Introduction
היסטוריה עשירה של מחקר המשתרעת על 50 שנים כבר התמקדה בכימות התכונות מכאניות של רקמות וכלי דם. מחקרים אלה מאפשרים לנו להבין טובים יותר הן ההתנהגות הפיזיולוגית ופתולוגיים של כלי דם, מספק בסיס להערכת היעילות / התאימות של התקני endovascular, וסיוע בתכנון וייצור של כלי דם מהונדסים בונה 1-6. מדידה מדויקת של התגובה המכנית של רקמות רכות ודוגמנות מכוננת של התכונות מכאניות שלהם היא מיסוד מאתגר בשל ההטרוגניות, אנאיזוטרופיה, והליניאריות המכנית הוצגה על ידי רוב סוגי רקמות. יתר על כן, מדידות ניסיוניות לעתים קרובות מבולבלות על ידי מורכבות מקומיות הציגו בממשקים מדגם אחיזה במהלך בדיקות מכאניות (כלומר, כיפוף, חיכוך, ריכוזי מתח, קורעים) והמעבר הבלתי נמנע של תכונות מכאניות של רקמות פעם הוא נכרת מהחי. </ P>
ניסוי מתיחה uniaxial הוא בין הבדיקות מכאניות הפשוטות שניתן לבצע על דגימה עשויה מחומר מוצק, ומשמש לעתים קרובות כדי להעריך את התגובה המכנית של רקמת כלי דם. תוצאות מניסויים אלה מספקים מידע ראשוני שימושי עבור שני מקורות רקמות מהונדסים והילידים, וניתן להשתמש בו כדי להשוות את ההשפעות של טיפולים מסוימים, מצבי מחלה, או תרכובות תרופתיות על ההתנהגות המכנית של כלי דם הקיר 7-11.
בדיקות מכאניות uniaxial של רקמות רכות מבוצעות בדרך כלל על דגימות בגיאומטריות אחידות יחסית, שהם נפוצים ביותר כלב-עצם או טבעת בצורה 7,8,12-14. עם זאת, יציאה משמעותית מגיאומטריות אידיאליזציה אלה יכול להתרחש עקב אתגרים הקשורים לנתיחה רקמה, בידוד, והידוק בתוך מערכת הבדיקה. כל שאינם אחיד בגיאומטריה סופו של דבר לגרום ללחץ ומתח הטרוגניתשדות כאשר המדגם הוא נתון להארכת uniaxial, עם מידת ההטרוגניות תלויה בצורת מדגם בפועל, כמו גם גודל מדגם (יחסית לעובי הקורה) ואת התכונות מכאניות של החומר 9,15,16. כאשר heterogeneities השדה הוא משמעותיים, חישובי מתח מדגם מבוססים על עמדות אחיזה היחסית הם לא מדויקים ובכך בסיס מספיק להערכת התנהגות מכאנית.
מערכות ניתוח וידאו היו בשימוש נרחב למדידות מתח של רקמות רכות, לעתים קרובות תוך שימוש בסמני צבע ניגודיות גבוהה מוחלים על פני השטח דגימת 17,18. מתאם תמונה דיגיטלי, טכניקה המטרולוגי אופטית המודדת מתח פני השטח שדה מלא על ידי השוואת ערכי עצמת רמה אפורות על פני השטח של הדגימה לפני ואחרי העיוות, בו נעשה שימוש בשילוב עם וידאו ניתוחים של רקמות רכות 19-21. ישנם מספר יתרונות של מתאם תמונה דיגיטלי לעומת interferometrשיטות IC שיכול להיות מועסק למדידות. ראשית, כטכניקת מדידה שאינה פנייה, היא ממזערת את תופעות בלבול של שינוי תכונות חומר בשל האופן שבו מערכת המדידה משפיעה על הדגימה. שנית, היא דורשת סביבת מדידה הרבה פחות מחמירה ויש לו מגוון רחב יותר של רגישות ורזולוציה יותר מאשר בשיטות אחרות. שלישית, ניחן ביכולת של לכידת שדה מלא של נוף, טכניקה זו יכולה לאפיין שני ממוצעת ותגובות מכאניות המקומיות. להסבר מפורט על השיטה, קוראים מוזמנים לראות את הספר על ידי 22 סאטון.
כדי להשיג שדות מתח על פני השטח הדגימה, טכניקת מתאם תמונה דיגיטלית דו-ממדית (2D-DIC) יכולה לשמש. בקיצור, תמונות של הדגימה נלכדות במדינות טעונות טעונים ושונות. התמונה הראשונה מחולקת לריבועים קטנים בשם תת (פיקסלים M × M) אשר יוצרים רשת לחישוב הבא שלשדות מתח 2D. עמדתו של כל ריבוע בדגימה מעוותת מתקבלת באמצעות אלגוריתם התאמת תמונה. התנועה של כל ריבוע אז מעקב, תמונה-אחרת-תמונה, מניב שדות עקירה אשר לאחר מכן ניתן להשתמש כדי להפיק הדרגתיים עיוות וזנים באמצעות מגוון רחב של שיטות, כולל אינטרפולציה אלמנט ההולמת או סופית פולינום. בכתב היד הנוכחית, אנו מספקים מתודולוגיה מפורטת להערכה של שדות מתח פני השטח על רקמות כלי דם מקומיות באמצעות שילוב של בדיקות מתיחה uniaxial ו2D-דסק"ש.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הערה: ההליכים המתוארים להלן בוצעו כחלק מפרוטוקול שאושר על ידי ועדת הטיפול ושימוש בבעלי חיים המוסדיים באוניברסיטת הדרום קרוליינה בקולומביה, דרום קרוליינה.
1. רקמות רכישה וDissection
- לעקר את כל הכלים כירורגיים לפני נתיחת רקמה. מספריים החיטוי כירורגית ומלקחיים סטנדרטיים קנס וכן להבי כירורגים תחת לחץ של 15 psi וטמפרטורה של 121 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
- לרכוש סט אחד של חזירי טרי (זכרים landrace בן 7 חודשים, 60-70 קילוגרם) כליות עם אב העורקים ללא פגע מבית מטבחיים מקומי. רקמת תחבורה בחזרה למעבדה בפתרון פוספט 1% קרים שנאגרו מלוח (PBS).
- מייד עם הגעתו, לבודד את אב העורקים בבטן מרקמות באמצעות מספריים ומלקחיים כירורגיים.
- לשטוף את הכלי שלוש פעמים באמצעות מזרק 50 מיליליטר מלא PBS (pH 7.2). בעזרת המספריים והמלקחיים, להסיר כמה שיותר רקמת perivascular כpossידיהם מבלי להתפשר על שלמות המדגם.
- אנכי למקם סכין גילוח חד על החלק האמצעי של כלי השיט ולוודא שהוא ניצב לציר אורך הכלי. צור שתי דגימות טבעת כל אחד עם רוחב של כ 20 מ"מ על ידי יישום שלושה חתכים היקפיים רציפים עם סכין הגילוח.
- אנכי למקם סכין גילוח חד על מדגם טבעת אחד כזה שהלהב מכוון בכיוון רדיאלי. החל כוח חריף להניב חתך רדיאלי, וכתוצאה מכך לדוגמה בצורת רצועה לבדיקות מכאניות uniaxial. מניחים את המדגם בצלחת פטרי מ"מ זכוכית 100 ולצלול בPBS עד היישום של ככתמי פני השטח. חזור למדגם הטבעת השני.
2. יצירת תבנית רבב Surface
- חבר את מברשת האוויר לשסתום הלחץ.
- התאם את קוטר הנחיר של airbrush להניב כתמים של 60-100 מיקרומטר (טווח מתאים לקוטר נחיר צריךייקבע ממחקרים ראשוניים).
- יוצקים כ 2 מיליליטר של צבע סימון רקמה שחורה במזין הכובד של airbrush.
- מניחים את מברשת האוויר כ -0.5 מ 'מהמדגם.
- הסר את המדגם מצלחת פטרי. ריסוס צבע רקמת סימון על פני השטח intimal של המדגם לכ -5 שניות תחת לחץ ריסוס של 100 psi. חזור שלוש פעמים כדי לוודא שדפוס רבב אחיד מכסה את פני השטח המדגם.
3. ביצוע ניסויים
- צרף כל קצה של המדגם לרצועת פלסטיק (עובי אורך x 0.5 סנטימטרים רוחב x 1 סנטימטר 1 סנטימטר) באמצעות דבק רקמות. מניחים את המדגם על קרש חיתוך רקמות. מקם את המדגם כך שהוא שוכב ולמדוד את ממדיו באמצעות קליפר דיגיטלי.
- ליזום פקדי מערכת לבדיקות מכאניות. במערכת שולטת במסך הבית, בחר "צורת גל" בשורת המשימות ממוקמות בכרטיסיית "ההגדרות".
- מוֹדָעָהרק את עמדתו של האחיזה העליונה של הבוחן המכני ל-4 מ"מ (הרחבה 4 מ"מ ביחס למצב הראשוני המיועד במערכת). בעדינות לאבטח רצועת פלסטיק אחד (שצורף לדגימה ב3.1) לאחיזה העליונה של הבוחן המכני ולאפשר המדגם לתלות באופן חופשי. השתמש בקליפר הדיגיטלי כדי להבטיח שהמרחק בין המדגם והאחיזה העליונה הוא פחות מ -2 מ"מ.
- באופן ידני להתאים את המיקום של האחיזה נמוכה יותר, כך שהקצה החופשי של המדגם יכול להיות מאובטח ללא הארכה. בעדינות לאבטח את רצועת הפלסטיק מחוברת לקצה החופשי של המדגם לאחיזה התחתונה של הבוחן המכני.
- השתמש בקליפר הדיגיטלי כדי להבטיח שהמרחק בין המדגם והאחיזה הנמוכה הוא פחות מ -2 מ"מ. אפס תא עומס המערכת. מדוד את האורך של המדגם ולהשתמש בזה כאורך התייחסות לחישוב זנים היקפיים הגלובליים.
- הזן את פרוטוקול הבדיקה המכני. הפרוטוקול המשמש בtההפגנה שלו כרוכה 4 מחזורי עקירת uniaxial אשר האריכו המדגם של 18% בקצב תזוזה של 0.01 מ"מ / שנייה.
- לסירוגין לרסס PBS על המדגם בכל פרוטוקול הבדיקה שנותר כדי להבטיח שהוא נשאר התייבשות.
- הר המצלמה (מצלמה 5 מגה פיקסל, עדשת 100 מ"מ, גודל פיקסל של 3.49 מיקרומטר) על גבי חצובה אשר ממוקמת 1.5 מ 'מהמסגרת הטעינה. להבטיח את המצלמה ומשטח מדגם הם ניצבים על ידי הגדרת המצלמה לשדה זמין הנמוך ביותר של עומק ומניפולציה יישורה כך שכל שדה הראייה הוא בפוקוס.
- פתח את תוכנת לכידת תמונה.
- בחר "PGR-2" ב" המערכת בחר "האפשרות.
- בחר את נתיב פרויקט כדי להציל את התמונות כדי להיות מנותח.
- לחץ על סמל "כיכר הזמן" ולציין את מרווח הרכישה כ5 שניות.
- התאם את החשיפה, צמצם מספרי, ומוקד של העדשה כדי לקבל תצוגה ברורה של המדגם.
- להתאים את המיקום של נורית לספק תאורה נאותה על המדגם.
- לחץ על הסמל "התחל" בתוכנה ללכידה תמונה כדי להשיג תמונה של פני השטח הדגימה.
- פתח את תוכנת ניתוח תמונה.
- לייבא את התמונה המתקבלת. קרב על רבב בודד, ולאחר מכן לספור מספר הפיקסלים בתוך רבב אדם זה.
הערה: זהה רבב שחור נציג. הגדר את גודל רבב כמרחק ליניארי בין פיקסלים בשני הצדדים של רבב שיש ערכים גבוהים דומים. לגודל רבב מקובל, מספר הפיקסלים לרוחב רבב טיפוסי צריך להיות גדול מ 3 פיקסלים. כדי לשפר את הרזולוציה מרחבית במדידות, צריכים רוב כתמים לא יותר מ 5-7 פיקסלים לרוחב רבב, בכל הזדמנות אפשרית. לפיכך, רבב טיפוסי למקרה זה היה נע בין 10 מיקרומטר בקטנים ביותר ו -23 מיקרומטר בגודלה בממד ליניארי. כדי לקבוע משנה מתאיםגודל, משנה טיפוסי צריך לפחות לבנים 3 ו -3 כתמים שחורים על פני רוחבה. אם רבב טיפוסי הוא 5 פיקסלים בממד ליניארי, ואז כל קבוצת משנה 31x31 תהיה לפחות 105 מיקרומטר בממד ליניארי. המרווח בין מרכזי משנה צריך להיות לפחות 1/6 מהממד ליניארי. לפיכך, לגודל קבוצת משנה 31x31, המרחק הוא 5 פיקסלים המייצג 18 מיקרומטר במרחק יניארי. - לאחר אימות איכות דפוס רבב, בו זמנית לחץ על הסמל "הפעל" במערכת וסמל "התחל" בתוכנה ללכידה תמונה כדי להתחיל בבדיקה.
- ללכוד סדרה של תמונות בכל בדיקות באמצעות תוכנת המצלמה ולכידת תמונה.
4. נהלים נקיים-עד לאחר הניסוי
- מניחים את המדגם שהושלך בשקית Biohazard ולסגור את התיק. התקשר המחלקה לבריאות הסביבה והבטיחות (EHS) באוניברסיטת הדרום קרוליינה לסילוק נאות.
- הכן זרחןפתרון חיטוי חינם עם יחס 1:64 דילול של חומר חיטוי חומר ניקוי למים מזוקקים. משרים את הכלים כירורגיים בפתרון זה עבור 20 דקות.
- לשטוף ביסודיות את הפריטים מתוארים ב4.2 עם מים מזוקקים. ייבש את הכלים בעזרת מגבת נייר ולאחר מכן לרסס אותם עם פתרון אתנול 70%. שוב לייבש את הכלים כירורגיים באמצעות מגבת נייר ולשים אותם בחזרה בארגז הכלים כירורגיים.
5. ניתוח תמונה למדוד שדה הזנים המקומי
- פתח את תוכנת ניתוח תמונה.
- לחץ על כרטיסיית "תמונות רבב", לבחור את כל התמונות שצריכות להיות מנותחים.
- לחץ על כלי מלבן ובחר את האזור של עניין בתמונה הראשונה.
- הזן את גודל קבוצת משנה 41 × 41 פיקסלים וגודל צעד 5 פיקסלים.
- לחץ על התחל כרטיסיית ניתוח בתוכנה, בחר באינטרפולציה כ8-מלכודת מותאמת; בחר את הקריטריון כהבדלי אפס מנורמל בריבוע ומשקולות משנה אופציה כגאוס.
- הגדר את אפשרויות סף כברירת מחדל בתוכנה.
- לחץ על כרטיסיית משנה שלאחר עיבוד בכרטיסיית ניתוח התחלה. לחץ חישוב מתח אפשרות לעזוב וגודל מסנן וסוג של מסנן כברירת מחדל בתוכנה. מותח בחר את סוג גראנז '.
- בחר בכרטיסיית נתונים ולאחר מכן בחר כל תמונה ניתחה להדמיה של שדה מתח פני השטח.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
נתונים מכאניים שנרכשו מבדיקת ארכה uniaxial ramped ברקמת כלי דם מורכב מעומס לעומת יחסי עקירת מדגם מוטלים בשיעור עקירה נתון. במחקר זה, 2D-דסק"ש בשיתוף עם בדיקות מכאניות uniaxial משמש למדידת שדות מתח פני השטח של הדגימה בכיוונים מאונך במדינות שונות מעוותות. טבע viscoelastic של רקמת כלי דם מתבטא במידה ראויה לציון של hysteresis בעקומות עומס עקירה לפני נפשית מראש מכאניים. כדי לקדם את שחזור של בדיקות מכאניות ולקבל תגובה מכאנית אלסטי, רקמת preconditioned באמצעות מספר מחזורי טעינה ופריק, בי hysteresis מצטמצם (איור 1) בהדרגה. למרות הכנת המדגם מאוד זהירה והרכבה, מדידות 2D-דסק"ש להוכיח כי שדה מתח פני השטח intimal תוצאה הוא הטרוגנית מאוד בשני כיוונים היקפיים ואורכים. כצפוי, ערכי לחץ היקפיים מקומיים להגדיל עם עקירת מדגם שימושית. ההטרוגניות בדפוס המתח ההיקפי בדרך כלל מניבה ערכים שהם נמוכים בסמוך למרכז של המדגם בהשוואה לקרבת ממשק מדגם-אחיזה, המשקפים את ההשפעות של האחיזה על הזנים המקומיים (איור 2). בכיוון האורך, זני דחיסה לא אחידים על פני השטח כתוצאה intimal המדגם גדלו כמדגם מורחב בהדרגה, ושדה המתח כתוצאה מפגין מידה בולטת יותר של ההטרוגניות בהשוואה לכיוון ההיקפי (איור 3). המקדמים שונים (CV) של שדות מתח פני השטח בכיוונים מאונך חושבו על מנת לשקף את מידת ההטרוגניות שדה במדינות ניסיוניות בחרו, ונמצאו ירידה מונוטונית עם סיומת מוגברת מדגם (טבלת 1).
