אפיון תכונות מכאניות Multiscale של רקמת המוח באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, שפעת זחה, ו Rheometry

Elizabeth Peruski Canovic; Bo Qing; Aleksandar S. Mijailovic; Anna Jagielska; Matthew J. Whitfield; Elyza Kelly; Daria Turner; Mustafa Sahin; Krystyn J. Van Vliet

doi:10.3791/54201

Method Article

אפיון תכונות מכאניות Multiscale של רקמת המוח באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, שפעת זחה, ו Rheometry

DOI:

10.3791/54201

⸱

September 6th, 2016

Elizabeth Peruski Canovic¹ , Bo Qing² , Aleksandar S. Mijailovic³ , Anna Jagielska² , Matthew J. Whitfield² , Elyza Kelly⁴ , Daria Turner⁴ , Mustafa Sahin⁴ , Krystyn J. Van Vliet¹^,²

¹Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ³Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ⁴Department of Neurology, The F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital, Harvard Medical School

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים סט של טכניקות לאפיון התכונות המכניות הויסקו-אלסטיות של המוח בקנה מידה מיקרו, מזו ומקרו.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כדי לעצב מהנדס חומרים בהשראת המאפיינים של המוח, אם עבור simulants המכאני או ללימודי התחדשות רקמות, רקמות המוח עצמו חייבים להתאפיין גם בסקאלות אורך וזמן שונה. כמו רקמות ביולוגיות רבות, רקמת המוח מפגינה מבנה מורכב והיררכי. אולם בניגוד למרבית ברקמות האחרות, המוח הוא של נוקשות מכאניות נמוכות מאוד, עם E moduli אלסטי של יאנג על סדר 100s של אבא. קשיחות הנמוכה כאלו יכול להוות אתגרי אפיון ניסיוני של תכונות מכאניות מפתח. הנה, אנחנו מדגימים כמה טכניקות אפיון מכאניות כי הותאמו כדי למדוד את תכונות אלסטיות viscoelastic של התייבשות, חומרים ביולוגיים תואמים כגון רקמת המוח, בסקאלות אורך שונה ושיעורי טעינה. באותו microscale, אנו עורכים ניסויים השרץ-ציות כוח הרפיה באמצעות הזחה מאופשר מיקרוסקופ כוח אטומי. באותו mesosקייל, אנחנו עורכים ניסויים זחים השפעה באמצעות indenter instrumented מבוסס מטוטלת. באותו macroscale, אנו עורכים rheometry צלחת במקביל לכמת את moduli אלסטי הגזירה התדיר תלויה. אנו גם לדון באתגרים ומגבלות המשויכות לכל אמצעי. יחד טכניקות אלה מאפשרות אפיון מעמיק מכני של רקמת המוח, שניתן להשתמש בהם כדי להבין טוב יותר את מבנה המוח ואת מהנדס חומרים-בהשראה ביולוגית.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רוב הרכות-רקמות המרכיבות איברים ביולוגיים הן מכאניות מבני מורכב, של קשיחות נמוכה לעומת עצם mineralized או חומרים מהונדסים, ולהציג שאינו ליניארי תלוי זמן עיוות. בהשוואה לרקמות אחרות בגוף, רקמת המוח הוא תואם להפליא, עם E moduli אלסטי על סדר 100s של אבא ^1. מוח רקמות מפגין ההטרוגניות מבנית עם אפור ברור interdigitated ואזורי חומר לבנים כי גם נבדלים מבחינה תפקודית. מכניקת רקמת מוח הבנה תסייע בעיצוב של חומרי מודלים חישוביים לחקות את התגובה של המוח במהלך פציעה, להקל חיזוי של ניזק מכאני, ולאפשר הנדסה של אסטרטגיות הגנה. בנוסף, ניתן להשתמש במידע זה כדי לשקול מטרות עיצוב לשחזור רקמות, וכדי להבין טוב יותר שינויים מבניים ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

משפט ואתיקה: כל הפרוטוקולים הניסוי אושרו על ידי ועדת המחקר בבעלי חיים של החולים לילדים בבוסטון, ומבצעים את המכונים הלאומיים לבריאות מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.

