Name: ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי Articular סחוס (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: חקור את תהליכי ההעברה של מולקולות טעונות ונייטרליות בסחוס מפרקי באמצעות שיטות ניסיוניות וחישוביות. פרוטוקול זה מאפשר מדידה מדויקת של מקדמי דיפוזיה וצפיפות מטען קבועה באזורים שונים של הסחוס.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להביע את תודתם ואן דן ברג מר Jeroen ומר מתאייס Wassink מקבוצת מכניקה פיתוח ב UMC אוטרכט על עזרתם גלישת תהליך של אטמי osteochondral. עבודה זו נתמכה על ידי מענק מטעם קרן דלקת פרקים הולנדית.

הערה: הפרוטוקול המובא כאן הוא אימץ מן הפרוצדורות ו חישובית של מחקרים אחרונים 6, 8, 9. הפרוטוקול מתואר באיור 1. החומרים cadaveric נאספו באישור הסגל וטרינרי של אוניברסיטת אוטרכט. 1. לדוגמא הכנת אמבט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח החוצה תקעי osteochondral גליליים (קוטר של 8.5 מ"מ) מן condyles ירך סוסי cadaveric באמצעות מקדח מחוייט (איור 1), תוך התזה מגניב פוספט שנאגר מלוח (PBS) כדי למנוע התחממות יתר ופגיעה בסחוס עוקבת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכווץ את המצתים osteochondral עם פלסטיק מתכווץ שרוול כדי למזער את דיפוזיה לרוחב האמבטיה שכיסה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר תקע osteochondral עם סחוס בבית הדואר העליון בתחילה בתוך שרוול מתכווץ פלסטיק ופעל ידי נושבת באוויר חם אליו. להוסיף חתיכות צמר גפן רטוב על פני השטח של סחוס כדי למנוע נזק חום-קשורים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן-אמבטיות סופיות של טיעונים (למשל, 650 μL, 420 מ"מ, ioxaglate, משקל המולקולרי (MW) = 1269 Da, תשלום = -1) ו ניטראלי (650 μL, 420 מ"מ, iodixanol, MW = 1550 Da) מומס בנפרד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הסופים-האמבטיות הכינו על פני השטח של סחוס באמצעות מזרק ולמקם תקע פקק על המדגם העטוף כדי למנוע אידוי במהלך ניסויים ב RT (איור 2 א). כדי ללמוד את התחבורה המומסת הניטראלית, למקם את אמבטית iodixanol וכדי ללמוד באמבטית ioxaglate מקום בתחבורה מומסת הטעונה השלילי על גבי משטח הסחוס. </li></ol> הדמיה 2. ועיבוד תמונה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הדגימות העטופות מבודדות עם תקע פקק על בעל מחוייט מצורף הבמה הממונעת של א-CT מיקרו. מקום tהוא לדגום כך משטח הסחוס מכוסה פתרון חומר ניגוד פונה כלפי מעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סרוק באמצעות מיקרו-CT (גודל voxel של 40 × 40 × 40 מיקרומטר 3, סריקה בזמן של 2 דקות, מתח צינור של 90 קילו ו הנוכחי צינור של 180 מיקרו-אמפר) שדה הראייה המורכבת של הסחוס, צלחת subchondral, ו finite- אמבטיה בכמה נקודות זמן עד מדינת שיווי משקל (48 ח) הוא הגיע (איור 2 א). מדינת שיווי המשקל מושגת כאשר ערכי ריכוז אינם משתנים לאורך זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את תמונות 3D בנקודות זמן שונות המבוססות על התמונה הראשונית כדי להקל מיצוב של האזור של העניין (ROI) באמצעות התוכנה של היצרן (למשל, לנתח). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המר את 3D משוחזר תמונות מיקרו-CT לתוך פורמט קובץ תמונה Tagged 2D (TIFF) מחסנית לפני עיבוד אותם באמצעות תוכנה של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גלובלי פלח (ImageJ&gt; התאם&gt; Threshold) הסחוס מן העצם subchondral ושובשוכב באמבטיה בתוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג את הערך האפור הממוצע של סחוס בנקודות זמן שונה (ImageJ&gt; לנתח מדוד&gt;) באמצעות מסכת סחוס שנוצרה בשלב הקודם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהינתן ריכוז אמבטיה הראשוני וריכוז חומר ניגוד ראשוני הסחוס, להשתמש עקומת כיול ליניארית להמיר הערכי האפור הממוצע של ריכוז בפועל של מומסים. נתונים קודמים תומכים בעובדה ערכית אפור לשמור על קשר לינארי עם הריכוז של חומר ניגוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שרטט את ריכוזי המומס לעומת נקודות זמן הניסוי. </li></ol> 3. מודלים חישוביים הערה: דיפוזיה בעיה זו הנחה היא להתקיים 1D (לאורך ציר z), אשר עולה בקנה אחד עם המצב בגבול הניסיון. לכן, הגיאומטריה יכולה להיווצר באופן שרירותי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות סחוס מבוסס סופית-אמבטית מודלים רב אזור: 1) סחוס מורכב אזור השטחי (20% מעובי הסחוס סה"כ), אזור הביניים (50% מעובי הסחוס הכולל) ואת אזור עמוק (30% מעובי הסחוס הכל) 12 ו 2), אמבטיה סופי ב FEBio 13, 14 (איור 2B). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקצה את התכונות המכאניות ופיסיות של אזורים השונים של סחוס אמבטית FEBio. מודול יאנג (10 MPA) הונח להיות גבוה מספיק כדי לעמוד בלחץ האוסמוטי שמפעיל באמבטיה שמעליה ולכן להגן על הסחוס מפני עיוותים מוגזמות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש חדירות הידראוליות של 10 -3 מ"מימ 4 / NS ו מקדם פואסון של 0. מקדם דיפוזיה המומס השתמש בפועל של האמבט בסימולציות 8, 9. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור רשת (אלמנטי hexahedral טריליניארי 8-צומת) ולעדן אותה ליד הגבולות (איור 2B)class = "Xref"&gt; 8, 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מודל דו-פאזי-המומס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ריכוז מומס ראשוני לחץ האמבטיה ויעיל המתאים לו. תראה את התיאור של לחץ אפקטיבי 9, 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המודל במצב חולף להשיג ריכוז מומס מול עקומות זמן על פי מקדמי דיפוזיה שנקבעו באזורי סחוס שונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מודל מרובה מצבים הערה: התנודות החשמליות בין אמבטית רקמות ניתן לעקיפה על ידי הוספת שני חד ערכי נגד יונים הוא באמבטיה ואת הרקמות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור דגמים יציבים: להשתמש באותה לחצי נוזל יעילים וריכוזי סחוס האמבטיה שמעליה תוך הגדלת FCD כדי הערך הרצוי שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור דגמים חולפים: ליצור סופי-אמבטיה-בחש היטב על ידי שמירה על מקדם דיפוזיה המומס באמבטיה הגבוהה מספיק. להזריק אתמומס מהממשק-האוויר באמבטיה לאמבטיה כדי להגיע לערך הריכוז הרצוי שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלוף: להסיר את המצב בגבול מומס ריכוז שנקבע בשלב הקודם ולחזור קדם הדיפוזיה של מהמרחץ הסופי אל מקדם הדיפוזיה שלה בפועל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המודל כדי להשיג עקומות ריכוז בזמן מומסות מבוססות על FCDs שיושמה מקדמי דיפוזיה באזורי סחוס שונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשק FEBio-MATLAB <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח קוד MATLAB לבצע סימולציה אוטומטית FEBio ועקומות הריכוז בזמן העלילה (ממשק FEBio-MATLAB) 8, 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שינוי מקדם דיפוזיה FCDs באזורי סחוס באמצעות ממשק FEBio-MATLAB. הפעל מודלי FEBio ולחלץ עקומות ריכוז בזמן מומס 8, 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השווה את עקומות ריכוז בזמן המומסת שהושג עם ניסיוניערכות נתונים ולקבל של מקדמי דיפוזיה FCDs באזורי סחוס שונים המבוססים על שורש מינימום טעות ריבועית ממוצעת (RMSE) 8, 9. </li></ol></li></ol><img alt="איור 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig1.jpg"> איור 1: הגדרת ניסוי. א) הליך החילוץ לדוגמא באמצעות מקדח מחוייט. B) Micro-CT הליך הדמיה לפקח תהליך דיפוזיה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54984/54984fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig2.jpg"> איור 2: סכמטי.א) עיצוב ניסיוני. B) מודל חישובי Multi-zone מורכב באמבטיה הסופית, שטחי, באמצע העמוק האזורית של סחוס הרשת מזוהית. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54984/54984fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<ol><li>Arkill, K. P., Winlove, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solute+transport+in+the+deep+and+calcified+zones+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage.</a> Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).</li>
<li>Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solute+transport+across+the+articular+surface+of+injured+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Biochem+Biophys%22%5BJournal%5D)">Solute transport across the articular surface of injured cartilage.</a> Arch Biochem Biophys. 535 (2), 241-247 (2013).</li>
<li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-specific+effects+of+compression+on+macromolecular+diffusion+in+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Site-specific effects of compression on macromolecular diffusion in articular cartilage.</a> Biophys J. 95 (10), 4890-4895 (2008).</li>
<li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-Specific+Molecular+Diffusion+in+Articular+Cartilage+Measured+using+Fluorescence+Recovery+after+Photobleaching%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Site-Specific Molecular Diffusion in Articular Cartilage Measured using Fluorescence Recovery after Photobleaching.</a> Annals of Biomedical Engineering. 31 (7), 753-760 (2003).</li>
<li>Gu, W. Y., Yao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+hydration+and+fixed+charge+density+on+fluid+transport+in+charged+hydrated+soft+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Effects of hydration and fixed charge density on fluid transport in charged hydrated soft tissues.</a> Ann Biomed Eng. 31 (10), 1162-1170 (2003).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Zadpoor, A. A., Weinans, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolated+effects+of+external+bath+osmolality%2C+solute+concentration%2C+and+electrical+charge+on+solute+transport+across+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Isolated effects of external bath osmolality, solute concentration, and electrical charge on solute transport across articular cartilage.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (12), 1399-1407 (2016).</li>
<li>Kulmala, K. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+coefficients+of+articular+cartilage+for+different+CT+and+MRI+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+%26+Physics%22%5BJournal%5D)">Diffusion coefficients of articular cartilage for different CT and MRI contrast agents.</a> Medical Engineering & Physics. 32 (8), 878-882 (2010).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+Neutral+Solute+Across+Articular+Cartilage%3A+The+Role+of+Zonal+Diffusivities%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Transport of Neutral Solute Across Articular Cartilage: The Role of Zonal Diffusivities.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), 071001-071001 (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphasic+modeling+of+charged+solute+transport+across+articular+cartilage%3A+Application+of+multi-zone+finite-bath+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Multiphasic modeling of charged solute transport across articular cartilage: Application of multi-zone finite-bath model.</a> J Biomech. 49 (9), 1510-1517 (2016).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Combined artificial neural networks for robust estimation of the diffusion coefficients across cartilage. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+inverse-forward+artificial+neural+networks+for+fast+and+accurate+estimation+of+the+diffusion+coefficients+of+cartilage+based+on+multi-physics+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Combined inverse-forward artificial neural networks for fast and accurate estimation of the diffusion coefficients of cartilage based on multi-physics models.</a> Journal of Biomechanics. , (2016).</li>
<li>Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Basic+Science+of+Articular+Cartilage%3A+Structure%2C+Composition%2C+and+Function%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Health%22%5BJournal%5D)">The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function.</a> Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).</li>
<li>Holzapfel, G. A., Kuhl, E. Ch. 17. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAteshian%2C+G+%22Computer+Models+in+Biomechanics%22">Computer Models in Biomechanics</a>. , Springer. Netherlands. 231-249 (2013).</li>
<li>Ateshian, G. A., Maas, S., Weiss, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphasic+Finite+Element+Framework+for+Modeling+Hydrated+Mixtures+With+Multiple+Neutral+and+Charged+Solutes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Multiphasic Finite Element Framework for Modeling Hydrated Mixtures With Multiple Neutral and Charged Solutes.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135 (11), 111001-111001 (2013).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Transport of neutral solute across articular cartilage and subchondral plate. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+multiphysics+models+to+efficient+design+of+experiments+of+solute+transport+across+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Biol+Med%22%5BJournal%5D)">Application of multiphysics models to efficient design of experiments of solute transport across articular cartilage.</a> Comput Biol Med. 78, 91-96 (2016).</li>
<li>Hosseini, S. M., Wu, Y., Ito, K., Donkelaar, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+superficial+collagen+fibrils+for+the+function+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biomechanics+and+Modeling+in+Mechanobiology%22%5BJournal%5D)">The importance of superficial collagen fibrils for the function of articular cartilage.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 13 (1), 41-51 (2013).</li>
<li>Alexopoulos, L. G., Williams, G. M., Upton, M. L., Setton, L. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoarthritic+changes+in+the+biphasic+mechanical+properties+of+the+chondrocyte+pericellular+matrix+in+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Osteoarthritic changes in the biphasic mechanical properties of the chondrocyte pericellular matrix in articular cartilage.</a> Journal of Biomechanics. 38 (3), 509-517 (2005).</li>
