوطني الأمريكي.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
	Xylazine	Lloyd	المختبر عقار
الكيتامين	AnaSed الحقن		الوصف المخدرات
الاهتزاز (الميكروتوم الشفرة الاهتزازية)	Leica	VT1200
Hibernate-A Medium	Gibco	A1247501	CO_{2< / sub> الوسط العصبي المستقل للأنسجة البالغة}
مجهر القوة الذرية ، MFP-3D-BIO	Asylum	Research-Petri
Dish	Heater Asylum	Research-AFM
Probe, 0.03 N / m, 10 ومايكرو. م دائرة نصف قطرها البورسليكات	نوفاسكان	PT. يمكن استخدام GS
Cell-Tak	Corning	354240	حيوي مشتق من بلح
بيكربونات الصوديوم	سيجما-ألدريتش	S5761	الموردين البديلين
هيدروكسيد الصوديوم ، يمكن استخدام الموردين	البديلين	1 N Sigma-Aldrich	59223C
المسافة البادئة الآلية ، NanoTest Vantage	Micro Materials Ltd.	-	يجب تشكيل طرف المسبار (لكمة فولاذية مسطحة ، 1 & nbsp ؛ قطر مم ، 4-5 & nbsp ؛ طول مم)
NanoTest Liquid Cell	Micro Materials Ltd.	-
الريومتر للوحة المتوازية MCR501	Anton-Parr-PP25
& nbsp ؛	يمكن استخدام Anton-Parr-25		مم لوحة قياس مسطحة بقطر 25 مم
ورق صنفرة لاصق	McMaster-Carr	4184A48	يمكن استخدام الموردين البديلين
Loctite 4013 Instant Adhesive	Henkel	20268

مختبر لاصق البحر مقياس

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling. Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).
Liu, F., Tschumperlin, D. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

تميز خصائص متعددة النطاقات الميكانيكية للأنسجة المخ عن طريق مجهر القوة الذرية، تأثير المسافة البادئة، وRheometry

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles