Name: Studiare il rilassamento dello stress e le risposte al fallimento nella trachea (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
Description: Esplora le risposte di rilassamento dello stress nella trachea suina per la meccanica polmonare. Questo metodo computazionale caratterizza le proprietà viscoelastiche e i limiti di rottura del tessuto tracheale.

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La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata sostenuta dall'Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development del National Institutes of Health con il numero di premio R15HD093024 e il National Science Foundation CAREER Award Number 1752513.

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<li>Singh, A., Ferry, D., Mills, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+biomedical+engineering+education+through+continuity+in+adaptive%2C+experiential%2C+and+interdisciplinary+learning+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Improving biomedical engineering education through continuity in adaptive, experiential, and interdisciplinary learning environments.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 140 (8), 0810091-0810098 (2018).</li>
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<li>Majmudar, T., Balasubramanian, S., Magee, R., Gonik, B., Singh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-vitro+stress+relaxation+response+of+neonatal+peripheral+nerves%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">In-vitro stress relaxation response of neonatal peripheral nerves.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 128, 110702(2021).</li>
<li>Orozco, V., Magee, R., Balasubramanian, S., Singh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+review+of+the+tensile+biomechanical+properties+of+the+neonatal+brachial+plexus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A systematic review of the tensile biomechanical properties of the neonatal brachial plexus.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 143 (11), 110802(2021).</li>
<li>Singh, A. M. T., Magee, R., Gonik, B., Balasubramanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+pre-stretch+on+neonatal+peripheral+nerve%3A+An+in-vitro+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Brachial+Plexus+and+Peripheral+Nerve+Injury%22%5BJournal%5D)">Effects of pre-stretch on neonatal peripheral nerve: An in-vitro study.</a> Journal of Brachial Plexus and Peripheral Nerve Injury. 17 (1), 1-9 (2022).</li>
<li>Balasubramanian, S., D'Andrea, C., Viraraghavan, G., Cahill, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+finite+element+model+of+the+pediatric+thoracic+and+lumbar+spine%2C+ribcage%2C+and+pelvis+with+orthotropic+region-specific+vertebral+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Development of a finite element model of the pediatric thoracic and lumbar spine, ribcage, and pelvis with orthotropic region-specific vertebral growth.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 144 (10), 101007(2022).</li>
<li>Hadagali, P., Peters, J. R., Balasubramanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphing+the+feature-based+multi-blocks+of+normative%2Fhealthy+vertebral+geometries+to+scoliosis+vertebral+geometries%3A+Development+of+personalized+finite+element+models%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Methods+in+Biomechanics+and+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Morphing the feature-based multi-blocks of normative/healthy vertebral geometries to scoliosis vertebral geometries: Development of personalized finite element models.</a> Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 21 (4), 297-324 (2018).</li>
<li>Singh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Available+computational+and+physical+models+to+understand+the+mechanisms+of+neonatal+brachial+plexus+injury+during+shoulder+dystocia%5BTitle%5D)+AND+%22Open+Access+Journal+of+Neurology+and+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Available computational and physical models to understand the mechanisms of neonatal brachial plexus injury during shoulder dystocia.</a> Open Access Journal of Neurology and Neurosurgery. 9 (4), 555768(2019).</li>
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Pochissimi studi hanno riportato le proprietà stress-rilassanti della trachea21,23. Sono necessari studi per rafforzare ulteriormente la nostra comprensione delle risposte dipendenti dal tempo del tessuto tracheale. Questo studio offre passaggi dettagliati per eseguire tali indagini; Tuttavia, devono essere garantite le seguenti fasi critiche all'interno del protocollo per prove affidabili: (1) adeguata idratazione dei tessuti, (2) distribuzione simile del tipo d...

Nonostante il suo ruolo critico nelle malattie polmonari, la più grande struttura delle vie aeree, la trachea, ha studi limitati che dettagliano le sue proprietà viscoelastiche1. Una comprensione approfondita del comportamento viscoelastico dipendente dal tempo della trachea è fondamentale per la ricerca sulla meccanica polmonare poiché la comprensione delle proprietà del materiale specifiche delle vie aeree può aiutare a far progredire la scienza della prevenzione delle lesioni, della diagnosi e dell'intervento clinico per le malattie polmonari, che sono la terza causa di morte negli Stati Uniti 2,3,4.
Studi di caratterizzazione tissutale disponibili hanno riportato le proprietà di rigidità della trachea 5,6,7,8. Le risposte meccaniche dipendenti dal tempo sono state minimamente studiate nonostante la loro importanza nel rimodellamento tissutale, che è anche alterato dalla patologia 9,10. Inoltre, la mancanza di dati di risposta dipendenti dal tempo limita anche le capacità predittive dei modelli computazionali di meccanica polmonare che attualmente ricorrono all'utilizzo delle leggi costitutive generiche. È necessario colmare questa lacuna eseguendo studi di rilassamento dello stress che possano fornire le caratteristiche materiali richieste per informare gli studi biofisici della trachea. L'attuale studio offre dettagli sui metodi di test, l'acquisizione dei dati e le analisi dei dati per studiare il comportamento di rilassamento dello stress della trachea suina.

<table><tbody><tr><td>Bisturi di sicurezza monouso</td><td>Fine Science Tools Inc</td><td>10000-10</td><td></td></tr><tr><td>eXpert 7600</td><td>ADMET Inc.</td><td>N/A</td><td>Norwood, MA</td></tr><tr><td>Forcipe</td><td> Fine Science Tools Inc</td><td>11006-12 e 11027-12 o 11506-12</td><td></td></tr><tr><td>Gauge Safe</td><td>ADMET Inc.</td><td>N/A</td><td>Scarica gratuitamente</td></tr><tr><td>l'immagine J</td><td>NIH</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Software di proramming open source - MATLAB&nbsp;</td><td>Mathworks</td><td>N/A</td><td>versione 2018A</td></tr><tr><td>Forbici</td><td>&nbsp; Fine Science Tools Inc</td><td>14094-11 o 14060-09</td><td></td></tr><tr><td>Soluzione tampone fosfato sterile&nbsp;</td><td>Millipore, Thomas Scientific</td><td>MFCD00131855</td><td></td></tr></tbody></table>

studiare il rilassamento dello stress e le risposte al fallimento nella trachea

Investigating Stress-relaxation and Failure Responses in the Trachea

Le proprietà biomeccaniche della trachea influenzano direttamente il flusso d'aria e contribuiscono alla funzione biologica dell'apparato respiratorio. Comprendere queste proprietà è fondamentale per comprendere il meccanismo di lesione in questo tessuto. Questo protocollo descrive un approccio sperimentale per studiare il comportamento stress-rilassamento della trachea suina che è stata pre-allungata allo 0% o al 10% di deformazione per 300 s, seguita da carico di trazione meccanica fino al cedimento. Questo studio fornisce dettagli sul disegno sperimentale, l'acquisizione dei dati, le analisi e i risultati preliminari dei test biomeccanici delle trachee suine. Utilizzando i passaggi dettagliati forniti in questo protocollo e il codice MATLAB di analisi dei dati, studi futuri possono indagare il comportamento viscoelastico dipendente dal tempo del tessuto tracheale, che è fondamentale per comprendere le sue risposte biomeccaniche durante condizioni fisiologiche, patologiche e traumatiche. Inoltre, studi approfonditi sul comportamento biomeccanico della trachea aiuteranno in modo critico a migliorare la progettazione di dispositivi medici correlati come gli impianti endotracheali che sono ampiamente utilizzati durante gli interventi chirurgici.

La figura 1 mostra il tessuto guasto vicino al sito di serraggio e la presenza di tessuto all'interno del morsetto, confermando l'assenza di scivolamento durante le prove di trazione. La figura 2 indica vari siti di cedimento, compresi i siti di serraggio superiore o inferiore o lungo la lunghezza del tessuto, che sono stati osservati durante le prove di trazione tra i campioni testati. I risultati dell'analisi dei dati sono riassunti nelle ...