<li>Felson, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoarthritis%3A+new+insights.+Part+1%3A+the+disease+and+its+risk+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Intern+Med%22%5BJournal%5D)">Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors.</a> Ann Intern Med. 133 (8), 635-646 (2000).</li>
<li>Kokkonen, H. T., Jurvelin, J. S., Tiitu, V., Toyras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+mechanical+injury+of+articular+cartilage+using+contrast+enhanced+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Detection of mechanical injury of articular cartilage using contrast enhanced computed tomography.</a> Osteoarthritis Cartilage. 19 (3), 295-301 (2011).</li>
<li>Raya, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-tensor+imaging+of+human+articular+cartilage+specimens+with+early+signs+of+cartilage+damage%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage.</a> Radiology. 266 (3), 831-841 (2013).</li>
<li>Tavakoli Nia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aggrecan+Nanoscale+Solid-Fluid+Interactions+Are+a+Primary+Determinant+of+Cartilage+Dynamic+Mechanical+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Aggrecan Nanoscale Solid-Fluid Interactions Are a Primary Determinant of Cartilage Dynamic Mechanical Properties.</a> ACS Nano. 9 (3), 2614-2625 (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Estimation of cartilage properties using indentation tests, finite element models, and artificial neural networks. 11th World Congress on Computational Mechanics & 5th European Conference on Computational Mechanics, Barcelona, Spain, , (2014).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+mechanical+and+physical+properties+of+cartilage+by+coupling+poroelastic-based+finite+element+models+of+indentation+with+artificial+neural+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Determination of the mechanical and physical properties of cartilage by coupling poroelastic-based finite element models of indentation with artificial neural networks.</a> Journal of Biomechanics. 49 (5), 631-637 (2016).</li>
<li>Kokkonen, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computed+tomography+detects+changes+in+contrast+agent+diffusion+after+collagen+cross-linking+typical+to+natural+aging+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Computed tomography detects changes in contrast agent diffusion after collagen cross-linking typical to natural aging of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19 (10), 1190-1198 (2011).</li>
<li>Decker, S. G., Moeini, M., Chin, H. C., Rosenzweig, D. H., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+and+Distribution+of+Fluorescent+Solutes+near+the+Articular+Surface+of+Mechanically+Injured+Cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Adsorption and Distribution of Fluorescent Solutes near the Articular Surface of Mechanically Injured Cartilage.</a> Biophysical Journal. 105 (10), 2427-2436 (2013).</li>
<li>Silvast, T. S., Jurvelin, S. J., Tiitu, V., Quinn, T. M., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bath+Concentration+of+Anionic+Contrast+Agents+Does+Not+Affect+Their+Diffusion+and+Distribution+in+Articular+cartilage+In+Vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Cartilage%22%5BJournal%5D)">Bath Concentration of Anionic Contrast Agents Does Not Affect Their Diffusion and Distribution in Articular cartilage In Vitro.</a> Cartilage. 4 (1), 42-51 (2013).</li>
<li>Silvast, T. S., Jurvelin, J. S., Lammi, M. J., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((pQCT+study+on+diffusion+and+equilibrium+distribution+of+iodinated+anionic+contrast+agent+in+human+articular+cartilage+-+associations+to+matrix+composition+and+integrity%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">pQCT study on diffusion and equilibrium distribution of iodinated anionic contrast agent in human articular cartilage - associations to matrix composition and integrity.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 17 (1), 26-32 (2009).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Villamar, J., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Contrast agent's transport across healthy articular cartilage under various bath conditions. Orthopaedic Research Society Annual Meeting, Las Vegas, Nevada, , (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Application of a biphasic-solute model in predicting diffusive properties of osteochondral interface. International Workshop on Osteoarthritis Imaging (IWOAI), Oulo, Finland, , (2016).</li>
</ol>

