본 프로토콜은 두 개의 접촉하는 생물학적 카운터페이스에 동시 상호 슬라이딩 및 정상 하중을 적용하는 마찰 시험 장치를 기술한다.
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방법 논문
마찰 테스트 - 활막 관절 생물 역학, Mechanobiology 및 물리적 조절 연구를위한 생물 반응기 장치
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
원발성 골관절염 (OA)에서 노화와 관련된 정상적인 '마모'는 연골이 하중 유지 및 윤활 기능을 유지하는 능력을 억제하여 해로운 물리적 환경을 조성합니다. 관절 연골과 활막의 마찰 상호 작용은 조직 수준 마모 및 세포 메카노 형질 도입을 통해 관절 항상성에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 기계적 및 메카노생물학적 과정을 연구하기 위해, 관절의 움직임을 복제할 수 있는 장치가 기술된다. 마찰 테스트 장치는 상호 변환 동작과 정상 하중을 두 개의 접촉하는 생물학적 카운터페이스로 전달하는 것을 제어합니다. 이 연구는 활막 온 연골 구성을 채택하고 인산염 완충 식염수 (PBS) 또는 활액 (SF) 욕조에서 수행 된 테스트를 위해 마찰 계수 측정을 제시합니다. 이 테스트는 다양한 접촉 응력에 대해 수행되었으며, 고부하에서 SF의 윤활 특성을 강조했습니다. 이러한 마찰 시험 장치는 이관절 관절 관절과 관련된 적용된 생리학적 하중에 반응하여 살아있는 관절 조직의 물리적 조절을 연구하기 위한 생체모방 생물반응기로서 사용될 수 있다.
서론
골관절염 (OA)은 32 백만 명이 넘는 미국 성인에게 영향을 미치는 쇠약 해지는 퇴행성 관절 질환으로 의료 및 사회 경제적 비용은 $ 16.5 billion1 이상입니다. 이 질병은 고전적으로 관절 연골 및 연골하 뼈의 분해를 특징으로합니다. 그러나 활막염의 변화는 활막염 이 OA 증상 및 진행 2,3,4와 관련이 있기 때문에 최근에 감사를 얻었습니다. 원발성 (특발성) OA에서, 노화와 관련된 정상적인 '마모'는 연골의 하중 유지 및 윤활 기능을 유지하는 능력을 억제합니다. 관절 연골층의 장기간 슬라이딩 접촉 또는 임플란트 재료에 대한 연골의 슬라이딩 접촉에 의해 발생하는 응력은 표면 하부 피로 장애를 통한 박리 마모를 촉진하는 것으로 나타났다5,6. 관절(7,8) 내에 역동적인 기계적 환경이 존재하기 때문에, 관절 연골과 활막의 마찰적 상호작용은 조직 수준 마모 및 세포....
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프로토콜
국소 abattoir로부터 얻은 청소년 소 무릎 관절이 본 연구에 사용되었다. 이러한 소 표본 샘플을 사용한 연구는 Columbia Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC)에서 면제됩니다.
1. 마찰 시험 장치 설계
참고: 마찰 테스트 장치의 개략적인 표현은 그림 1에 나와 있습니다. 이 장치는 구조적 지지를위한 플랫폼 역할을하는 강성베이스 플레이트 (도시되지 않음) 위에 구축됩니다.
- 스테퍼 모터를 수평 변환 단계( 재료 표 참조)에 부착하여 접촉면에 상호 변환 동작을 전달하는 두 축 마찰 테스트 장치를 생성합니다.
- 번역 단계에 다축 로드 셀을 장착합니다(자료 표 참조). 장착된 로드셀은 z방향(Fn)의 정상 하중을 측정하고, x 방향(Ft)의 접선 부하를 측정하는데 사용될 것이다.
- 변환 단계에 선형 인코더(자료 표 참조)를 장착하여 스테이지의 수....