Il presente protocollo determina le proprietà di rilassamento dello stress di trazione e di rottura delle trachee suine. I risultati di tali metodi possono aiutare a migliorare la comprensione delle soglie viscoelastiche e di rottura della trachea e contribuire a far progredire le capacità dei modelli computazionali del sistema polmonare.

Studiare il rilassamento dello stress e le risposte al fallimento nella trachea

The biomechanical properties of the trachea directly affect the airflow and contribute to the biological function of the respiratory system. Understanding ...

Questo protocollo offre un approccio dettagliato per studiare le risposte di rilassamento dello stress della trachea. Studiare le risposte di rilassamento dello stress della trachea è fondamentale per la comprensione della ricerca sulla meccanica polmonare. Per iniziare, fai un'incisione verticale della linea mediana lungo il collo del cadavere ed esporre la cartilagine tiroidea, la cartilagine cricoide e la trachea dall'osso ioide alla tacca soprasternale.Raccogliere la laringe e la trachea a tutta lunghezza usando una lama di 10 numeri. Separare il campione di trachea dalla laringe e quindi tagliare il tubo tracheale longitudinalmente lungo l'intera lunghezza su un lato usando la lama. Tagliare la trachea in due strisce circonferenziali larghe circa cinque millimetri in prossimità e due strisce longitudinali larghe circa cinque millimetri distalmente con la lunghezza minima di queste strisce di 25 millimetri.Passare alla cartella compressa scaricata, quindi estrarne il contenuto e passare alla cartella Solo errori. Archiviare i dati dei campioni testati in un file di Microsoft Excel utilizzando la convenzione di denominazione dei file gg/mm/aa. Aprire il file di esempio testato il 30 aprile 2022 nella cartella Solo errore e riconoscere le schede multiple del foglio di lavoro contenenti i dati non elaborati di ciascun campione sottoposto a guasto meccanico in questa particolare data.Assicurarsi che i campioni siano etichettati utilizzando il tipo di campione, il numero del campione e la convenzione del file percentuale del livello di deformazione pre-stretching. Selezionare la scheda del foglio di lavoro TA_1_0%Assicurarsi che le colonne di intestazione dei dati non elaborati siano etichettate come descritto nel testo del testo e chiudere il file Microsoft Excel corrente, quindi tornare alla directory di lavoro del software di analisi dei dati e passare alla cartella di rilassamento. Archiviare i dati dei campioni di gruppo sperimentali testati in una data specifica in un file di Microsoft Excel, come illustrato in precedenza.Aprire la cartella di rilassamento e riconoscere le schede multiple del foglio di lavoro contenenti i dati di rilassamento del carico non elaborati da ciascun campione nel gruppo sperimentale testato in quella particolare data. Sospendere e notare che ciascuno dei campioni è stato sottoposto a guasto meccanico sotto carico meccanico di trazione, come indicato dalle schede del foglio di lavoro incluse in questo file di Microsoft Excel. Assicurarsi che i dati di rilassamento del carico non elaborati per ogni esempio indicato da qualsiasi scheda del foglio di lavoro siano formattati correttamente, quindi salvare e chiudere il file di Microsoft Excel corrente.Tornare alla directory di lavoro del software di analisi dei dati e passare alla cartella di errore post-relax. Verificare che sia presente un file di Microsoft Excel con la stessa data della cartella relax. Aprire il file di Excel nella