החוקרים אין לחשוף.

הצגנו פרוטוקול ניסוי בשילוב עם הליך דוגמנות אלמנטים סופי ללמוד את הדיפוזיה של מומסים ניטראליים והואשמו פני סחוס במפרק. על פי המחקרים האחרונים שלנו, הדגמים המוצעים יכולים לתאר במדויק את ההובלה של שניהם ניטראלי (-המומס פאזי) טעון שלילי (מרובה מצבים) מומס פני אזורים שונים של סחוס במפרק 8, 9. הוא האמין נרחב כי סחוס במפרק הופך למוגבל תפקודי דרך אובדן הרכיבים החיוניים שלה כגון מקרומולקולות GAG הטעונה שלילי כמו גם סיבים קולגן במה...

<html> תחבורה מולקולרית ממלא תפקיד חיוני הומאוסטזיס של המפרקים לבטא, משלוח של תרופות כדי במפרק סחוס ודימות סחוס משופר ניגודיות 1, 2, 3. גורמים כגון אינטגרצית סחוס תקינות, המומס תשלום וגודל וכן osmolality וריכוז האמבטיה במגע עם סחוס עשוי להשפיע על שיעור התחבורה 4, 5, 6. ההובלה מומסת, ניטראלי או טעון, יכולה להיות שונה בין אזורי סחוס במפרק, כי כל אזור מורכב ריכוזי אורינטציות שונים של מולקולות תא מטריקס גדולה, כלומר proteoglycans (PGS) וקולגן סוג II 1, 7, 8, 9,נַעֲרָה = &quot;Xref&quot;&gt; 10, 11. וחשוב יותר, התחבורה של מומסים טעונים יכולה להיות תלויה במידה רבה את הריכוז של proteoglycans הכולל שעבודים קבועים שליליים בתוך מטריקס אשר מגביר פני סחוס במפרק 8, 9. פרמטרים אלה צפיפות שעבוד קבוע במיוחד (FCD), האוריינטציה של סיבי קולגן וריאציה תכולת מים על פני הסחוס עשוי לעבור שינויים כמו דלקת מפרקים ניוונית (OA) מתקדמת, אשר סימנה באמצעותם את החשיבות של לימוד דיפוזיה פני הסחוס. במחקר הנוכחי, פרוטוקול המבוסס על מחקרי ניסויים הקימו בעבר חישובית 6, 8, 9 מוצע לחקור דיפוזיה במדויק בתנאי גבול שונים באמצעות מומסים ניטראליים והואשמו ב מודל סופי-אמבטיה של דיפוזיה. Tהוא הציע שיטות מורכבות הדמית טומוגרפיה ממוחשבת מייקרו (micro-CT) של מערכת כולל סחוס ואמבט סופי הנתמך על ידי-המומס פאזי מתקדם ומודלי אלמנטים סופיים מרובים מצבים. מודלים אלה מאפשרים קבלת מקדמי דיפוזיה של מולקולות ניטראליות וטעונות כמו גם FCDs פני אזורים שונים של סחוס במפרק. שימוש במודלים אלה, אפשר לקבל הבנה טובה יותר של ההתנהגות של מולקולות ניטראליות והואשמו לשדר שיכול לשמש כדי לחקור את יחסי הגומלין בין הסחוס שכיסה-אמבטיה סופית.

<table><tbody><tr><td>Hexabrix</td><td>Guerbet</td><td>15HX005D</td><td>חומר ניגוד טעון שלילי</td></tr><tr><td>Visipaque</td><td>GE בריאות</td><td>12570511</td><td>חומר ניגוד Nuetral</td></tr><tr><td>PBS (Phosphate-buffered Saline)</td> <td>טכנולוגיות חיים</td><td>10010023</td><td></td></tr><tr><td>בינוני מיקרו-CT</td><td>פרקין אלמר</td><td></td><td>ניטור דיפוזיה</td></tr><tr><td>אוסמומטר נקודת הקפאה</td><td>מתקדם מכשירים</td><td></td><td>מדידת אוסמולליות תמיסה</td></tr></tbody></table>

ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי articular סחוס

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

<html> אוסטיאוארתריטיס (OA) היא מחלה מתישה המשויך ניוון של הסחוס במפרק ואת עצם subchondral. ניוון של סחוס במפרק פוגע בתפקוד לטעון הנושאות שלה באופן משמעותי כפי שהוא חווה השפלה כימית עצומה, שיבוש הפיברילות אובדן וקולגן proteoglycan כלומר. אחת הדרכים המבטיחות לחקור מנגנונים נזק כימי במהלך OA היא לחשוף את דגימות סחוס אל המומס חיצוניים ולפקח הדיפוזיה של מולקולות. מידת הנזק בסחוס (ריכוז כלומר ותצורה של מקרומולקולות חיוניים) קשורה לאובדן אנרגיה collisional של מומסים חיצוניים תוך כדי תנועה על פני הסחוס במפרק יוצר המאפיינים דיפוזיה שונים לעומת סחוס בריא. במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול, אשר מורכב מכמה שלבים, והוא מבוסס על ניסיוני שפותחו בעבר מיקרו-C14px; &quot;&gt; omputed T omography (מיקרו-CT) ו דוגמנות אלמנטים סופיים הובלת מולקולות יוד טעונה uncharged נרשם לראשונה באמצעות מיקרו-CT, אשר מלווה החלים-המומס פאזי ומודלים אלמנטים סופיים מרובה מצבים לקבל מקדמי דיפוזיה. וקבוע צפיפויות מטען על פני אזורי סחוס.