1. הליכי רכישת רקמות עכבר מוח (עבור כניסת AFM מאופשר משולי השפעה)

הכינו תערובת קטמין / xylazine כדי להרדים את העכברים. שלב 5 מ"ל קטמין (500 מ"ג / מ"ל), 1 מ"ל xylazine (20 מ"ג / מ"ל) ו תמיסת מלח 7 מ"ל של 0.9%.
להזריק עכבר (גזע: TSC1; Syn-Cre; PLP-eGFP; גיל: p21....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 4 מראה הפנמת כוח נציג לעומת תגובות זמן (איור 4 ב ', ה) לתאימות שרץ ולאלץ ניסויי הרפיה, בהתחשב כוח שימושי או עומק הזחה (איור 4 א, ד), בהתאמה. בעזרת נתונים אלה ואת הגיאומטריה של המערכת, _ג J השרץ הציות (t) ולאלץ הרפיה moduli G _R (t) ניתן לחשב עבור אזורים שונים של המוח (איור 4C, F). בעוד שמחקרים קודמים הראו הבדל בין moduli אלסטי של אזורים .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

טכניקה כל המוצג במאמר זה מודד היבטים שונים של תכונות מכניות של המוח רקמות. תאימות זחילה ו moduli הרפית המתח הם מידה של תכונות מכאניות תלוי זמן. Moduli האחסון והאובדן מייצג תכונות מכאניות תלוי שיעור. כניסת שפעת גם מודדת תכונות מכאניות תלוי מקום, אבל בהקשר של פיזור אנרגיה. כאשר ואפיון תכונות מכניות רקמות, הן הזחה AFM מאופשר ו rheology משמשים שיטות נפוצות. כניסת AFM מאופשר חשובה מאוד מכיוון בנוסף לספק תכונות חומר תלוי זמן, פרמטרים ניסיוניים שונים ניתן להשתמש כדי למדוד תא מודולוס אלסט.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מודים על תמיכתם בעבודה זו על ידי האגודה הלאומית לטרשת נפוצה ומרכז סימונס למוח החברתי. BQ מודה על התמיכה מתוכנית המלגות לתואר שני במדע והנדסה של ההגנה הלאומית של ארה"ב.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
קסילזין	לויד מעבדה		תרופת מרשם
קטמין	אנאסד זריקות תרופת		מרשם
ויברטום (מיקרוטום להב רוטט)	Leica	VT1200
Hibernate-A בינוני	Gibco	A1247501	CO₂ מדיום עצבי בלתי תלוי לרקמות בוגרות
מיקרוסקופ כוח אטומי, MFP-3D-BIO	Asylum	Research-Petri
Tool	Heater Asylum	Research-AFM
0.03 N/m, 10 ומיקרו; m רדיוס כדור בורוסיליקט	Novascan	PT.
Cell-Tak	Corning	354240	דבק ביולוגי שמקורו בצדפות
נתרן ביקרבונט		S5761	ניתן להשתמש בספקים חלופיים
נתרן הידרוקסיד, 1 N	Sigma-Aldrich	59223C	ספקים חלופיים ניתן להשתמש ב-Instrumented
Indenter, NanoTest Vantage	Micro Materials Ltd.	-	יש לעבד את קצה הבדיקה (אגרוף שטוח מפלדה, 1 קוטר מ"מ, 4-5 אורך מ"מ)
NanoTest תא נוזלי	מיקרו חומרים בע"מ	-
ריאומטר צלחת מקביל MCR501	אנטון-פאר-PP25
	ניתן להשתמש בלוח מדידה שטוח בקוטר 25 מ"מ	Anton-Parr-25
נייר זכוכית דבק	McMaster-Carr	4184A48	ספקים חלופיים
Loctite 4013 Instant Adhesive	Henkel	20268	ניתן להשתמש בספקים חלופיים

Probe, GSשל מ"מ

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling. Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).
Liu, F., Tschumperlin, D. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

אפיון תכונות מכאניות Multiscale של רקמת המוח באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, שפעת זחה, ו Rheometry

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles