本文展示了制备模拟软组织的明胶仿体的实验方法及步骤总结，并介绍了利用压痕法和磁共振弹性成像对其进行相应的黏弹性表征。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
表征软性生物组织的生物力学特性对于理解组织力学以及探究与生物力学相关的疾病、损伤和发育机制具有重要意义。机械测试方法是组织表征最直接的手段，也被视为验证 体内 测量。在众多 离体 机械测试技术中，压痕测试提供了一种可靠的方法，尤其适用于体积小、难以固定且具有黏弹性特性的样品，如脑组织。磁共振弹性成像（MRE）是一种临床上用于测量软组织生物力学特性的方法。基于MRE记录的软组织中剪切波的传播情况，可估算软组织的黏弹性特性。 体内 基于波动方程。本文通过磁共振弹性成像（MRE）和压痕法测量了两种不同浓度明胶仿体的黏弹性特性。文中给出了仿体制备、测试及模量估算的详细实验方案。
引言
大多数软生物组织表现出重要的黏弹性特性，理解这些特性对于研究组织的损伤与发育至关重要1,2。此外，黏弹性特性在多种疾病的诊断中是重要的生物标志物，例如纤维化和癌症3,4,5,6。因此，对软组织黏弹性特性的表征至关重要。在众多表征技术中，离体（ex vivo）组织样本力学测试和利用生物医学成像进行的活体（in vivo）弹性成像技术是两种广泛应用的方法。
尽管已有多种力学测试技术用于软组织表征，但其对样本尺寸和测试条件的要求往往难以满足。例如，剪切测试需要将样本牢固地固定在剪切板之间7。双轴拉伸测试更适用于膜状组织，且对夹持方式有特定要求8,9。压缩试验常用于组织测试，但无法表征单个样本内的特定位置10。压痕测试无需额外固定组织样本，可用于测量多种生物组织样本（如....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
1. 明胶仿体制备
- 根据表1称取明胶、甘油和水。将明胶粉末与水混合，得到明胶溶液。
注意：制备两种模体时各组分的浓度见表1。明胶浓度越高，模体越坚硬。 - 将明胶溶液置于水浴中加热至60 °C。在保持温度的条件下，向明胶溶液中加入甘油。
注意：甘油通过提高明胶混合物的熔点和剪切模量，起到稳定作用17。 - 搅拌溶液并再次加热至60 °C。将混合溶液倒入用于磁共振弹性成像（MRE）和压痕测试的容器中。冷却至室温，并等待溶液完全凝固。
2. MRE 检测
- 将振动板放置在明胶模体上方，确保模体与振动板之间的接触牢固（图1A）。
注：振动板由聚酰胺材料制成，尺寸为 50 x 50 x 5 mm3。 - 将明胶模体放入头部线圈中，在明胶模体周围放置海绵和沙袋，以确保模体固定稳固。使用定制的电磁驱动器并连接传动杆14,18。将电磁驱动器安装在头部线圈上，并将传动杆与振动板连....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
根据磁共振弹性成像（MRE）方案，在40 Hz和50 Hz下观察到明胶仿体中清晰的剪切波传播（图3）。磁共振弹性成像（MRE）和压痕测试测得的黏弹性特性如图4所示。各次测试中每个仿体的储能模量G'和损耗模量G"的估计值汇总于表2。根据压痕测试方案，每个仿体在各测试点的黏弹性特性汇总于表3。
如图所示 图4，使用磁共振弹性成像（MRE）进行测量时，在40 Hz和50 Hz下测得的储能模量（G'）和损耗模量（G"）值在两种明胶仿体之间表现出显著差异（student's t检验） t-test，p < 0.05）。此外，在 40 Hz 与 50 Hz 测量之间的 G' 和 G" 值均观察到显著差异（student's t-test，p < 0.05）。同样，在使用压痕试验进行测量时，两种幻影之间也.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
明胶仿体常被用作组织模拟材料，以测试和验证算法及设备17,19,22,23,24,25,26,27。Okamoto 等人（2011 年）17首次利用明胶仿体比较磁共振弹性成像（MRE）与动态剪切测试，其中明胶的质量浓度约为 2.8%，经校正后估算的 G' 和 G'' 值分别在 1.06–1.15 kPa 和 0.11–0.27 kPa 范围内。Zeng 等人（2020 年）19也使用明胶仿体来验证 MRE 的反演算.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
作者声明无利益冲突。
致谢
感谢国家自然科学基金（项目编号 31870941）、上海市自然科学基金（项目编号 22ZR1429600）以及上海市科学技术委员会（项目编号 19441907700）提供的经费支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 24通道头部线圈 & 颈部线圈 | 联影医疗 | 100120 | 仪器设备 |
| 3T MR 扫描仪 | 联影医疗 | uMR 790 | 仪器设备 |
| 采集板 | 研华股份有限公司 | PCI-1706U | 仪器设备 |
| 计算机-Windows | HP | 790-07 | 仪器设备 |
| 电磁致动器 | 上海交通大学 | 仪器设备 | |
| 函数发生器 | RIGOL | DG1022Z | 仪器设备 |
| 明胶 | CARTE D’或 | 试剂 | |
| 甘油 | Vance Bioenergy Sdn.Bhd | 试剂 | |
| 压痕控制程序 | 定制设计 | 软件；可通过以下网址访问：https://github.com/aaronfeng369/FengLab_indentation_code。 | |
| 激光传感器 | Panasonic | HG-C1050 | 仪器设备 |
| 加载细胞 | 换能器技术 | GSO-10 | 仪器设备 |
| MATLAB | Mathworks | 软件 | |
| 功率放大器 | 雅马哈 | A-S201 | 仪器设备 |
| 音圈电机 | SMAC Corporation | DB2583 | 仪器设备 |
参考文献
- Qiu, S., et al. Viscoelastic characterization of injured brain tissue after controlled cortical impact (CCI) using a mouse model. Journal of Neuroscience Methods. 330, 108463(2020).
- Garcia, K. E., et al.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
标签
