マウス大腿骨首のカンチレバー曲げ

本議定書は、片持ち梁曲げセットアップにおけるマウス大腿骨頸部のための再現性のある試験プラットフォームの開発を記述している。カスタム3Dプリントガイドを使用して、大腿骨を最適なアライメントで一貫してしっかりと固定しました。

このプロトコルで概説されている片持ち梁曲げセットアップは、大腿骨頸部骨折を発生させるための再現可能なアプローチを作成し、これはより臨床的に関連性があり、骨粗鬆症を調べるためのマウス研究に利用することができる。このプロトコルは、再現性を向上させるテストプラットフォームを作成し、結果測定の変動係数を低減します。したがって、ロバストスタディに必要なサンプルサイズが最小限に抑えられます。

1/4インチ×1/4インチの正方形アルミニウムチューブを使用して、長さ1/2インチから1インチのチューブセクションを切断することから始めます。各アルミニウムセグメントにエッチングツールでサンプルIDのラベルを付けます。チューブセグメントの半分をパテで満たし、それらを直立させるために固定具に入れます。

清潔な大腿骨をベンチトップに平らに置き、前面が上を向くようにします。次に、3D プリントされたガイドを 3 番目の転子の真下に配置し、シャフトの直径が揃います。近位端と遠位端を片手で持ちます。

大腿骨を作業台にしっかりと押し付け、もう一方の手で3Dプリントされたガイドを大腿骨の中央軸に置き、大腿骨が横側または内側に回転しないようにします。次に、対応するアルミニウムセグメントの前に配置します。アルミニウムセグメントを骨セメントでほぼいっぱいになるまで満たし、変位のための少しのスペースを残します。

ガイド付きの大腿骨を正しいアルミニウムセグメントに配置し、骨セメントをセットします。骨セメントが硬化したら、サンプルを室温PBSのペトリ皿に入れ、2時間再水和させます。機械的試験システムを使用して、1ニュートン未満の分解能でロードセルを取り付けて校正します。

正方形のスロットを備えた固定具を取り付けて、サンプルを含むアルミニウムセグメントをしっかりと保持します。固定具の両側に止めネジを取り付けて、サンプルを所定の位置にしっかりと保持します。次に、ローディングプラテンをアクチュエータに取り付けます。

MTS の真正面の面に実体顕微鏡を置きます。顕微鏡を通してセットアップを確認するために追加の照明が必要な場合は、システムの周りに光源を配置します。MTS ソフトウェアで、新しい曲げプロトコルの作成を開始します。

プロトコルが変位制御で動作することを確認します。プロトコルの読み込み速度を毎秒 0.5 ミリメートルに設定します。ソフトウェアにソフトキーの設定がある場合は、ソフトキーの残高とゼロ拡張をプロトコルに追加します。

ソフトウェア・プログラムが、最小サンプリング・レートである100ヘルツで、時間を秒単位で、負荷をニュートン単位で、拡張または変位をミリメートル単位で記録することを確認します。新しいプロトコルを保存し、ソフトウェアプログラムのメイン画面に戻り、新しいサンプルセットのテストを開始します。アルミポット内の試料のX線画像を得る。

一度に複数のサンプルを画像化できます。ポッティング角度の検証測定を可能にするために、サンプルの正面図がキャプチャされていることを確認してください。サンプル付きのアルミセグメントを保持固定具に入れ、止めネジを締めます。

アクチュエータを大腿骨頭から数ミリメートル以内に収まるまで下げます。実体顕微鏡を使用して二軸ステージを調整し、ローディングプラテンの真下に大腿骨頭の位置を合わせます。2 軸ステージを所定の位置にロックします。

MTSソフトウェアでは、アクチュエータの位置をゼロにし、追加されたソフトキーバランスとゼロエクステンションを使用してロードセルのバランスを取ります。次に、読み込みプロトコルを開始します。ローディングプラテンとサンプルの間にどれだけのスペースが残っていたかに応じて、テストには10〜30秒しかかかりません。

試験後、試料の別の前方X線を捕捉する。これは、フラクチャのモードを識別し、文書化するために使用されます。マウス大腿骨頚部の測定された曲げ特性からの変動係数(COV)がここに示されている。

COV は、データ セットの標準偏差と平均の比率を表し、その減少は、平均の周囲の個々のデータ ポイントのグループ化が厳密であることを示します。このプロトコルは、同様のテストを実行する他のパブリケーションと比較して、最大負荷の COV を削減しました。0.2%オフセット線形適合を示す代表的な力変位曲線を使用して、剛性と降伏点を導出します。

選択した結果メジャーがプロットされ、破損時の最大荷重、剛性、破損時の最大変位、および破損までの作業を含む平均と標準偏差が表示されます。アスタリスクは、片側不対応t検定を使用して決定された有意差を示します。雄マウスの大腿骨頸部は、雌マウスの標本よりも有意に強く、硬かった。

さらに、雌の大腿骨頸部は、雄マウスの標本と比較して、より有意な変形および障害への働きを経験した。これは、女性の骨塩密度が低いことと一致しており、生理学的に関連する違いを検出するためのテストの感度を強調しています。最大荷重、剛性、最大変位、および故障までの作業を含む生体力学的アウトカム測定値を、ポッティング角度に対してプロットし、男性コホート、女性コホート、およびグループ化されたすべてのサンプルについて単純線形回帰を使用して相関させた。

黒い実線はグループサンプルの線形回帰を示し、点線は信頼区間を示します。ポッティング角度の変動は、最大荷重、最大変位、または破損作業に大きく影響しませんでした。しかし、ポッティング角度が大きくなるにつれて、剛性は増大した。

このプロトコルを試行する際に覚えておくべき最も重要なことは、ポッティング手順と読み込み速度を同じに保ち、結果を以前に公開されたデータとよりよく比較することです。試験後にサンプルを除去するために軟化させることができるビスマス合金などの骨セメントの代替物を使用する場合、サンプルは、ラマン分光法、DEXA、または3点曲げなどの他の手順を経て、追加の機械的、化学的、および構造的特性を解明することができる。