调查气管中的应力松弛和失效反应
October 18th, 2022
本方案确定了猪气管的拉伸应力松弛和破坏特性。这些方法的结果可以帮助提高对气管粘弹性和衰竭阈值的理解，并有助于提高肺系统计算模型的能力。
该协议提供了一种详细的方法来研究气管的应力松弛反应。研究气管的应力松弛反应对于理解肺力学研究至关重要。首先，沿着尸体的颈部做一个垂直的中线切口，并将甲状腺软骨、环状软骨和气管从舌骨暴露到胸骨上切口。
使用10号刀片收获喉部和全长气管。将气管样本与喉部分离，然后使用刀片沿一侧的整个长度纵向切割气管插管。将气管切成两个近端宽约5毫米的圆周条和远端约5毫米宽的两条纵向条，这些条带的最小长度为25毫米。
导航到下载的压缩文件夹，然后提取其内容并导航到"仅失败"文件夹。使用 mm/dd/yy 文件命名约定将来自测试样本的数据存储在 Microsoft Excel 文件中。在"仅故障"文件夹中打开 2022 年 4 月 30 日测试的示例文件，并识别多个工作表选项卡，其中包含在此特定日期遭受机械故障的每个样本的原始数据。
确保使用样品类型、样品编号和拉伸前应变水平百分比文件约定标记样品。选择工作表选项卡 TA_1_0%确保原始数据标题列按照文本手稿中的说明进行标记并关闭当前的 Microsoft Excel 文件，然后返回到数据分析软件的工作目录并导航到放宽文件夹。如前所述，将特定日期测试的实验组样本中的数据存储在 Microsoft Excel 文件中。
打开松弛文件夹并识别多个工作表选项卡，其中包含在该特定日期测试的实验组中每个样品的原始负载松弛数据。暂停并注意，每个样品在拉伸机械载荷下都受到机械故障，如此Microsoft Excel文件中包含的工作表选项卡所示。确保任何工作表选项卡指示的每个示例的原始负载松弛数据的格式正确，然后保存并关闭当前的 Microsoft Excel 文件。
返回数据分析软件的工作目录，导航至放弛后的文件夹故障。确认有一个 Microsoft Excel 文件，其日期与放宽文件夹中的日期相同。打开失效后松弛文件夹中的 Excel 文件，并识别多个工作表选项卡，每个选项卡都包含来自松弛文件夹中存在的相同样本的原始机械失效数据。
确保原始机械故障数据的每个样本标题列的格式正确。关闭当前的微软Excel文件，返回数据分析软件的工作目录。打开 Microsoft Excel 文件测试日期。
XLSX 将指示代码分析用户指定的测试日期。在第一列中以 mm/dd/yy 格式列出测试日期。在第二列中，使用Y或N表示测试日期的样品是否来自实验组，其中包括应力松弛和机械故障。
在第三列中，指示是否有任何样品来自显示直接机械故障的对照组。保存并关闭当前的微软Excel文件并返回数据分析软件的工作目录，然后打开主脚本文件main_relax_failure。m，选择软件界面上的绿色大箭头以运行代码。
或者，在命令窗口中键入运行主计算放松。出现提示后，输入逗号分隔的固定伸长率水平（以百分比表示）用于各个实验组并按 OK，然后输入逗号分隔的应力松弛测试持续时间（以秒为单位）用于各个实验组并按 OK。成功运行代码后，请确保计算结果在数据分析软件的工作目录中以 Microsoft Excel 文件的形式提供，并将 mm/dd/yy 替换为代码的运行日期。轴向或周向预拉伸至10%应变后气管样本的应力松弛响应显示应力负荷的初始峰值，随后在300秒保持期间应力降低百分比。
气管样品在没有预拉伸或10%预拉伸指示失效应力后的轴向或圆周载荷下进行失效测试的应力-应变响应。初步试验成功表征了气管组织的应力-松弛响应，其中初始峰值应力在轴向载荷方向上较高。相比之下，与轴向载荷方向相比，圆周载荷方向的应力减少百分比更高。
对于相同的10%预拉伸组，轴向载荷方向的松弛时间也高于圆周载荷方向。在失效资料中，零拉伸组和10%预拉伸组在圆周加载方向的破坏应力和e值较高，而在轴向加载方向报告的破坏应变较高。确保测试样品数据的标记正确，数据表的标题列格式正确。
这些步骤对于运行数据分析代码至关重要。除了急性，还可以研究慢性压力松弛反应。此外，还可以研究准静态应力松弛响应。
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概述
该协议提供了一种详细的方法来研究猪气管的应力松弛响应，这对理解肺部机械性质至关重要。所描述的方法可以增强对气管粘弹性特性和失效阈值的理解。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物学
- 肺部机械性
背景
- 气管在呼吸系统中扮演着重要角色。
- 理解其机械性质对肺部研究至关重要。
- 应力松弛响应提供了关于组织在压力下行为的洞见。
- 猪模型由于与人类的解剖相似性，常用于生物医学研究。
研究目的
- 确定猪气管的拉伸应力松弛和失效性质。
- 提高对气管粘弹性性质的理解。
- 推进肺部系统的计算模型。
使用的方法
- 在尸体颈部做一个垂直中线切口。
- 暴露甲状软骨、环状软骨和气管。
- 采集喉和完整长度的气管。
- 将气管切成条状以便进行测试。
主要结果
- 结果提供了关于气管粘弹性行为的洞见。
- 数据可以用来改进肺部系统的计算模型。
- 理解失效阈值可以帮助临床应用。
- 研究结果为肺部机械性研究的更广泛领域做出了贡献。
结论
- 该协议有效评估了气管组织的机械性质。
- 获得的洞见可以增强对呼吸机制的理解。
- 未来的研究可以在这些发现的基础上改善肺部健康。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of tracheal stress-relaxation and failure responses enables mechanistic de-risking in respiratory tissue research and device development. These biomechanical insights support predictive confidence for preclinical evaluation of airway implants and inform early-stage target validation for interventions affecting airway mechanics. Standardized data acquisition and analysis workflows facilitate reproducibility and cross-study comparability in biopharma R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of tissue-level mechanical hypotheses relevant to airway function and injury.
