Mesure des propriétés viscoélastiques du tissu cérébral de souris à l’aide de la rhéométrie

Abstract

Source : Canovic, E. P., et al. Caractérisation des propriétés mécaniques multi-échelles du tissu cérébral à l’aide de la microscopie à force atomique, de l’indentation par impact et de la rhéométrie. J. Vis. Exp. (2016)

Dans cette vidéo, un rhéomètre a été utilisé pour appliquer un mouvement de rotation oscillatoire contrôlé au tissu cérébral afin de générer une contrainte de cisaillement et d’évaluer les propriétés visqueuses et élastiques du tissu. Le rhéomètre, en tant qu’outil fonctionnel, il donne un aperçu de la mécanique cérébrale lors de lésions ou de maladies neurodégénératives.

Protocol

Toutes les procédures impliquant des échantillons d’animaux ont été examinées et approuvées par le comité d’éthique animale approprié.

1. Rhéologie
   1. Configurez et calibrez le rhéomètre selon les instructions du fabricant.
      1. Initialisez le rhéomètre en ouvrant l’appareil/le panneau de commande. Dans l’onglet du panneau de configuration, cliquez sur « initialiser ».
      2. Montez la plaque de mesure de 25 mm de diamètre (PP25) et le système thermique.
      3. (Facultatif) Pour réduire le glissement entre les plaques de rhéomètre et le tissu, découpez des tranches de papier de verre adhésives qui correspondent à la forme de la plaque de rhéomètre supérieure et collez le papier de verre sur les plaques supérieure et inférieure.
      4. Entrez en contact entre les plaques supérieure et inférieure en cliquant sur « régler l’écart zéro » sur le panneau de commande.
      5. Mettez à zéro le capteur de force normale en cliquant sur « réinitialiser la force normale ».
      6. Effectuez un test d’inertie en ouvrant l’onglet de service sur le panneau de commande, en cliquant sur « système de mesure », puis sur « test d’inertie ». Enregistrez l’ancienne et la nouvelle inertie. Vérifiez que l’inertie est dans la limite autorisée pour la sonde, telle qu’indiquée par le fabricant.
2. Chargez l’échantillon dans le rhéomètre.
   1. Après avoir récolté le tissu et tranché un segment coronal du cerveau de porc à ~5 mm d’épaisseur, stockez-le sur de la glace dans un milieu indépendant du CO2.
   2. Placez le cerveau entre les deux plaques. Retirez les grosses gouttelettes d’eau des surfaces supérieure et inférieure de l’échantillon pour éviter qu’il ne glisse, mais ne desséchez pas l’échantillon.
   3. Abaissez lentement la plaque de mesure jusqu’à ce qu’elle soit en contact complet avec la surface supérieure du tissu et que la force normale mesurée soit constante à 0,01 mN après une période de relaxation de 5 à 10 minutes.
      1. Dans le panneau de commande, entrez successivement les hauteurs inférieures dans la case de position de mesure et cliquez sur « position de mesure » pour abaisser lentement la plaque de mesure.
      2. Lorsqu’à moins d’un millimètre du contact avec le tissu, abaissez la plaque de mesure par incréments de 0,1 mm jusqu’à ce que la plaque soit complètement en contact avec la surface supérieure du tissu. Assurez-vous que la force normale mesurée est constamment de 0,01 mN après une période de relaxation de 5 à 10 minutes.
      3. Enregistrez la force normale initiale mesurée. Des mesures répétées doivent être prises aux mêmes contraintes/déformations de compression.
   4. Si l’échantillon dépasse le diamètre de la plaque, coupez-le avec une lame en plastique. Pipetez un petit volume (~1-2 ml) de milieu sur les bords de l’échantillon pour hydrater le tissu.
   5. (Facultatif) Abaissez le capot thermique. Sur le panneau de commande, réglez la température sur 37 °C et cliquez sur « régler ».
3. Effectuez un balayage d’amplitude pour établir la plage viscoélastique linéaire du matériau (i.e., les déformations de cisaillement auxquelles G' et G'') à des fréquences d’intérêt (e.g., 1 rad/sec).
   1. Sélectionnez « fichier/nouveau ». Sous l’onglet gel, sélectionnez « Balayage d’amplitude : plage LVE ». Sélectionnez la fenêtre et cliquez sur « Mesure 1 : Balayage d’amplitude ». Double-cliquez sur la boîte d’oscillation. Entrez la déformation initiale et finale (e.g., 0,01 à 105), la fréquence (e.g., 1 rad/sec) et le nombre de points par décennie (e.g., 6 points/déc). Sélectionnez « ok » et cliquez sur « Démarrer ».
   2. Répétez cette procédure pour plusieurs coupes avec des essais répétés pour assurer la cohérence de la plage élastique linéaire. La compression axiale de l’échantillon doit rester constante entre les échantillons.
4. Effectuez un balayage fréquentiel du tissu à une déformation dans la plage viscoélastique linéaire du tissu (par exemple, déformation de 1 %), et à une gamme de fréquences d’intérêt (par exemple, 0,1-100 rad/s).
   1. Cliquez sur « fichier/nouveau » et sous l’onglet gel, sélectionnez « Balayage de fréquence ». Cliquez sur Fenêtre/Mesure 1 : Balayage de fréquence. Double-cliquez sur la case d’oscillation. Entrez la plage de fréquences (, par exemple , 0,1 à 100 rad/s), la déformation (e.g. , déformation de 1 %) et le nombre de points par décennie (, par exemple , 6 points/déc). Sélectionnez « ok » et cliquez sur « Démarrer » pour lancer le balayage de fréquence.
5. Répétez le balayage de fréquence (étape 1.4) en doubles ou en triples.

Examinez les données qui sont calculées et exportées automatiquement par le rhéomètre : G' et G" en fonction de la fréquence (balayage de fréquence) ou de la déformation de cisaillement (balayage d’amplitude). REMARQUE : G' et G'' sont calculés à partir de l’amplitude du couple réactionnel (maximum) de l’échantillon T'0, et de l’angle de déplacement de rotation (ou angle de déviation) φ°, et du décalage de phase φ, de la réponse de l’échantillon à la déformation oscillatoire appliquée (Figure 1) :

où R et h sont le rayon et la hauteur de l’échantillon.

Results

Figure 1. Illustration d’expériences de rhéomètre à plaques parallèles. (A) Schéma de l’expérience de rhéomètre à plaques parallèles et définitions relatives à la déformation oscillatoire appliquée par cisaillement. (B) Contrainte appliquée r...

Materials