cartella post-rilassamento dell'errore e riconoscere più schede del foglio di lavoro, ciascuna contenente dati di guasto meccanico grezzi dagli stessi campioni presenti nella cartella di rilassamento.Assicurarsi che la colonna di intestazione di ogni campione per i dati non elaborati relativi ai guasti meccanici sia formattata correttamente. Chiudere il file Microsoft Excel corrente e tornare alla directory di lavoro del software di analisi dei dati. Aprire il file di Microsoft Excel testingDates.XLSX che indirizzerà il codice per analizzare le date di test specificate dall'utente. Elencare le date dei test nella prima colonna nel formato mm/gg/aa. Nella seconda colonna, indicare utilizzando un Y o un N se i campioni alla data del test provenivano dal gruppo sperimentale, il che include il rilassamento dello stress seguito da un guasto meccanico.Nella terza colonna, indicare se i campioni provengono dal gruppo di controllo che mostrano un guasto meccanico diretto. Salvare e chiudere il file Microsoft Excel corrente e tornare alla directory di lavoro del software di analisi dei dati, quindi aprire il file di script principale main_relax_failure. m, selezionare la grande freccia verde sull'interfaccia software per eseguire il codice.In alternativa, digitare run main calc relax nella finestra di comando. Quando richiesto, immettere livelli di allungamento fissi separati da virgole in percentuale per i vari gruppi sperimentali e premere OK, quindi immettere le durate dei test di rilassamento dello stress separati da virgole in secondi per i vari gruppi sperimentali e premere OK. Una volta eseguito correttamente il codice, assicurarsi che i risultati calcolati siano disponibili nella directory di lavoro del software di analisi dei dati come file Microsoft Excel con mm/gg/aa sostituito dalla data in cui il codice è stato eseguito. Le risposte di rilassamento dello stress per i campioni tracheali dopo pre-stiramento assiale o circonferenziale al 10% di deformazione hanno dimostrato un picco iniziale del carico di stress, seguito da una riduzione percentuale dello stress nel corso della sospensione di 300 secondi.Le risposte sforzo-deformazione del campione tracheale sottoposto a prova di guasto sotto carichi assiali o circonferenziali senza pre-stiramento o pre-stiramento del 10% indicavano uno stress di cedimento. I test preliminari hanno caratterizzato con successo le risposte di rilassamento dello stress del tessuto tracheale in cui lo stress di picco iniziale era più alto nelle direzioni di carico assiale. Al contrario, la riduzione percentuale dello stress era più elevata nella direzione di carico circonferenziale rispetto alla direzione di carico assiale.I tempi di rilassamento erano anche più elevati nella direzione di carico assiale rispetto alla direzione di carico circonferenziale per lo stesso gruppo pre-stretching del 10%. Nei dati di cedimento, la sollecitazione di rottura e i valori E erano più elevati nelle direzioni di carico circonferenziali nei gruppi di pre-stiramento zero e 10%, mentre la deformazione di guasto riportata nelle direzioni di carico assiale era più elevata. Assicurarsi che i dati campione testati siano etichettati correttamente e che le colonne di intestazione dei fogli dati siano formattate correttamente.Questi passaggi sono fondamentali per eseguire il codice di analisi dei dati. Oltre all'acuto, può essere studiata anche una risposta cronica di rilassamento dello stress. Inoltre, è possibile studiare una risposta di rilassamento dello stress quasi statica.

