Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Biomechanische beproeving van Muriene pezen

13.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/60280

⸱

15 oktober 2019

 ,  ,  , 
1Department of Orthopedic Surgery, Columbia University, 2Department of Biomedical Engineering, Columbia University

In dit artikel

Samenvatting

Het protocol beschrijft efficiënte en reproduceerbare Trek-biomechanische testmethoden voor muriene pezen door het gebruik van Custom-Fit 3D-gedrukte armaturen.

Samenvatting

Pees aandoeningen zijn gebruikelijk, beïnvloeden mensen van alle leeftijden, en zijn vaak debilitating. Standaard behandelingen, zoals ontstekingsremmende geneesmiddelen, revalidatie en chirurgische herstelling, falen vaak. Om de functie pees te definiëren en de werkzaamheid van nieuwe behandelingen aan te tonen, moeten de mechanische eigenschappen van pezen uit diermodellen nauwkeurig worden bepaald. Murine diermodellen worden nu veel gebruikt voor het bestuderen van pees aandoeningen en het evalueren van nieuwe behandelingen voor Tendinopathieën; echter, het bepalen van de mechanische eigenschappen van muis pezen is uitdagend. In deze studie, een nieuw systeem werd ontwikkeld voor pees mechanische testen met 3D-gedrukte armaturen die exact overeenkomen met de anatomieën van de opperarmbeen en calcaneus mechanisch testen supraspinatus pezen en Achilles pezen, respectievelijk. Deze armaturen werden ontwikkeld met behulp van 3D reconstructies van inheemse bot anatomie, solid modeling, en additieve productie. De nieuwe aanpak elimineerde artifeitelijke aangrijpende mislukkingen (bijv. falen bij het falen van de groei plaat in plaats van in de pees), verminderde totale testtijd en verhoogde reproduceerbaarheid. Bovendien is deze nieuwe methode gemakkelijk aanpasbaar voor het testen van andere muriene pezen en pezen van andere dieren.

Inleiding

Pees aandoeningen zijn gebruikelijk en zeer overwegend onder de veroudering, atletische, en actieve populaties1,2,3. In de Verenigde Staten, 16.400.000 bindweefsel letsels worden gerapporteerd elk jaar4 en rekening voor 30% van alle letsel-gerelateerde Arts Office bezoeken3,5,6,7, 8. De meest getroffen sites zijn de rotator cuff, Achilles pees en Patellaire pees9. Hoewel er een verscheidenheid aan niet-operatieve en operatieve behandelingen zijn onderzocht, met inbegrip van anti-inflammatoire geneesmiddelen, revalidatie, en chirurgische reparatie, uitkomsten blijven slecht, met beperkte terugkeer naar functie en hoge percentages van falen5, 6. Deze slechte klinische uitkomsten hebben fundamentele en translationele studies gemotiveerd om de tendinopathie te begrijpen en nieuwe behandelings benaderingen te ontwikkelen.

Trek-biomechanische eigenschappen zijn de primaire kwantitatieve uitkomsten die de functie pees definiëren. Daarom, laboratorium karakterisatie van tendinopathie en werkzaamheid van de behandeling moet een rigoureuze testen van pees treksterkte eigenschappen omvatten. Talrijke studies hebben methoden beschreven om de biomechanische eigenschappen van pezen te bepalen van diermodellen zoals ratten, schapen, honden en konijnen10,11,12. Echter, weinig studies hebben getest de biomechanische eigenschappen van Murine pezen, voornamelijk te wijten aan de moeilijkheden in het aangrijpend van de kleine weefsels voor trekproeven. Zoals Murine modellen hebben tal van voordelen voor mechanistisch bestuderen tendinopathie, met inbegrip van genetische manipulatie, uitgebreide reagens opties, en lage kosten, ontwikkeling van nauwkeurige en efficiënte methoden voor biomechanisch testen van muriene weefsels is nodig.

Om de mechanische eigenschappen van pezen goed te testen, moet het weefsel effectief worden vastgedraaid, zonder uitglijden of artifeitelijke scheuren in de grip-interface of breken van de groei plaat. In veel gevallen, met name voor korte pezen, wordt het bot aan de ene kant vastgedraaid en wordt de pees aan het andere uiteinde vastgedraaid. Botten worden meestal vastgezet door ze in te sluiten in materialen zoals epoxy hars13 en polymethylmethacrylaat14,15. Pezen worden vaak geplaatst tussen twee lagen schuurpapier, gelijmd met cyanoacrylaat, en beveiligd met behulp van compressie klemmen (als de dwarsdoorsnede plat is) of in een bevroren medium (als de dwarsdoorsnede groot is)15,16,17 . Deze methoden zijn toegepast op biomechanisch testen van muriene pezen, maar uitdagingen ontstaan door de geringe omvang van de specimens en de conformiteit van de groei plaat, die nooit18verbeert. Bijvoorbeeld, de diameter van de Murine Opperarm hoofd is slechts een paar millimeter, waardoor het aangrijpend maken van het bot moeilijk. Specifiek, trekproeven van Murine supraspinatus pees-to-Bone monsters vaak resulteert in falen op de groei plaat in plaats van in de pees of op de pees enthesis. Op dezelfde manier is biomechanisch testen van de Achilles pees een uitdaging. Hoewel de Achilles pees groter is dan andere muriene pezen, is de calcaneus klein, waardoor het moeilijk is om dit bot aan te grijpen. Het bot kan worden verwijderd, gevolgd door het aangrijpend van de twee pees uiteinden; Dit verzet zich echter tegen het testen van de Tendon-naar-bot-bevestiging. Andere groepen melden aangrijpend de calcaneus Bone met behulp van op maat gemaakte armaturen19,20, verankering door klemmen21, fixeren in zelfuithardende kunststof cement22 of met behulp van een conische vorm sleuf22, maar deze eerdere methoden blijven beperkt door de lage reproduceerbaarheid, hoge grijp insufficiëntie en vervelende voorbereidings vereisten.

