Ein Reibungsprüf-Bioreaktorgerät zur Untersuchung der Synovialgelenksbiomechanik, Mechanobiologie und physikalischen Regulation

Traditionell haben wir den Tester verwendet, um nicht lebendes Gewebe zu untersuchen, um Reibungskoeffizienten zu berechnen, aber wir erweitern die Fähigkeiten des Testers erheblich, um lebendes Gewebe zu testen und biologische Wechselwirkungen zu bewerten. Das Reibungsprüfgerät liefert reziproke Übersetzungsbewegung und Druckbelastung an Kontaktflächen lebender Gewebeexplantate. Das Gerät ist modular aufgebaut und ermöglicht die Prüfung verschiedener biologischer Gegenflächen.

Die Methode könnte Aufschluss darüber geben, wie sich Reibungskräfte auf die mechanischen und mechanisch-biologischen Reaktionen von lebendem Knorpel und Synovium auswirken, was zu neuen Strategien zur Erhaltung der Gelenkgesundheit führen kann. Beginnen Sie mit der Ernte des juvenilen Rindersynoviums. Zeichnen Sie mit einer Skalpellklinge die Umrisse der interessierenden Synoviumregion nach.

Greifen Sie mit einer Pinzette ein Ende der Synovia und heben Sie sie vorsichtig an, um die Synovia distal bis zum darunter liegenden Knochen zu dehnen. Verwenden Sie eine Skalpellklinge, um die Synovia aus dem Knochen zu entfernen, und legen Sie das Gewebe in geeignete Kulturmedien oder Testbadlösung. Anschließend den Jungrinderknorpel ernten, indem Sie die Tibia in einem verstellbaren Halter sichern.

Entfernen Sie den Meniskus vorsichtig und vermeiden Sie dabei den Kontakt mit der Knorpeloberfläche. An den äußeren Rändern des Tibiaplateaus schneiden Sie mit einem Kistenschneider senkrecht zum Knorpel in Richtung Knochen. Schneiden Sie den Knorpel vollständig durch, um gerade Kanten oder Seiten zu erhalten.

Entfernen Sie überschüssiges Gewebe. Verwenden Sie an den Außenkanten den Kistenschneider, um an der Grenzfläche zwischen Knochen und Knorpel einen sauberen Schnitt zu machen. Um den Tibiastreifen von der Plateauoberfläche zu entfernen, führen Sie vorsichtig einen Flachkopfschraubendreher unter den Schnitt ein und drehen Sie ihn vorsichtig, um den Gelenkknorpel vom subchondralen Knochen zu lösen.

Wenn sich die Probe löst, drücken Sie den Schraubendreher langsam nach vorne, bis sich der Knorpelstreifen vom Knochen löst. Stellen Sie sicher, dass der Schraubendreher in Richtung Knochen gedrückt wird, nicht in Richtung Knorpel. Schneiden Sie mit einem Kistenschneider die Tibiaplateauoberfläche, um rechteckige Proben der gewünschten Größe und Dicke herzustellen.

Legen Sie das Gewebe in geeignete Nährmedien oder Testbadlösung. Wenn der Tibiastreifen als untere Gegenfläche verwendet wird, entfernen Sie die abnehmbare Magnetbasis und kleben Sie eine Petrischale mit einem Durchmesser von 60 Millimetern auf die obere Oberfläche der abnehmbaren Basis. Wenn die Petrischale eingeklebt ist, befestigen Sie die abgelöste Basis an der festen Basis und markieren Sie die Petrischale, um eine Gleitrichtung anzuzeigen.

Tragen Sie eine kleine Menge Cyanacrylat auf die Mitte des Gerichts auf. Richten Sie den Tibiastreifen an der Gleitrichtung der Bühne aus. Drücken Sie den Knorpelstreifen vorsichtig auf die Schale.

Stellen Sie die abnehmbare Magnetbasis auf ihrer gepaarten festen Basis im Reibungsprüfgerät wieder her. Füllen Sie die Petrischale mit der gewünschten Testbadlösung. Wenn die Synovia als obere Gegenfläche verwendet wird, entfernen Sie die Ladeplatte und die Stützstange aus dem Reibprüfgerät.

Legen Sie die Synovia auf die kreisförmige Platte. Um die Synovia zu sichern, breiten Sie einen O-Ring über ihren Umfang aus. Ziehen Sie mit einer Pinzette vorsichtig an der Synovia, um das Gewebe straff und flach unter dem O-Ring zu dehnen.

Schneiden Sie überschüssiges Gewebe mit einer chirurgischen Schere ab. Stellen Sie die Ladeplatte und die Stützstange auf dem Reibprüfgerät wieder her. Stellen Sie die vertikale Höhe der Ladeplatte so ein, dass die Synovia über der unteren Gegenfläche schwebt und in das Testbad eingetaucht wird.

Setzen Sie die montierten Proben in die Reibprüfvorrichtung ein. Öffnen Sie die MF-Datenerfassungsstelle für analoge Datenerstellungen. Initialisieren Sie die Lade-PID und lösen Sie dynamische Anruferfenster im Programm aus.