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Bioengineering

Bioingegneria

Questo video mostra e mette a confronto due modelli sperimentali per studiare lo sviluppo della malattia delle vie aeree obliterante (OAD) nei topi, il modello eterotopico e trapianto ortotopico tracheale.

Eterotopica e trapianto ortotopico tracheale in topi utilizzati come modelli per studiare lo sviluppo della malattia delle vie aeree obliterante

Questo articolo descrive un protocollo per indurre stress psicologico nei partecipanti, che consente ai ricercatori di misurare psicologico, le risposte fisiologiche e neuroendocrina allo stress all'interno di singoli partecipanti o tra i gruppi.

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Topi transgenici sono stati estremamente utili per attribuire funzione fisiologica ai geni. Come tale, la ricerca in generale, e studi funzionali delle vie aeree, in particolare, hanno subito un notevole spostamento verso modelli murini. Qui forniamo protocolli...

Nelle misure in vitro di costrizione tracheale con Mice

Qui mostriamo il nostro protocollo per l'isolamento di cellule della ghiandola basali e sottomucoso condotto da trachee del mouse. Abbiamo anche dimostrare il metodo di iniezione di cellule staminali nel cuscinetto di grasso dorsale del mouse per creare...

Isolamento delle cellule basali e sottomucosa cellule del dotto di Gland mouse Trachea

Il presente protocollo fornisce una dettagliata descrizione passo-passo le procedure necessarie per eseguire le misurazioni della meccanica del sistema respiratorio, nonché la valutazione della reattività delle vie aeree alla metacolina inalata nei topi usando la tecnica delle oscillazioni forzate (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc , Canada).

Valutazione della Meccanica Respiratoria sistema nei topi utilizzando la tecnica delle oscillazioni forzate

La biomeccanica dei tessuti è importante per mantenere la forma e la funzione cellulare e per determinare il fenotipo. Questo rapporto dimostra protocolli meccanici non distruttivi per la caratterizzazione delle proprietà elastiche e viscoelastiche dei tessuti molli umani, che possono essere applicati direttamente ai substrati di ingegneria tissutale per consentire una stretta corrispondenza dei materiali ingegnerizzati con il tessuto nativo.

Caratterizzazione biomeccanica di morbidi tessuti umani usando una indentazione e prove di trazione

L'incidenza dell'obesità è in aumento e aumenta il rischio di malattie polmonari croniche. Per stabilire i meccanismi sottostanti e le strategie preventive, animale ben definiti modelli sono necessari. Qui, mettiamo a disposizione tre metodi (prova di tolleranza di glucosio, pletismografia corporea e fissazione del polmone) per studiare l'effetto dell'obesità sui risultati polmonari nei topi.

Prova di tolleranza di glucosio intraperitoneale, misura della funzione polmonare e la fissazione del polmone per studiare l'impatto dell'obesità e metabolismo alterato sugli esiti polmonare

La stenosi larifica deriva da una deposizione di cicatrici patologiche che restringe criticamente le vie aeree tracheali e manca di terapie mediche efficaci. Utilizzando uno stent PLLA-PCL (70% poli-L-lactide e 30% policaprolactone) come sistema locale di somministrazione di farmaci, possono essere studiate potenziali terapie volte a ridurre la proliferazione della cicatrice nella trachea.

Progettazione di uno stent tracheale biocompatibile che epelle la droga nei topi con stenosi lariosa

Il protocollo descrive un bioreattore abilitato all'imaging che consente la rimozione selettiva dell'epitelio endogeno dalla trachea di ratto e la distribuzione omogenea di cellule esogene sulla superficie del lume, seguita da una coltura in vitro a lungo termine del costrutto cellula-tessuto.

Bioreattore guidato da imaging per la generazione di tessuto delle vie aeree bioingegnerizzato

Ottenere la sterilizzazione è essenziale per il trapianto di tessuto tracheale. Qui presentiamo un protocollo di sterilizzazione che utilizza l'irradiazione gamma a basso dosaggio che è completamente tollerato dagli organi.

Sterilizzazione con radiazioni gamma a basso dosaggio per innesti tracheali decellularizzati

Un rapido rilassamento miocardico e cardiaco è essenziale per la normale fisiologia. I meccanismi di rilassamento meccanico sono ora noti per dipendere dalla velocità di deformazione. Questo protocollo fornisce una panoramica dell'acquisizione e dell'analisi degli esperimenti per studiare ulteriormente il controllo meccanico del rilassamento.

Controllo meccanico del rilassamento mediante trabecole cardiache intatte

Esplora le risposte di rilassamento dello stress nella trachea suina per la meccanica polmonare. Questo metodo computazionale caratterizza le proprietà viscoelastiche e i limiti di rottura del tessuto tracheale.

Studiare il rilassamento dello stress e le risposte al fallimento nella trachea

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