Het doel van de huidige studie was het ontwikkelen van een nauwkeurige en efficiënte methode voor het testen van Trek-biomechanisch onderzoek van muriene pezen, gericht op de supraspinatus en Achilles pezen als voorbeelden. Met behulp van een combinatie van 3D-reconstructies van native Bone anatomie, solid modeling, en additieve productie, werd een nieuwe methode ontwikkeld om grip te hebben op de botten. Deze armaturen effectief beveiligd de botten, voorkomen groei plaat falen, verminderde preparaat voorbereidingstijd, en verhoogde testen reproduceerbaarheid. De nieuwe methode is gemakkelijk aanpasbaar om andere muriene pezen te testen, evenals pezen bij ratten en andere dieren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Dierstudies werden goedgekeurd door het institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité van Columbia University. Muizen die in deze studie werden gebruikt, waren van een C57BL/6J-achtergrond en werden gekocht bij het Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA). Ze werden ondergebracht in pathogeen-vrije barrière omstandigheden en werden voorzien van voedsel en water ad libitum.

1. ontwikkeling van Custom-Fit 3D gedrukte armaturen voor aangrijpend bot

  1. Bone Image Acquisition en 3D Bone modelbouw
    1. Ontleden het bot van belang in voorbereiding voor 3D-model creatie en 3D-botgrip afdrukken; de opperarmbeen en de calcaneus worden als voorbeeld gebruikt in het huidige protocol.
      Opmerking: gedetailleerde instructies voor het ontleden van bot-pees-spier monsters voor mechanische testen zijn beschikbaar in stap 2.1.1. De volgende stappen moeten worden gevolgd om bones te isoleren met het oog op het maken van 3D-gedrukte Bone grips.
      1. Dissectie van de opperarmbeen: Euthanize een muis per door IACUC goedgekeurde procedure. Verwijder de bovenste extremiteiten huid, verwijder alle spieren over de opperarmbeen, Verduidelijk de elleboog en glenohumeral gewrichten, en verwijder voorzichtig alle bindweefsels gehecht aan de opperarmbeen.
      2. Dissectie van de calcaneus: Euthanize een muis per door IACUC goedgekeurde procedure. Verwijder de huid van de onderste ledematen, Verduidelijk de Achilles pees-calcaneus gewricht en gewrichten tussen calcaneus en andere voet botten, en verwijder voorzichtig alle bindweefsels die aan de calcaneus zijn gehecht.
    2. Voer een microcomputer tomografie scan van het hele bot uit, bijvoorbeeld scan de monsters van de opperarmbeen en calcaneus.
      Opmerking: afhankelijk van de gebruikte scanner zullen de instellingen verschillend zijn. Voor de scanner gebruikt in de huidige studie (tabel van de materialen), de aanbevolen instellingen zijn: scan op een energie van 55 KVP, al 0,25 filter, bij een resolutie van 6 μm.
      1. Meng agarose poeder in ultrapuur water en magnetron voor 1-3 min totdat de agarose volledig is opgelost. Het is nuttig om te magnetron voor 30-45 s, stop en Swirl, en dan verder naar de kook. Vul cryotubes tot driekwart vol met agarose. Laat de agarose afkoelen voor ongeveer 5-10 min.
      2. Steek bot in de agarose-gel (dit voorkomt bewegings artefacten tijdens het scannen). Plaats een cryotube met bone in de scanner.
        Opmerking: voor de scanner die in het huidige onderzoek wordt gebruikt, werd voor alle scans een automatische monsterwisselaar met 16 standen gebruikt. Deze scanner kan automatisch de vergroting selecteren op basis van de grootte en vorm van een sample.
    3. Reconstrueren microcomputer tomografie scan projectie beelden in dwarsdoorsnede afbeeldingen. Gebruik de aanbevolen parameters voor de scanner/software combinatie van de experimenteerder.
      Opmerking: voor het programma gebruikt in de huidige studie (tabel van de materialen) is het raadzaam om de volgende reconstructie parameters te gebruiken: vloeiend maken: 0-2, Beam verharding correctie: 45, ring artefact reductie: 4-9 en om segmenten te reconstrueren in 16-bits TIFF Formaat.
    4. Creëer een 3D-model en sla het op in een standaard STL-formaat dat compatibel is met de meeste 3D-printers en Rapid prototyping. Voor het programma dat wordt gebruikt in de huidige studie (tabel met materialen), doet u het volgende:
      1. Selecteer het opdracht bestand > openen om de bestandsgegevensset te openen. Open het dialoogvenster bestand > Voorkeuren en selecteer het tabblad Geavanceerd .