תוצאות הנציג הניתנות כאן הם אמצו מן המחקרים קודמים 6, 8, 9, 16. בשנת OA, הסחוס במפרק עובר שינויים משמעותיים והכי חשוב אובדן GAG, ונזק קולגן הפיברילות 17, 18,...

אנו מציעים פרוטוקול לחקור את התחבורה של מולקולות טעונות uncharged פני סחוס במפרק בעזרת שיטות ניסיוניות שפותחו לאחרונה מספריות.

ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי Articular סחוס

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לחקור את ההובלה של מולקולות טעונות ולא טעונות על פני סחוס מפרקי בעזרת שיטות ניסיוניות ומספריות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח הקשורות לתכונות פיזיקליות של סחוס מפרקי, כגון מקדם דיפוזיה וצפיפות מטען קבועה באזורים שונים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאמצת מסלול סופי, מודל ניסיוני המבוסס על טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת של הובלת מולקולות רדיו-אפק.כדי להתחיל בהכנת הדגימה, קדחו פקק אוסטאוכונדרלי גלילי בקוטר 8.5 מילימטר תוך ריסוס מי מלח פוספט בטמפרטורת החדר, PBS, על אזור הקידוח. הכנס את התקע באורך של כ-2.5 ס"מ של צינורות כיווץ חום כך ששכבת העצם תהיה צמודה עם הקצה, ולאחר מכן כסה את משטח הסחוס בכותנה רטובה. לאחר מכן השתמש באקדח אוויר חם כדי לכווץ את הצינור סביב דפנות התקע.טען נפח סופי של תמיסת ioxaglate או יודיקסנול של 420 מילי-מולרית על משטח הסחוס בתוך הצינור כדי להכין אמבט מומס טעון שלילי או ניטרלי בהתאמה. אטום את הקצה הפתוח של הצינור בעזרת פקק. הנח את הדגימה עם הקצה הפקק על מחזיק דגימה המותקן על הבמה הממונעת של מיקרו-CT.סרוק מעל שדה ראייה המכיל את הסחוס, הצלחת התת-כונדרלית והאמבטיה הסופית. חזור על הסריקה מעת לעת במהלך 48 השעות הבאות או עד שריכוז חומר הניגוד בסחוס אינו משתנה עם הזמן. בתוכנת המכשיר, רשום את התמונות התלת-ממדיות בנקודות זמן שונות ביחס לתמונה הראשונית והמר את התמונות המשוחזרות לערימת קבצי TIFF דו-ממדית.ייבא את התמונות לתוכנית עיבוד תמונה ושכפל אותן כדי לפלח את העצם האמבטית והתת-כונדרלית בנפרד. לאחר מכן, חורים בעצם התת-כונדרלית מתמלאים ופיקסלים מיותרים באמבטיה מוסרים באופן ידני. לאחר מכן מתווספות תמונות האמבטיה המפולחות והעצמות התת-כונדרליות המתקבלות באופן מתמטי.ובאמצעות כלי השרביט, מתאר מסכת הסחוס מוגדר ומתווסף למנהל אזור העניין. מדוד את הערך האפור הממוצע של הסחוס. בהתבסס על הריכוזים הראשוניים באמבטיה ובסחוס, המר את הערכים האפורים הממוצעים באמבטיה ובסחוס לריכוז המומס באמצעות עקומת כיול ליניארית.שרטט את ריכוזי המומסים לאורך זמן. כדי להתחיל במידול חישובי של דיפוזיה באמצעות תוכנת FEBio, בנה מודלים מרובי אזורים של סחוס מבוססי אמבטיה סופיים כאשר האזור השטחי מהווה 20% מעובי הסחוס, האזור האמצעי מייצג 50% והאזור העמוק מייצג 30%טבלה המכילה את המידע של מומס ניטרלי נוצרת עבור מודל מומס דו-פאזי. וטבלה המכילה את המידע של מומסים טעונים נוצרת עבור מודל רב-שלבי.כדי לדגמן את הדיפוזיה של מומסים טעונים עם המודל הרב-שלבי, יש להוסיף שני יונים נגדיים חד-ערכיים הן לאמבטיה והן לסחוס כדי למנוע את ההשפעות של תנודות חשמליות בין האמבטיה לרקמה. לאחר מידול אזורי הסחוס והאמבטיה הסופיים, הקצה את התכונות המכניות והפיזיקליות המתאימות, כלומר, מודול יאנג, חדירות, דיפוזיביות חופשית ודיפוזיביות לכל אזור עבור מודל המומס הדו-פאזי. הקצה תכונות מכניות ופיזיקליות, כלומר, מודול יאנג, חדירות, דיפוזיביות חופשית ודיפוזיביות, כמו גם צפיפות מטען קבועה לכל אזור עבור המודל הרב-פאזי.לאחר מכן, צור רשת אלמנט משושה משולש משולש של שמונה צמתים וחדד אותה ליד הגבולות. כדי לדגמן את הדיפוזיה של מומסים ניטרליים עם מודל המומס הדו-פאזי, החל את ריכוז המומס הראשוני ואת הלחץ האפקטיבי על מודל האמבטיה הסופית. הפעל את מודל המומס הדו-פאזי במצב חולף כדי לייצר ריכוז מומס לעומת עקומות זמן בהתבסס על מקדמי הדיפוזיה עבור כל אזור סחוס.עבור המודל הרב-פאזי בצעד במצב יציב, הגדר את אותם לחצי נוזלים יעילים וריכוזי מומסים עבור הסחוס והאמבט הסופי תוך הגדלת צפיפות המטען הקבוע לערך הרצוי. בצעד חולף, צור אמבטיה סופית מעורבבת היטב על ידי שמירה על מקדם הדיפוזיה באמבטיה גבוה מספיק. הזרקו את המומס מממשק אוויר האמבטיה לאמבטיה כדי להגיע לערך הריכוז.לאחר מכן הסר את תנאי גבול ריכוז המומסים שנקבע מהשלב הקודם והחזר את מקדם הדיפוזיה של האמבט הסופי למקדם הדיפוזיה שלו בפועל. הפעל את המודל הרב-פאזי באמצעות ממשק FEBio MATLAB כדי להשיג ריכוז מומסים לעומת עקומות זמן בהתבסס על צפיפות מטען קבועה מיושמת ומקדמי הדיפוזיה עבור כל אזור סחוס. באמצעות שיטה זו, תהליכי הדיפוזיה של חומרי ניגוד ניטרליים ואניונים דרך סחוס מפרקי עוצבו עם מודלים מומסים דו-פאזיים ורב-פאזיים בהתאמה.שני המודלים משתלבים היטב עם נתוני הניסוי. מקדמי הדיפוזיה של חומר הניגוד הנייטרלי, יודיקסאנול, באזורי סחוס שונים נקבעו ממודל המומס הדו-פאזי, ומקדמי הדיפוזיה של חומר הניגוד האניוני, ioxaglate, באזורים שונים נקבעו מהמודל הרב-שלבי. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הביומכניקה של הרקמות לחקור את התכונות הדיפוזיות של רקמות רכות באמצעות שילוב של גישות ניסיוניות וחישוביות.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לתכנן פלטפורמות ניסיוניות וחישוביות לגבי דיפוזיה על פני סחוס מפרקי.

