Name: 気管におけるストレス緩和と障害応答の調査 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
Description: 学ぶ気管の応力緩和と破壊特性の計算的手法。豚気管を用いた粘弾性挙動の解析により、呼吸器系のモデリング精度向上と臨床応用への貢献を目指す。

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この出版物で報告された研究は、賞番号R15HD093024と国立科学財団キャリア賞番号1752513の下で国立衛生研究所のユーニスケネディシュライバー国立小児保健人間発達研究所によって支援されました。

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<li>Singh, A., Magee, R., Balasubramanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+in+vivo+biomechanical+testing+on+brachial+plexus+in+neonatal+piglets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Methods for in vivo biomechanical testing on brachial plexus in neonatal piglets.</a> Journal of Visualized Experiments. (154), e59860(2019).</li>
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<li>Singh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+approach+to+teaching+biomechanics+through+active%2C+adaptive%2C+and+experiential+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A new approach to teaching biomechanics through active, adaptive, and experiential learning.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 139 (7), 0710011-0710017 (2017).</li>
<li>Singh, A., Ferry, D., Balasubramanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficacy+of+clinical+simulation+based+training+in+biomedical+engineering+education%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Efficacy of clinical simulation based training in biomedical engineering education.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 141 (12), 121011-121017 (2019).</li>
<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>
<li>Singh, A., Ferry, D., Ramakrishnan, A., Balasubramanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+virtual+reality+in+biomedical+engineering+education%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Using virtual reality in biomedical engineering education.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 142 (11), 111013(2020).</li>
<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>
</ol>

著者らには開示するものは何もありません。

気管のストレス緩和特性を報告した研究はほとんどない21,23.気管組織の時間依存的応答の理解をさらに強化するためには、研究が必要である。この研究は、そのような調査を実行するための詳細な手順を提供します。ただし、信頼性の高い試験のためには、プロトコル内の次の重要なステップを確保する必要があります:(1)適切な組織水和、(2)円周方向および縦方向のサンプルにおける同様の組織タイプ(軟骨リングおよび筋肉の数)分布、(3)プレストレッチなしのサンプルのクランプ、(4)サンプルの厚さと幅を使用して、生体力学的引張試験中の組織応力を計算するために使用される断面積を推定する。 (5)組織サンプルの適切なクランプ、6)クランプされたサンプルのゲージ長を使用して引張試験に1%/sのひずみ速度を入力し、(7)試験後のクランプに組織が存在することで滑りがないことを確認する。さらに、トラブルシューティングでは、テストデバイスコントローラとの通信を再確立するために、データ集録ソフトウェアの再起動が必要になる場合があります。
<p clas...

肺疾患におけるその重要な役割にもかかわらず、最大の気道構造である気管は、その粘弾性特性を詳述する研究が限られている1。気道特異的な材料特性を理解することは、米国における死因の第3位である肺疾患の傷害予防、診断、および臨床介入の科学を進歩させるのに役立つため、気管の時間依存性粘弾性挙動の深い理解は肺力学研究にとって重要である2,3,4。
利用可能な組織特性評価研究は、気管の剛性特性を報告している5、6、7、8。時間依存の機械的応答は、組織リモデリングにおけるそれらの重要性にもかかわらず、最小限に調査されており、これも病理学9,10によって変化している。さらに、時間依存応答データの欠如は、現在一般的な構成法則の使用に頼っている肺力学計算モデルの予測能力も制限する。気管の生物物理学的研究に情報を提供するために必要な材料特性を提供できるストレス緩和研究を行うことによって、このギャップに対処する必要があります。現在の研究では、ブタ気管のストレス緩和行動を調査するための試験方法、データ取得、およびデータ分析の詳細を提供しています。

<table><tbody><tr><td>使い捨て安全メス</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>マサチューセッツ州ノーウッド</td></tr><tr><td>鉗子</td><td>&nbsp;ファインサイエンスツール株式会社</td><td>11006-12および11027-12または11506-12</td><td></td></tr><tr><td>ゲージセーフ</td><td>ADMET株式会社</td><td>N/A</td><td>無料ダウンロード</td></tr><tr><td>画像 J</td><td>NIH</td><td>N/A</td><td>オープンソース</td></tr><tr><td>プロラミング ソフトウェア - MATLAB&nbsp;</td><td>Mathworks</td><td>N/A</td><td>バージョン2018A</td></tr><tr><td>ハサミ</td><td>&nbsp;Fine Science Tools Inc</td><td>14094-11または14060-09</td><td></td></tr>滅菌<tr><td>リン酸塩緩衝液&nbsp;</td><td>ミリポア、トーマス科学</td><td>MFCD00131855</td><td></td></tr></tbody></table>