Führen Sie die MF-Datenerfassungsstelle für den analogen Datenaufbau aus, und initialisieren Sie das Fenster load PID, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken. Navigieren Sie im Fenster Dynamischer Anrufer auslösen zur Registerkarte Stepper. Geben Sie die Beschleunigung, Geschwindigkeit und Entfernung der Übersetzungsphase in den Benutzereingabefeldern an.

Um die Testdauer einzugeben, klicken Sie auf die Schaltfläche Ordner öffnen unten rechts in der Zeitstandstabelle und wählen Sie den Dateipfad Stepper Time Index aus. Geben Sie dann die Testdauer auf der Registerkarte Sprachspule erneut an. Wählen Sie den Dateipfad des Voice Coil Index aus, indem Sie unten rechts in der Tabelle Zeitstatus auf die Schaltfläche Ordner öffnen klicken und die Datei auswählen.

Dies muss unabhängig davon durchgeführt werden, ob die Schwingspule verwendet wird oder nicht. Wenden Sie die normale Last an. Wenn Sie Eigengewichte verwenden, platzieren Sie die gewünschten Gewichte auf den Linearlagern über der Ladeplatte.

Stellen Sie sicher, dass die aufgebrachte Last plus das Gewicht der Ladeplatte und der Stützstange die Wägezellen-Nennkapazität nicht überschreiten. Wählen Sie den Pfad und den Dateinamen für die Datenspeicherung mithilfe der Schaltfläche Ordner öffnen rechts neben dem Feld Recht auf Datei aus. Speichern Sie die Datei mit der Erweiterung txt.

Zentrieren Sie die untere Gegenfläche unter der oberen Gegenfläche und legen Sie diese als Null-X-Position fest. Führen Sie dazu das Fenster Dynamischer Anrufer auslösen aus, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken. Klicken Sie auf der Registerkarte Stepper auf die Schaltfläche Home, um die Bühne in die zuletzt gespeicherte Null-X-Position zu verschieben.

Wenn Gegenflächen nicht ausgerichtet sind, verschieben Sie die Bühne, indem Sie auf die grünen Pfeiltasten nach links und rechts klicken. Wenn die gewünschte Position erreicht ist, klicken Sie auf die Schaltfläche Null, um die aktuelle Bühnenposition als neue Null-X-Position zu speichern. Stoppen Sie das Fenster Dynamischer Anrufer auslösen, indem Sie auf die Schaltfläche Stopp klicken.

Sobald die oberen und unteren Gegenflächen zentriert sind, leiten Sie die Reibungsprüfung der Proben ein, indem Sie die zyklische Bewegung der Stufe starten. Sobald sich die Bühne bewegt, bringen Sie die obere Gegenfläche langsam in Kontakt mit der unteren. Lassen Sie den Test laufen, indem Sie die Daten zum Reibungstest sammeln.

Nach der gewünschten Testdauer stoppen Sie den Test, indem Sie die Stopp-Taste drücken und die Proben entladen, indem Sie die obere Gegenfläche anheben und aus dem Kontakt mit der unteren Gegenfläche bewegen. Verwenden Sie den benutzerdefinierten Code, um den Reibungskoeffizienten und die Hysterese pro Zyklus zu berechnen. Stellen Sie sicher, dass ein einzelner Ordner alle relevanten Dateien enthält.

Öffnen Sie den Reibungszykluslauf. M-Datei. Klicken Sie im Skript auf die Schaltfläche Ausführen.

Wählen Sie die zu analysierende Rohdatendatei und den gewünschten Speicherort aus. Die Reibungskoeffizienten- und Hysteresediagramme werden von MATLAB ausgegeben. Eine Synovium-auf-Knorpel-Konfiguration wurde verwendet, um juvenile Rinderexplantationen zu reiben, bei denen die Synovia auf einer Acryl-Ladeplatte mit einem Durchmesser von 10 Millimetern montiert war, so dass die Intimschicht in Kontakt mit dem darunter liegenden Knorpel stand.

Ein Tibiastreifen wurde als Knorpel-Gegenfläche verwendet. Ein effektiver Reibungskoeffizient wurde aus dem Durchschnitt von FT dividiert durch FN über jeden reziproken Zyklus berechnet und dann gegen die Testdauer aufgetragen, um einen Reibungskoeffizienten-gegen-Zeit-Plot zu erhalten. Für jeden Test wurden die Reibungskoeffizientenwerte über den gesamten Test gemittelt.

In einem PBS-Testbad stiegen die durchschnittlichen Reibungswerte mit zunehmender Kontaktspannung. Umgekehrt blieben die durchschnittlichen Reibungskoeffizientenwerte ähnlich, da die Kontaktspannung in einem Rindergelenkspülbad zunahm. Denken Sie daran, mit dem Sammeln von Lastdaten zu beginnen, bevor Sie die Oberflächen in Kontakt bringen.

Dadurch wird sichergestellt, dass eine ordnungsgemäße Tarabelastung berechnet werden kann. Gewebe- und Schmierbadkomponenten können vor und nach der Prüfung beurteilt werden, um die biologischen Veränderungen zu bewerten, die durch ein bestimmtes experimentelles Regime verursacht werden.