- Supports biological de-risking by quantifying viscoelastic and failure thresholds in tracheal tissue.
- Provides foundational data for functional target validation in respiratory device and therapeutic development.
Screening & Assay Development
- Establishes validated biomechanical test systems for downstream screening of materials or interventions.
- Standardizes assay conditions and quantitative outputs for reproducible mechanical property measurement.
- Facilitates scalability and platform reuse for comparative evaluation of candidate devices or compounds.
Translational & Preclinical Research
- Aligns biomechanical endpoints with disease-relevant airway injury and repair models.
- Enables continuity from discovery-stage mechanical testing to preclinical validation of device-tissue interactions.
- Supports risk-adjusted advancement decisions for airway-targeted therapeutics and implants.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by providing standardized mechanical testing and quantitative analysis of tracheal tissue properties.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on airway tissue mechanics and injury mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative stress-relaxation and failure data for candidate evaluation.
- Analytics: Generates structured datasets and statistical outputs for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical device and intervention studies in airway models.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable workflow for mechanical property assessment across respiratory research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in airway tissue research.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability of biomechanical assays.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and capital allocation for airway-targeted R&D initiatives.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of device and therapeutic candidates based on quantitative tissue response data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in tissue biomechanics and mechanical testing protocols.
- Needs access to tensile testing instrumentation and data analysis software (e.g., MATLAB).
- Demands rigorous data labeling, formatting, and cross-team standardization for reproducibility.
- Adaptation may be needed for different tissue types or model systems.
- Practical limitations include sample preparation variability and the need for precise strain and time control.
