Test biomeccanici di Murine Tendons

Il protocollo descrive un metodo efficiente e riproducibile per il test biomeccanico dei tendini del mouse attraverso apparecchi stampati 3D riutilizzabili su misura. I nuovi metodi riducono il tempo necessario per testare il campione da ore a minuti ed eliminano un artefatto di presa principale che era un problema comune nei metodi precedenti. Questo metodo non si limita ai tendini sopraspinato e Achille.

Può essere facilmente adattato per testare altri tendini e tendini di topo da animali più grandi. Per garantire la riproducibilità e l'efficienza dell'approccio, potrebbero essere necessari più cicli di prototipazione e convalida della progettazione per gli apparecchi non descritti qui. Per iniziare, eseguire una tomografia microcalcografica dell'intero osso nel gel di agarosio.

Dopo la ricostruzione in immagini di sezione trasversale, selezionare il comando Apri file per aprire il set di dati del file. Aprire il file di dialogo Preferenze e selezionare la scheda Avanzate. Usa l'algoritmo di rendering adattivo per costruire i modelli 3D che forniscono dettagli superficiali più fluidi.

Utilizzare 10 come parametro di località che definisce la distanza in pixel rispetto al punto adiacente utilizzato per trovare il bordo dell'oggetto. Ridurre al minimo la tolleranza a 0,1 per ridurre le dimensioni del file. Per specificare il volume di interesse, selezionare manualmente due immagini da impostare come parte superiore e inferiore dell'intervallo VOI selezionato, quindi passare alla seconda pagina, Regione di interesse.

Selezionare manualmente l'area di interesse in una singola immagine di sezione trasversale. Ripetere la selezione del ROI per ogni 10-15 immagini di sezione trasversale. Passare quindi alla terza pagina, Selezione binaria.

Scegliere Da Set di dati dal menu Istogramma per visualizzare la distribuzione dell'istogramma della luminosità da tutte le immagini del set di dati. Sempre nel menu Istogramma fare clic sul menu Crea file modello 3D. Salvate un modello 3D dell'osso in formato file STL.

Nel software Meshmixer importate mesh e selezionate Tutto da modificare. Scegliete Produce dalla modifica Set di strumenti, quindi selezionate Budget triangolo (Triangle Budget) dal set di strumenti Riduci destinazione (Reduce target). Ridurre il numero e accettare le modifiche.

Ritagliare il file appena ridotto in formato STL scegliendo Esporta As.To progettare un osso omerale tendineo sopraspinatus, utilizzare un programma di progettazione a modellazione solida computer-aided per creare un modello personalizzato di apparecchio che afferra l'omero. Aprite il file di formato STL dell'osso omero in un programma di modellazione solida e salvate come file di parte in formato SLDPRT. Quindi aprite il file parte per creare manualmente tre piani anatomicamente rilevanti, ad esempio sagittale, coronale e trasversale.

Fate clic su Nuovo file (File New) per creare la parte componente a blocchi solidi. Fate clic su File nuovo (File New) per creare un modello di assieme con due componenti, il blocco solido e l'osso omero destro o sinistro. Definire l'orientamento dell'osso all'interno del blocco per garantire che l'angolo tra il tendine e l'osso sia di 180 gradi.

Assicurarsi che l'intero volume osseo si adatti all'interno del blocco. Nella finestra Assieme (Assembly), selezionate il blocco e fate clic su Modifica componente (Edit Component) dalla barra degli strumenti Assieme (Assembly). Fate clic su Inserisci (Insert), Feature (Features), Cavità (Cavity).

Selezionate Ridimensionamento uniforme (Uniform Scaling) e immettete lo 0% come valore da ridimensionare in tutte le direzioni. Sopprimete la parte ossea e salvate l'assieme come parte. Aprire il cilindro con parte cavità.

Create uno schizzo, assicuratevi di lasciare solo 0,5 millimetri sopra la testa omerale. In Feature (Features), selezionate Taglio estruso (Extruded Cut). Tagliare l'assieme lungo il piano sagittale per creare due componenti simmetrici che si adattano all'osso anteriore e posteriore.

Tagliare la parte di assieme lungo il piano sagittale per creare due componenti simmetrici che si adattano all'osso anteriore e posteriore. È fondamentale garantire che la testa omerale prevengano il guasto della piastra di crescita e definire una distanza ravvicinata che eviti il disimpegno dell'omero dal modello durante il test. Procedere come descritto nel manoscritto per completare la componente posteriore e la componente anteriore.

Salvare entrambi i componenti come file di parte separati. Premete Inserisci serie (Insert Pattern), Specchia (Mirror) e Specchia (Mirror) per creare modelli di specchi 3D per ogni componente dello staffaggio per l'arto opposto. Selezionate la faccia anteriore come faccia a specchio.

Selezionate la parte come corpo da specchiare. Selezionate il piano specchio e create uno schizzo che includa tutto il materiale. Da Feature (Features), selezionate Taglio estruso (Extruded Cut) per rimuovere la parte originale e mantenere solo la parte specchiata.

Fate clic sulla parte inferiore della parte e utilizzate come piano per creare uno schizzo. Fate clic su Testo sketch (Sketch Text) e aggiungete L o R.Questo aggiunge un'incisione nella parte inferiore degli staffaggi per distinguere tra i lati sinistro e destro. Salvare tutte le parti dello staffaggio in formato file standard STL in preparazione alla stampa 3D.

Per sezionare il tendine muscolare sopraspinato, l'esemplare osseo omero, posizionare prima il topo eutanasiato in una posizione prona e fare un'incisione nella pelle dall'alto del gomito della ara verso la spalla. Utilizzare le forcep per rimuovere con cura la pelle con dissezione smussata in modo che la muscolatura della spalla sia visibile. Rimuovere il tessuto che circonda l'omero fino a quando l'osso non è esposto.

Tenere l'omero con pinza e rimuovere con cura i muscoli deltoidi e trapezio per esporre l'arco coracoacromiale. Identificare l'articolazione CA e separare accuratamente la clavicola dall'acromione con una lama bisturi. Facendo attenzione a non danneggiare il tendine sopraspinatus e il suo attaccamento osseo, rimuovere il muscolo dal suo attacco scapolare usando una lama bisturi.

Staccare la testa omerale dal glenoide e lacerare la capsula articolare e l'infraspinatus subscapularis e teres tendini minori. Disarticolare l'articolazione del gomito per separare l'omero dall'ulna e dal raggio. Isolare l'esemplare muscolare del tendine omero-sopraspinato e pulire i tessuti molli in eccesso sull'omero e sulla testa omerale.

Per sezionare il tendine d'Achille, l'osso calcaneo, posizionare un topo eutanasiato in una posizione soggetta. Facendo attenzione a non danneggiare il tendine d'Achille e il suo attaccamento osseo, rimuovere la pelle con dissezione smussata in modo che la muscolatura intorno alle articolazioni della caviglia e del ginocchio sia esposta. Usando una lama bisturi, a partire dall'attacco tendine-calcaneo di Achille, staccare con cura il muscolo gastrocnemio dai suoi attacchi prossimali.

Disarticolare con cura il calcaneo dalle varie ossa adiacenti e isolare il campione di tendine-calcaneo d'Achille e pulire i tessuti molli in eccesso. Per determinare l'area della sezione trasversale del tendine, inserire l'osso capovolto per sospendere l'esemplare nel criotubo riempito con gel di agarosio con l'osso nel gel di agarosio e il tendine e il muscolo all'esterno. Dopo la scansione con tomografia microcalcolata, rimuovere delicatamente il muscolo dal tendine usando una lama bisturi.

Inserire l'osso nello staffaggio stampato in 3D e attaccarlo alle griglie di prova. Inserire e incollare il tendine tra una carta velina sottile piegata e bloccarlo utilizzando impugnature sottili. Inserire il campione e le impugnature in un bagno di prova di PBS a 37 gradi Celsius ed eseguire un test meccanico.

In questo studio, utilizzando apparecchi stampati in 3D riutilizzabili per afferrare l'osso, il tempo di preparazione del campione è stato ridotto da ore a minuti. Le curve rappresentative di deformazione del carico per il test di trazione del tendine sopraspinato utilizzando i metodi attuali eliminavano i principali artefatti di presa come il cedimento della piastra di crescita. Le proprietà meccaniche dei tendini sopraspinato e Achille dimostrano un effetto significativo del sesso basato su test T non accoppiati con valore P inferiore a 0,05.

Micro CT ha misurato con successo l'area della sezione trasversale lungo la lunghezza del tendine sopraspinatus lungo la lunghezza del tendine d'Achille. È importante ricordare che ogni sito anatomico ha criteri di progettazione specifici necessari per una presa efficace. Pertanto, il design per ogni apparecchio dovrebbe essere adattato di conseguenza.

Oltre al test di trazione al guasto, questi apparecchi possono essere utilizzati per test di carico ciclici, che forniscono informazioni sull'affaticamento del tendine e sulle proprietà viscoeleastiche. Caratterizzare le proprietà meccaniche dei tendini murini è raro in letteratura a causa di una serie di motivi, tra cui la difficoltà di afferrare questi piccoli tessuti, i metodi di preparazione dei campioni noiosi e dispendiosi in termini di tempo e le fratture delle piastre di crescita. Questo protocollo presenta un metodo efficiente in termini di tempo e riproducibile per testare i tendini del mouse che ha eliminato i guasti di presa artefatto e ha triplicato il numero di campioni che possono essere testati in un giorno.