jove_content "FO: לשמור-together.within עמודים =" 1 ">
איור 1. נפשית מראש ניסויי של דגימת רקמת כלי דם לבדיקת המתיחה uniaxial. מדגם בצורת מלבני הוא preconditioned עם שלושה מחזורי טעינה ופריקים, כדי להשיג תגובת אלסטי לשחזור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. שדה מתח היקפי בשטח המדגם של עניין. דוגמא מייצגת של פני השטח intimal המדגם מנומרים ואזור המזוהה של עניין (). YY המקומי ההיקפי ε המתח (%) (ב) באזור המזוהה של ריבית בהגדלה רמות של מתח היקפי הגלובלי יושם (הגדלת מ -1.6% ל -9% עד 18%, משמאל לימין). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. שדה אורך מתח בתוך שטח המדגם של עניין. (א) דוגמא מייצגת של פני השטח intimal המדגם מנומרים ואזור המזוהה של עניין. xx מקומי אורך ε המתח (%) (ב) באזור המזוהה של ריבית בהגדלת הרמות של מתח היקפי הגלובלי יושם (הגדלת מ -1.6% ל -9% עד 18%, משמאל לימין). אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| זן גלובלי היקפי [%] | קורות חיים בYY ε (%) | קורות חיים בxx ε (%) |
| 1.6 | 11.8 | 28.1 |
| 9.0 | 7.4 | 25.1 |
| 18.0 | 5.6 | 20.7 |
טבלה 1. מקדמים שונים של שדות הזן. מקדמים שונים (CV) של שדות מתח פני השטח intimal המדגם בשני (YY ε) ההיקפי ו( xx ε) אורך כיוונים ברמות נבחרות של מתח היקפי הגלובלי יושם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
למרות שהמחקרים קודמים השתמשו במגוון רחב של שיטות מעקב וידאו-צבע להעריך מתח מדגם 18,20,21,23,24, המטרה הנוכחית שלנו היא לספק מתודולוגיה מקיפה לזוג בדיקות מתיחים uniaxial עם 2D-דסק"ש להערכה זני משטח בדגימות רקמת כלי דם. עם מצלמה ברזולוציה גבוהה ותוכנת ניתוח תמונה בבית, שדה המתח ניתן למדוד בתוך אזור משטח שנקבע מראש כמדגם עובר טעינת uniaxial. רלוונטי במיוחד לבדיקות מכאניות של רקמת כלי דם, הטכניקה שהוצגה ניתן להתאים באופן ישיר כדי להעריך זני משטח בבדיקות דו-ציריות מישוריים אשר בתורו יאפשר זיהוי של תכונות חומר מכוננות.