an-experimental-finite-element-protocol-to-investigate-transport

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

מערכת 3D של האדם culturing chondrocytes במפרק ברמות גבוהות של נוזל סינוביאלי מתואר. הנוזל הסינוביאלי משקף את microenvironment הטבעי ביותר עבור הסחוס במפרק, וניתן להשיג בקלות ומאוחסנים. מערכת זו ולכן יכול לשמש ללימוד התחדשות הסחוס ועל הרפוי ההקרנה לטיפול בדלקת מפרקים.

מערכת 3D עבור chondrocytes culturing האדם במפרק של נוזל סינוביאלי

תיקון סחוס מייצג אתגר רפואי שלא נענה וגישות מבוססות תאים להנדסת סחוס מפרקי אנושי הן פתרון מבטיח. כאן, אנו מתארים הידרוג'לים ביומימטיים תלת מימדיים (תלת מימדיים) ככלי אידיאלי להתרחבות והתבגרות של כונדרוציטים מפרקיים אנושיים.

3D Hydrogel פיגומים למפרקים הכונדרוציטים תרבות וסחוס דור

אנו מציגים שיטה להערכת מידת המרחבי פציעה/מות תאים על המשטח במפרק של המפרקים מאתר ללא פגע לאחר היישום של המון מכני מבוקר או השפעות. בשיטה זו יכול לשמש כדי לחקור כיצד דלקת מפרקים ניוונית, גורמים גנטיים ו/או משטרי העמסה שונים משפיעים על פגיעות בחיי עיר chondrocytes.