気管におけるストレス緩和と障害応答の調査

Investigating Stress-relaxation and Failure Responses in the Trachea

気管の生体力学的特性は、気流に直接影響し、呼吸器系の生物学的機能に寄与する。これらの特性を理解することは、この組織における傷害メカニズムを理解するために重要である。このプロトコルは、ブタ気管の応力緩和挙動を研究するための実験的アプローチを記述しており、300秒間0%または10%のひずみに予め引き伸ばされ、その後、破損するまで機械的引張荷重がかかる。この研究は、実験計画、データ取得、分析、およびブタ気管生体力学的試験からの予備的結果の詳細を提供する。このプロトコルとデータ分析MATLABコードで提供される詳細な手順を使用して、将来の研究は、生理学的、病理学的、および外傷的状態におけるその生体力学的応答を理解するために重要である気管組織の時間依存粘弾性挙動を調査することができる。さらに、気管の生体力学的挙動に関する詳細な研究は、手術中に広く使用されている気管内インプラントなどの関連医療機器の設計を改善するのに決定的に役立ちます。

図1は、クランプ部位付近の破断組織とクランプ内の組織の存在を示しており、引張試験中に滑りがないことを確認しています。図2は、試験サンプル間の引張試験中に観察された、上部または下部のクランプ部位または組織の長さに沿った様々な損傷部位を示す。データ解析結果を図3-4及び表1-2にまとめた。10%ひずみへの軸方向または円周方向のプレストレッチに続く気管サンプルに対する応力緩和応答を図3に示す。初期ピーク荷重および応力、300sホールドにわたる応力の減少率、ならびに時定数t1およびt2を、2項プロニー級数緩和関数において、これらの緩和曲線から計算した。これらの粘弾性パラメータは表1に含まれる。プレストレッチな...

本プロトコルは、ブタ気管の引張応力緩和および破壊特性を決定する。このような方法の結果は、気管の粘弾性および障害閾値の理解を改善し、肺系の計算モデルの能力を進歩させるのに役立つ。

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

このプロトコルは、気管のストレス緩和反応を調査するための詳細なアプローチを提供します。気管の応力緩和反応を調べることは、肺力学研究の理解にとって重要です。まず、死体の首に沿って垂直の正中線を切開し、甲状軟骨、輪状軟骨、および舌骨から胸骨上ノッチまでの気管を露出させます。10ナンバーブレードを使用して喉頭と全長気管を収穫します。気管サンプルを喉頭から分離し、ブレードを使用して気管チューブを片側の全長に沿って縦方向に切断します。気管を近位方向に約5ミリメートル幅の2つの円周方向のストリップと遠位方向に幅約5ミリメートルの2つの縦方向のストリップに切断し、これらのストリップの最小長は25ミリメートルです。ダウンロードした zip フォルダーに移動し、その内容を抽出して [エラーのみ] フォルダーに移動します。mm/dd/yy ファイル命名規則を使用して、テスト済みのサンプルのデータを Excel ファイルに格納します。2022年4月30日にテストされたサンプルファイルをFailure Onlyフォルダーで開き、この特定の日付に機械的故障を受けた各サンプルの生データを含む複数のワークシートタブを認識します。サンプルタイプ、サンプル番号、および延伸前のひずみレベルパーセンテージファイルの規則を使用してサンプルがラベル付けされていることを確認します。ワークシートタブを選択します TA_1_0%生データヘッダー列がテキスト原稿の説明に従ってラベル付けされていることを確認し、現在のMicrosoft Excelファイルを閉じてから、データ分析ソフトウェアの作業ディレクトリに戻り、リラクゼーションフォルダーに移動します。前に示したように、特定の日付にテストされた実験グループサンプルのデータをMicrosoft Excelファイルに保存します。リラクゼーションフォルダを開き、その特定の日にテストされた実験グループの各サンプルからの生の負荷緩和データを含む複数のワークシートタブを認識します。一時停止して、各サンプルは、このMicrosoft Excelファイルに含まれるワークシートタブに示されているように、引張機械的荷重の下で機械的破損を受けたことに注意してください。ワークシートタブで示される各サンプルの生の荷重緩和データが正しくフォーマットされていることを確認してから、現在のMicrosoft Excelファイルを保存して閉じます。データ解析ソフトウェアの作業ディレクトリに戻り、緩和後のフォルダ障害に移動します。リラクゼーションフォルダと同じ日付の Microsoft Excel ファイルがあることを確認します。緩和後の破損フォルダにあるExcelファイルを開き、緩和フォルダに存在する同じサンプルからの生の機械的破損データを含む複数のワークシートタブを認識します。生の機械的故障

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

このビデオでは、マウスでは閉塞性気道疾患（OAD）の開発を研究するには、2つの実験モデル、異所および同所性気管移植モデルを示し、比較します。...

閉塞性気道疾患の発生研究のモデルとして使用されるマウスにおける異所性と同所性気管移植

この記事では、単一の参加者内やグループ間のストレスに対する心理学的、生理学的および神経内分泌反応を測定する研究者を可能にする参加者、で精神的ストレスを誘導するためのプロトコルについて説明します。...

心理的ストレスを誘導するためのトリーアの社会ストレステストプロトコル

トランスジェニックマウスは、遺伝子に生理的機能をascribingで非常に有用であった。一般的にこのような、研究、気道の機能的研究として、具体的には、マウスモデルに向かって顕著シフトを受けています。ここでのプロトコルを提供する...

マウスを用いた気管狭窄のin vitroでの測定で

ここでは、マウスの気管から基礎および粘膜下腺管細胞を単離するための我々のプロトコルを示しています。また、作成するために背マウス脂肪パッドに幹細胞を注入する方法を実証...

マウス気管から基底細胞および粘膜下腺管細胞の単離

SCIREQ株式会社、モントリオール、QC、現在のプロトコルでは、呼吸器系の力学の測定と同様に強制振動技術を使用してマウスで吸入メサコリンに対する気道反応性の評価（flexiVentを実行するために必要な手順の詳細なステップバイステップの説明を提供しています、カナダ）。...

強制振動法を用いたマウスにおける呼吸器系の力学の評価

組織の生体力学は、細胞の形状と機能を維持し、表現型を決定するために重要です。このレポートは、ヒト軟組織の弾性および粘弾性特性を特徴付けるための非破壊的な機械的プロトコルを示しており、これを組織工学基板に直接適用して、工学材料を天然組織に厳密に適合させることができます。...

インデントと引張試験を用いたヒト軟部組織の生体力学的特性評価

肥満の発生率が上昇していると慢性肺疾患のリスクを増加させます。根本的なメカニズムと予防戦略、明確に定義された動物を確立するには、モデルが必要です。ここでは、我々 は (ブドウ糖負荷試験、体の脈、肺固定) マウスにおける肺の成果に対する肥満の影響を研究する 3...

腹腔内のブドウ糖負荷試験、肥満や呼吸器アウトカムに対する代謝が異常の影響を研究する肺機能の測定や肺の固定

喉頭気管狭窄は、気管気道を重大に狭くし、効果的な医療療法を欠く病理学的瘢痕沈着から生じる。PLLA-PCL(70%ポリL-ラクチドおよび30%ポリカプロラクトン)ステントを局所薬物送達システムとして用いて、気管内の瘢痕増殖を減少させることを目的とした潜在的な治療法を検討することができる。...

喉頭気管狭窄を伴うマウスにおける生体適合性薬物溶出気管ステントの設計

このプロトコルは、ラット気管からの内因性上皮の選択的除去および管腔表面上の外因性細胞の均質な分布、続いて細胞組織構築物の長期 インビトロ...

バイオエンジニアリング気道組織を生成するためのイメージング誘導バイオリアクター

気管組織移植には滅菌が不可欠です。ここでは、臓器に完全に耐えられる低線量ガンマ線照射を使用した滅菌プロトコルを提示します。...

脱細胞化気管移植片のための低線量ガンマ線滅菌

急速な心筋および心臓の弛緩は、正常な生理機能に不可欠です。機械的緩和機構は、ひずみ速度に依存することが現在知られている。このプロトコルは、リラクゼーションの機械的制御をさらに研究するための実験の取得と分析の概要を提供します。...

無傷の心臓小柱を用いたリラクゼーションの機械的制御

学ぶ気管の応力緩和と破壊特性の計算的手法。豚気管を用いた粘弾性挙動の解析により、呼吸器系のモデリング精度向上と臨床応用への貢献を目指す。

気管におけるストレス緩和と障害応答の調査

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