על מנת להקל על ניתוח מתאם תמונה דיגיטלי, דפוס רבב מוחל על פני השטח המדגם. הצבע מנוצל כלכתמים הוא צבע סימון רקמות אשר בקלות שומר על רוב משטחי רקמה רכים. כדי להשיגאיכות טובה של ניגוד וצפיפות תקינה של דפוס רבב, גודל רבב אופטימלי של 60-100 מיקרומטר ומרחק ריסוס של 0.5 מ 'הם הבינו על ידי התאמת קוטר הנחיר של airbrush והמרחק בין המדגם ומברשת האוויר. גודל רבב משמש הוא קשור ישירות לרזולוציה של מדידות תוצאת 23,25. כל רבב יש נדגמו על ידי לפחות 3-5 פיקסלים להשיג מתאם תמונה מקובל. בהתחשב שדה 22 מ"מ × 18 מ"מ מבט וגודל רבב המנוצל, ברזולוציה של הניסוי שהוצג היא 9 מיקרומטר / פיקסל.
קצב טעינה של 0.01 מ"מ / שנייה משמש לבדיקות מכאניות כדי להשיג סדרה של מדינות שיווי משקל מעוות מעין-סטטי לרקמת כלי דם 26,27. מאז המצלמה ותא עומס באיכות גבוהה מאוד, שניהם רגישות לתנודות, לא אמור להיות תנועה מינימאלית במהלך הניסוי; גם אם קטן, תנועת מצלמה / דגימת גוף נוקשה יכולה להתרחש וwמדידות 2D מבוסס-דסק"ש לבלבל חולה. באופן דומה, עיוות מדגם יכולה להתרחש עקב התייבשות רקמות, ולכן חשוב שPBS מיושם באמצעות בדיקה כדי לקדם את הדיוק של 2D-דסק"ש.
ל2D-דסק"ש, מפרטים נדרשים כוללים את גודל קבוצת משנה ואת גודל הצעד בשימוש באלגוריתם התאמת תמונה 22. על מנת לקבל תוצאות מדויקות עם הטיה זניחה, לפחות 3 שחורים וכתמים לבנים 3 צריכים להיות נוכחים בכל תת-קבוצה, עם כל רבב שנדגמו על ידי לפחות 3-5 פיקסלים. כל נקודת נתונים בתפוקה מספקת מידע בממוצע לכל תיבה שמתאימה לגודל קבוצת המשנה (41x41 פיקסלים), נחשב כרזולוציה מרחבית של הניסוי. המרחק בין שתי נקודות נתונים במונחים של גודל צעד הוא 5 פיקסלים בניסוי זה. על מנת למקסם את הדיוק במדידות מתח עקירת רבב / משטח, שיטת אינטרפולציה שגם 8-רז מיושמת כדי להשיג ערכי עוצמה מדויקים, תת-פיקסל. ספיד 8-הרזיש OD דיוק גבוה במעט בהשגת זנים בהשוואה לתוצאות שהתקבלו או באמצעות 4-ברז או מסנן אינטרפולציה 6-רז. קריטריון המתאם "הבדלים בריבוע מנורמלים" נבחר להתאמה שכן הוא אינו מושפע משינוי בקנה מידה בתאורה (למשל, כאשר קבוצת משנה מעוותת הוא 30% בהיר יותר מהתייחסות). בחירה זו היא בחירת ברירת המחדל בתוכנה, ובדרך כלל מציעה את השילוב הטוב ביותר של גמישות ותוצאות 28. שקלול משנה, השולט איך פיקסלים בתוך תת-הקבוצה משוקללות בתהליך ההתאמה, נבחר כגאוס. עם משקולות אחידות, כל פיקסל בתת-הקבוצה נחשב באותה מידה; משקולות גאוס לספק את השילוב הטוב ביותר של רזולוציה מרחבית ורזולוציה עקירה.
מקדמים שונים של שדה מתח פני השטח חושבו עם תוכנת ניתוח תמונה בבית ומשמשים לכמת את מידת ההטרוגניות מתח. המקדםficient של וריאציה של שדה המתח בשני הכיוונים ההיקפיים ואורך ירידה בלחץ גובר והולכים בעולם היקפי, שנצפה בעבר בבדיקות מכאניות מקבילות על סוגי רקמות וכלי דם אחרים (תוצאות לא פורסמו). בהתבסס על מגמה מתמשכת זו, סביר לצפות ששדות מתח פני השטח יכולים מספיק homogenize מעל מידה מסוימת קריטית של הרחבה שמדידות הגלובליות ומקומיות להתכנס. עם זאת סביר להניח כי ערך קריטי זה הוא דקיק ובמדגם ספציפי, ובכך תומך בשימוש במדידות מתח מקומיות לזיהוי מדויק של תכונות חומר מכוננות.
כמה מגבלות חייבת להיחשב לפרשנות ראויה של המתודולוגיה שלנו הציגה ותוצאות. אנו נקבעו טווח מתון של מתח היקפי הגלובלי, כך הגדלים שלנו הבינו מקומי המתח בשני הכיוונים ההיקפיים ואורכים היו נמוכים באופן משמעותי מערכים ראו in vivo. יתר על כן, אנו הערכנו את התגובה המכנית uniaxial תחת אוריינטצית מדגם יחידה, ולכן להפיק נתונים מספיקים כדי לזהות תכונות חומר מכוננות לרקמת כלי דם 29,30. עם זאת, המטרה שלנו היא לא לבצע ניתוח מכאני מקיף של אב העורקים חזירי, אלא כדי להדגים פרוטוקול ניסוי לזוג 2D-דסק"ש לבדיקות מכאניות uniaxial ברקמות רכות. הטכניקה שהוצגה במסמך זה יכול להתארך בקלות לבדיקת biaxial מכאנית ובכך הכימות של התכונות מכאניות של רקמות כלי דם המכוננות 31-33. שיטת 2D-דסק"ש לוכדת רק שדה מתח מישוריים המקביל למשטח המדגם. כאשר הדגימה מעווה ממטוס, או כאשר הדגימה היא גיאומטריה לא מישוריים (למשל, כלי דם), הדמיה לראיית סטריאו וטכניקת 3D-דסק"ש יכולים להיות מיושמים למדידת מתח מקיף 23,25.
NT "> לסיכום, כתב היד הנוכחית מספק מידע מפורט על המתודולוגיה לשלב בדיקות מתיחים uniaxial ומתאם תמונה דיגיטלי לאפיין את התגובה המכנית של רקמת כלי דם מקומית. השיטה שהוצגה במחקר זה ניתן להתאים בקלות לאפיון מכאני של ילידים אחרים ומהונדס רקמות רכות כמו גם הידרוג'ל הרך / חומרים פולימריים, ושימושי במיוחד כאשר שדה מדגם מתח פני השטח מציג הטרוגניות משמעותית במהלך בדיקה מכאנית.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
יש המחברים אין ניגודי עניינים פוטנציאליים.
Acknowledgments
התוכנה והתמיכה טכנית היו באדיבות הפתרונות Incorporated קורלציה (www.correlatedsolutions.com).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Uniaxial tensile mechanical tester | Enduratec | 3230 AT/HR | |
| Blue tissue marking dye | http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ed811f696 | ||
| Sprayer | Anest-iwata | CM-B | Custom Micron B |
| Camera | Point Grey | GS2-GE-50S5M-C | |
| Lens | Tokina | AT-X M100 | |
| Vascular tissue | Caughman Inc | ||
| 0.9% Sodium Chloride Injection PBS | BAXTER HEALTHCARE CORP. | ||
| Vic_snap | Correlated Solutions | ||
| Vic_2D | Correlated Solutions | ||
| Wintest 4.1 | Bose ElectroForce | ||
| Tissue adhesive | 3M Vetbond | 1469SB | |
| Disinfectant | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant |
References
- Holzapfel, G. A.
- Vito, R. P., Dixon, S. A.
- Dodson, R. B., Martin, J. T., Hunter, K. S., Ferguson, V. L. Determination of hyperelastic properties for umbilical artery in preeclampsia from uniaxial extension tests. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 169, 207-212 (2013).
- Chuong, C. J., Fung, Y. C.
- Borschel, G. H., et al. Tissue engineering of recellularized small-diameter vascular grafts. Tissue Eng. 11, 778-786 (2005).
- Wagenseil, J. E., Mecham, R. P. Vascular extracellular matrix and arterial mechanics. Physiol Rev. 89, 957-989 (2009).
- Holzapfel, G. A. Determination of material models for arterial walls from uniaxial extension tests and histological structure. J Theor Biol. 238, 290-302 (2006).
- Tanaka, T. T., Fung, Y. C. Elastic and inelastic properties of the canine aorta and their variation along the aortic tree. J Biomech. 7, 357-370 (1974).
- Sokolis, D. Passive mechanical properties and structure of the aorta: segmental analysis. Acta physiologica. 190, 277-289 (2007).
- Twal, W., et al. Cellularized Microcarriers as Adhesive Building Blocks for Fabrication of Tubular Tissue Constructs. Ann Biomed Eng. , 1-12 (2013).
- Shazly, T., et al. On the Uniaxial Ring Test of Tissue Engineered Constructs. Exp Mech. , 1-11 (2014).
- Kim, J., Baek, S. Circumferential variations of mechanical behavior of the porcine thoracic aorta during the inflation test. J Biomech. 44, 1941-1947 (2011).
- Li, L., et al. Determination of material parameters of the two-dimensional Holzapfel-Weizsacker type model based on uniaxial extension data of arterial walls. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 16, 358-367 (2013).
- Li, L., et al. Determination of the material parameters of four-fibre family model based on uniaxial extension data of arterial walls. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17, 695-703 (2014).
- Hoeltzel, D. A., Altman, P., Buzard, K., Choe, K. I. Strip extensiometry for comparison of the mechanical response of bovine, rabbit, and human corneas. J Biomech Eng. 114, 202-215 (1992).
- Guo, X., Kassab, G. S. Variation of mechanical properties along the length of the aorta in C57bl/6 mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 285, H2614-H2622 (2003).
- Smutz, W., Drexler, M., Berglund, L., Growney, E., An, K. Accuracy of a video strain measurement system. J Biomech. 29, 813-817 (1996).
- Genovese, K., Lee, Y. U., Lee, A. Y., Humphrey, J. D. An improved panoramic digital image correlation method for vascular strain analysis and material characterization. J Mech Behav Biomed Mater. 27, 132-142 (2013).
- Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression. J Biomech Eng. 124, 557-567 (2002).
- Ning, J., et al. Deformation measurements and material property estimation of mouse carotid artery using a microstructure-based constitutive model. J Biomech Eng. 132, 121010 (2010).
- Sutton, M. A., et al. Strain field measurements on mouse carotid arteries using microscopic three-dimensional digital image correlation. J Biomed Mater Res A. 84, 178-190 (2008).
- Sutton, M. A., Orteu, J. J., Schreier, H. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. , Springer Science & Business Media. (2009).
- Verhulp, E., van Rietbergen, B., Huiskes, R. A three-dimensional digital image correlation technique for strain measurements in microstructures. J Biomech. 37, 1313-1320 (2004).
- Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression. Journal of Biomechanical Engineering. 124, 557-567 (2002).
- Franck, C., Hong, S., Maskarinec, S., Tirrell, D., Ravichandran, G. Three-dimensional full-field measurements of large deformations in soft materials using confocal microscopy and digital volume correlation. Exp Mech. 47, 427-438 (2007).
- Garcia, A., et al. Experimental study and constitutive modelling of the passive mechanical properties of the porcine carotid artery and its relation to histological analysis: Implications in animal cardiovascular device trials. Med Eng Phys. 33, 665-676 (2011).
- Miller, K. How to test very soft biological tissues in extension? J Biomech. 34, 651-657 (2001).
- Sutton, M. A. Springer handbook of experimental solid mechanics. , Springer. 565-600 (2008).
- Han, H. C., Fung, Y. C. Longitudinal strain of canine and porcine aortas. J Biomech. 28, 637-641 (1995).
- Sokolis, D. P. A passive strain-energy function for elastic and muscular arteries: correlation of material parameters with histological data. Med Biol Eng Comput. 48, 507-518 (2010).
- Zhou, B., Wolf, L., Rachev, A., Shazly, T. A structure-motivated model of the passive mechanical response of the primary porcine renal artery. J Mech Med Biol. , (2013).
- Zhou, B., Rachev, A., Shazly, T. The biaxial active mechanical properties of the porcine primary renal artery. J Mech Behav Biomed Mater. 48, 28-37 (2015).
- Sommer, G., Holzapfel, G. A. 3D constitutive modeling of the biaxial mechanical response of intact and layer-dissected human carotid arteries. J Mech Behav Biomed Mater. 5, 116-128 (2012).
