Method Article

실험적 및 유한 요소 의정서는 관절 연골에서 중립 및 충전 용질의 운송을 조사하기 위해

DOI:

10.3791/54984

⸱

April 23rd, 2017

 ,  ,  , 
1Department of Biomechanical Engineering, Faculty of Mechanical, Maritime, and Materials Engineering, Delft University of Technology (TU Delft), 2Department of Orthopedics, UMC Utrecht, 3Department of Rheumatology, UMC Utrecht

In This Article

Summary

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우리는 최근에 개발 된 실험 및 수치 방법의 도움으로 관절 연골에서 충전 및 충전되지 않은 분자의 이동을 조사하기위한 프로토콜을 제안한다.

Abstract

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골관절염 (OA)은 관절 연골과 연골 하골의 변성과 연관된 쇠약하게하는 질병이다. 그것은 상당한 화학적 열화, 즉 손실 프로테오글리칸 및 콜라겐 브릴 중단을 경험으로 관절 연골의 변성이 실질적으로 그 하중 기능을 손상시킨다. OA에서 화학적 손상 메커니즘을 조사하는 한 유망한 방법은 외부 용질에 연골 표본을 노출하고, 분자의 확산을 모니터하는 것입니다. 건강한 연골에 비해 상이한 확산 특성을 생성 관절 연골을 가로 질러 이동하는 동안 연골 손상 (즉, 농도 및 고분자 필수 구성)의 정도는 외부 용질 충돌하는 에너지 손실과 관련된다. 이 연구에서 우리는 몇 가지 단계로 구성되어 있으며 이전에 개발 된 실험 마이크로-C를 기반으로하는 프로토콜을 소개14px; "> omputed T omography (마이크로 CT) 및 유한 요소 모델링 제 이상성-용질 확산 계수를 얻기 다상 유한 요소 모델에 적용함으로써 뒤에 마이크로 CT를 사용하여 기록되어 충전 및 비 대전 요오드 분자의 수송. 연골 영역에 걸쳐 전하 밀도를 고정.

Introduction

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분자 수송 관절 형 조인트의 항상성에 중요한 역할을하는 관절 치료제의 전달 연골 및 연골 조영 증강 영상 1, 2, 3. 이러한 연골 통합 intactness, 용질의 전하 및 크기뿐만 아니라 삼투압 및 전송 레이트 4, 5, 6에 영향을 미칠 수있는 연골 접촉 욕의 농도 요소. 각 영역은 다른 농도의 주요 세포 외 매트릭스 분자의 배향으로 구성되어 있기 때문에 중성 또는 충전 중 용질의 수송은, 관절 연골 영역과 상이 할 수있다, 즉, 프로테오글리칸 (PG를) 콜라겐 타입 II (1), 7, 8, 9,아가씨 = "외부 참조"> 10, 11.....

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Protocol

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참고 : 여기에 제시된 프로토콜은 최근의 연구 논문 6, 8, 9의 실험과 계산 과정에서 채택된다. 이 프로토콜은도 1에 도시되어있다.

사체 자료는 위트레흐트 대학의 수의학 교수의 허가를 수집 하였다.

1. 시료와 욕제

  1. 차가운 인산 완충 식염수 (PBS)를 분사하면서 과열 이후 연골의 손상을 방지하기 위해 맞춤 제작 드릴 비트 (도 1)를 이용하여 사후 말 대퇴골로부터 원통 골 연골 플러그 (8.5 mm의 직경) 밖으로 드릴.
  2. 오버레이 욕의 측면 확산을 최소화하기 위해 슬리브를 수축 플라스틱으로 골 연골 플러그 열 수축.
    1. 일에서 연골과 골 연골 플러그를 장착E는 플라스틱 슬리브 내부 수축 초기 상단과 열풍을 불어 따른다. 열 관련 손상을 방지하기 위해 연골의 표면에 젖은면 조각을 추가합니다.
  3. 별도 부과 (예를 들어,

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Results

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여기에 제공된 대표적인 결과는 이전의 연구 논문 6, 8, 9, 16에서 채택된다.

OA에서 관절 연골은 큰 변화 가장 중요한 GAG 손실 및 콜라겐 원 섬유 손상 17, 18, 19을 겪는다. 이러한 변화는 관절 연골 (20), (21)를 통해 용질의 확산 행동에.......

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Discussion

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우리는 관절 연골에서 중립 및 충전 용질의 확산을 연구하기 위해 유한 요소 모델링 절차와 결합 된 실험 프로토콜을 제시 하였다. 우리의 최근 연구에 따르면, 제안 된 모델은 정확하게 관절 연골 8, 9의 서로 다른 영역에서 중립 (이상성 - 용질) 모두의 전송 및 음전하 (다상) 용질을 설명 할 수있다. 널리 관절 연골이 기능적으로 같은 OA 진행 21, 22, 23, 24 중 음전하를 띤 GAG의 거대 분자뿐만 아니라 콜라겐 원 섬유로의 중요한 구성 요소의 손익으로 제한된다 것으로 생각된다. 본 연구에서 제안 된 기술을 사용하여, 하나는 잠재적으로 관절 연골의 건강 함을 검사 할 수 있습니다. .......

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Disclosures

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저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgements

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저자는 골 연골 플러그의 과정을 포장에있는 그들의 도움을 UMC 위트레흐트에서 개발 역학 그룹에서 씨 제론 반 덴 베르그 씨 Matthijs Wassink 그들의 감사의 말씀을드립니다. 이 작품은 네덜란드 관절염 재단에서 부여에 의해 지원되었다.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
HexabrixGuerbet15HX005D음전하를 띤 조영제
VisipaqueGE 헬스케어12570511Nuetral 조영제
PBS(인산염 완충 식염수)Life Technologies10010023Medium
micro-CTPerkin Elmer모니터링 확산
빙점 삼투압 분석기고급 기기: 측정 용액 삼투압

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Arkill, K. P., Winlove, C. P. Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage. Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).
  2. Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. Solute transport across the articular surface of injured cartilage.

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Articular CartilageSolute TransportMicro CT ImagingFinite Element ModelingDiffusion CoefficientFixed Charge DensityBiphasic Solute ModelMultiphasic ModelNeutral SolutesCharged Solutes

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