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결과
활막-온-연골 구성을 사용하여 소아 외식식물을 마찰 시험하였다. 활막은 직경 10mm 아크릴 로딩 플래튼에 장착되어 내막층이 하부 연골과 접촉하도록 하였다. 경골 스트립을 연골 카운터페이스로서 사용하였다(도 6A). 경골 스트립은 대략 1.4 mm의 깊이 및 10 mm x 30 mm의 크기로 절단되었다. 샘플을 포스페이트 완충 식염수 (PBS) 배쓰 또는 소 활액 (SF) 배쓰에서 37°C에서 1시간 동안 시험하였다. SF 배스는 PBS와 소 SF의 50/50 혼합물로 구성되었다. 스테이지 가속도는 100mm/s2, 스테이지 속도는 1mm/s, 스테이지 경로 거리는 2.5mm 6,9,42였습니다. 죽은 무게는 다양한 정상 하중을 가하는 데 사용되어 180, 230 및 300 kPa
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토론
연골이 압축, 인장 및 전단력, 및 수압 및 삼투압44,45를 받음에 따라 관절 내에 동적 기계적 환경이 존재합니다. 연골은 관절의 주요 하중 지지 조직이지만, 활막은 또한 연골 표면과 조직이 접히는 영역에서 그 자체와 마찰적인 상호 작용을 겪습니다. 연골과 활막 사이의 물리적 상호 작용은 세포를 옮기고 중간엽 줄기 세포를 관절 환경으로 방출하여 (제한적인) 관절 연골 복구 메커니즘37,38,39,40에 기여할 수있는 잠재적 인 세포 공급원을 제공 할 가능성이 큽니다. 연골과 활막의 마찰 특성은 조직 마모13을 통한 관절 유지 및 변성에 중요한 영향을 미칩.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 정형 외과 과학 연구 재단, NIH 5R01 AR068133, NIH TERC 5P41EB027062 및 NIGMS R01 692 GM083925 (Funder ID : 10.13039 / 100000057)의 지원을 받았습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 알루미늄 호일 | Reynolds Group Holdings | Reynolds Wrap | 멸균 조직 수확 |
| 알루미늄 프레임 아크릴 인클로저 | 맞춤형 | 마찰 테스터 구성 요소 | |
| 오토클레이브 순간 밀봉 살균 파우치 | Fisherbrand | 01-812-54 | 도구 살균 |
| 오토클레이브 | Buxton | 도구 살균 | |
| 비커 (250 mL) | Pyrex Vista | 70000 | 조직 수확 |
| 베타 딘 (Povidone 요오드 준비 용액) | Medline Industries, LP | MDS093906 | 멸균 조직 수확 |
| 생물 안전 캐비닛 | Labconco | Purifier Logic + Class II, Type A2 BSC | 멸균 조직 수확 |
| Biospy punch | Steritool Inc. | 50162 | 조직 수확 |
| 상자 절단기 | American Safety Razor Company | 94-120-71 | 조직 수확 |
| 원형 아크릴 실리콘 포스트 (활막) | 맞춤형 | 조직 장착 | |
| 배양 매체 | 맞춤형 | DMEM (카탈로그 번호 11-965-118; Gibco)에 50 &mu를 보충하고; g/mL L-프롤린(Cat. 번호 P5607; 시그마), 100 μ g/mL 피루브산 나트륨(Cat. 번호 S8636; 시그마), 1% ITS(Cat. 번호 354350; Corning), 그리고 1%의 항생제– 항진균제(Cat. No. 15-240-062, Gibco) | |
| Cyanoacrylate (Loctite 420 Clear) | Henkel | 135455 | Tissue mounting |
| Dead weights | OHAUS | Normal load | |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs, Inc. | 2701 | 70 %로 희석 |
| 염기 | ThorLabs, Inc. | SB1T | 마찰 시험기 구성 |
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| 수평 선형 인코더 (변환 스테이지 용) | RSF Electronics, Inc. | MSA 670.63 | 마찰 시험기 구성 요소; 시스템 해상도 1 & 마이크로; m |
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| 로딩 플래튼 | 맞춤형 | 티슈 마운팅 | |
| O-링 | Parker | S1138AS568-009 | 티슈 마운팅 |
| 페트리 디쉬(60mm) | Falcon | 351007 | 티슈 마운팅 |
| PivotLok Work Positioner(경골 홀더) | Industry Depot, Pivot Lok | PL325 | 티슈 수확 |
| 탈착식 베이스 | ThorLabs, Inc. | SB1B | 마찰 시험기 구성 요소 |
| 링 스탠드 | 조직 수확 | ||
| 메스 블레이드 | Havel's Inc. | FSC22 | 조직 수확 |
| 메스 손잡이 | FEATHER Safety Razor Co., Ltd. | No. 4 | 조직 수확 |
| 스크루 드라이버 | Wera | 3334 | 조직 수확 |
| 단계 | JMAR | 마찰 시험기 구성 요소 | |
| 스테퍼 모터 | Oriental Motor Co., Ltd. | PK266-03B | 마찰 시험기 구성 요소 |
| 흡입 도구 | Virtual Industries, Inc. | PEN-VAC 진공 펜 | 조직 장착 |
| 지지대 | 맞춤형 | 조직 장착 | |
| 수술 용 가위 | Fine Science Tools | 14061-09 | 조직 장착 |
| 활액 (소) | Animal Technologies, Inc. | 마찰 테스트 수 | |
| 조 테스트 수조 | 프로 | 인산염 완충 식염수(PBS): 0.04% 이소티아졸론계 살생물제(Proclin 950 Cat. 번호 46878-U; Sigma) 및 0.1% 프로테아제 억제제 - 0.05M 에틸렌디아민테트라아세트산, EDTA(Cat. 번호 0369; Sigma) | |
| 조직 배양 인큐베이터 | Fisher Scientific | Isotemp | 멸균 배양 |
| 수직 선형 엔코더(로딩 스테이지용) | Renishaw | T1031-30A | 마찰 테스터 구성 요소; 20nm 해상도 |
| 보이스 코일 액추에이터 | H2W Technologies | NCC20-15-027-1RC | 마찰 테스터 구성 요소 |
참고문헌
- US Department of Health and Human Services. The Cost of Arthritis in US Adults. Centers for Disease Control and Prevention. , Available from: https://www.cdc.gov/arthritis/data_statistics/cost.htm (2020).
- Buckwalter, J. A., Mankin, H. J. Instructional course lectures, the American....
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