ויזואליזציה בזמן אמת וניתוח Chondrocyte לפציעה בגלל העמסה מכנית ב Explants הסחוס מאתר באופן מלא ללא פגע

בדיקה במהלך ניתוח ארתרוסקופיה נעשית בדרך כלל כדי להעריך את המצב של הרקמה הרך, אבל גישה זו תמיד היה סובייקטיבי ואיכותי. דו ח זה מתאר מכשיר גישוש שיכול למדוד את עמידות הרקמה הרכה באמצעות חיישן כוח תלת-צירית במהלך ארתרוסקופיה.

מכשיר בודק למדידת תכונות מכניות של רקמות רכות במהלך ארתרוסקופיה

פרוטוקול זה מתאר את ההכנה, בדיקות ביוטריבולוגיות, וניתוח של צילינדרים אוסטאוכונדרליים הזזה נגד חומר שתל מתכת. אמצעי התוצאה הכלולים בפרוטוקול זה הם פעילות מטבולית, ביטוי גנים והישטולוגיה.

בדיקות וניתוח ביוטריבולוגי של סחוס ארטיקולר מחליק נגד מתכת עבור שתלים

פרוטוקול זה קובע ספיגת שיווי משקל, עומק חדירה וקצב דיפוזיה ללא שיווי משקל עבור נשאי פפטיד cationic בסחוס. אפיון של מאפייני תחבורה הוא קריטי להבטחת תגובה ביולוגית יעילה. שיטות אלה ניתן להחיל על עיצוב נושאות סמים טעונות בצורה אופטימלית עבור מיקוד רקמות טעונות שלילית.

אפיון של מאפייני תחבורה תוך סחוס של ספקי פפטיד צ'ציה

כאן אנו מציגים את מודל נגע הסחוס התוך-מפרקי הנגרם על ידי העמסה מחזורית של ברך החולדה, שנוצר על ידי 60 לחיצות מחזוריות מעל 20 N, וכתוצאה מכך נזק לסחוס הקונדילרי של הירך בחולדות.

שיטה לא פולשנית ליצירת מודל סחוס תוך מפרקי הנגרם על ידי העמסה מחזורית של ברך החולדה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסימון שלטי דם חוץ-תאיים שמקורם בטסיות דם כדי לפקח על נדידתם וקליטתם בגזירי סחוס המשמשים כמודל לדלקת מפרקים ניוונית.

תיוג של שלל חוץ-תאי לניטור הגירה וספיגה של סחוס

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מכשיר לבדיקת חיכוך המחיל החלקה הדדית בו-זמנית ועומס רגיל על שני גופנים ביולוגיים שבאים במגע.

בדיקת חיכוך- התקן ביוריאקטור לחקר ביומכניקה של מפרקים סינוביאליים, מכניוביולוגיה וויסות פיזיקלי

אנו מספקים שיטות מפורטות ליצירת ארבעה סוגים של רקמות מתאי גזע מזנכימליים אנושיים, המשמשים לשחזור הסחוס, העצם, כרית השומן והסינוביום במפרק הברך האנושי. ארבע רקמות אלה משולבות בביוריאקטור מותאם אישית ומחוברות באמצעות מיקרופלואידיקה, ובכך יוצרות מפרק ברך על שבב.

יצירת מפרק ברך על שבב למידול מחלות מפרקים ובדיקת תרופות

אנו מציגים גישה שלב אחר שלב לזיהוי וטיפול בבעיות הנפוצות ביותר הקשורות למיקרו-כניסות במיקרוסקופ כוח אטומי. אנו מדגימים את הבעיות המתעוררות על צמחי סחוס מפרקי אנושיים מקומיים המאופיינים בדרגות שונות של ניוון המונע על ידי אוסטאוארתריטיס.

טיפול בסוגיות מעשיות במיקרו-הזחה מבוססת מיקרוסקופיה של כוח אטומי על צמחי סחוס מפרקיים אנושיים

חקור את תהליכי ההעברה של מולקולות טעונות ונייטרליות בסחוס מפרקי באמצעות שיטות ניסיוניות וחישוביות. פרוטוקול זה מאפשר מדידה מדויקת של מקדמי דיפוזיה וצפיפות מטען קבועה באזורים שונים של הסחוס.

ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי Articular סחוס

גלה סרטונים נוספים