      2. Gebruik het algoritme voor adaptieve rendering om de 3D-modellen te construeren. Dit algoritme minimaliseert het aantal facet driehoeken en biedt soepeler oppervlak details. Gebruik 10 als de parameter plaats; Deze parameter definieert de afstand in pixels tot het naburige punt dat wordt gebruikt om de objectrand te vinden. Minimaliseer tolerantie tot 0,1 om de bestandsgrootte te verkleinen.
        Opmerking: na het openen van de gegevensset worden de afbeeldingen weergegeven op de pagina ' RAW images '.
      3. Als u het volume van de interesse (VOI) wilt opgeven, selecteert u handmatig twee afbeeldingen die u wilt instellen als de boven-en onderkant van het geselecteerde VOI-bereik.
      4. Ga naar de tweede pagina, regio van belang. Selecteer handmatig het interessegebied op een enkele doorsnede afbeelding.
        Opmerking: het geselecteerde gebied wordt rood gemarkeerd (d.w.z. het dwarsdoorsnede gebied van de opperarmbeen).
      5. Herhaal de vorige stap elke 10 – 15 doorsnede afbeeldingen.
      6. Naar de derde pagina binaire selectiegaan. Klik in het menu histogram op van gegevensset. De histogram verdeling van de helderheid van alle afbeeldingen van de gegevensset wordt weergegeven. Klik ook in het menu histogram op het menu een 3D-model bestand maken .
    5. Sla een 3D-model van de bone op in STL-bestandsindeling.
    6. Verfijn het gaas: manipuleer het gaas om de grootte van het STL-bestand te verkleinen en het compatibel te maken met elk solide modellerings computerondersteund ontwerpprogramma. Voor het programma gebruikt in de huidige studie (tabel van de materialen), volg de onderstaande stappen:
      1. Importeer mesh en Selecteer alles om te bewerken. Kies verkleinen uit de toolset bewerken. Selecteer vervolgens driehoekje budget uit de toolset verkleinen doel. Verminder het aantal Tri en accepteer wijzigingen. Sla het nieuw gereduceerde bestand opnieuw op in STL-indeling door exporteren als te kiezen...
  2. Ontwerp van Custom-Fit Bone armaturen
    1. Supraspinatus pees-humeral Bone
      1. Gebruik een solid modeling computer-aided design programma om een Custom-Fit model van opperarmbeen grijp armatuur (afbeelding 1, aanvullende bestanden) te maken.
        Opmerking: het programma dat wordt gebruikt in de huidige studie wordt vermeld in de tabel met materialen.
      2. Open het STL-formaat bestand van de opperarmbeen bone in een solide modellerings programma en sla het op als een onderdeel bestand.
        Opmerking: voor de software die wordt gebruikt in de huidige studie (tabel met materialen), werd het 3D Bone-object opgeslagen in de sldprt-indeling.
      3. Open het onderdeel bestand en maak handmatig drie anatomisch relevante vlakken (d.w.z. Sagittaal, coronal, dwarse).
        1. Handmatig definiëren het sagittale vlak te snijden door de supraspinatus pees gehechtheid op de grotere tuberosity. Zorg ervoor dat het 3D-blok het sagittale-vlak als een vlak van symmetrie bevat. Om dit te bereiken, voeg of snijd materiaal uit het blok indien nodig.
          Let op: dit vlak van symmetrie zorgt ervoor dat wanneer het preparaat in de armaturen wordt gestoken de pees en pees gehechtheid zich in de centrale as van de fixture bevinden.
      4. Meet de afmetingen van het bot langs elk van de drie vlakken (d.w.z. hoogte, breedte, lengte).
      5. Meet de afmetingen van de mechanische test handvatten waar de 3D printed fixture wordt bevestigd.
      6. Begin met het ontwerpen van een massief blok deel (bijv. een vaste cilinder).
        1. Zorg ervoor dat elke afmeting van het blok minstens 5 mm groter is dan de afmetingen van de opperarmbeen.
        2. Rekening voorontwerp beperkingen van mechanische test grepen (dat wil zeggen, zorg ervoor dat de 3D-gedrukte armatuur kan worden geassembleerd en gedemonteerd vrij in de mechanische test grepen).
      7. Maak een assemblage model met twee componenten: het massieve blok en ofwel het rechter-of linkerhumerus-bot. Definieer de oriëntatie van het bot binnen het blok (d.w.z. de hoek tussen de pees en het bot). Zorg ervoor dat het gehele botvolume in het blok past.
      8. Maak een holte in het blok met behulp van het opperarmbeen-bot als de mal. Als u de software gebruikt die is opgegeven in de tabel met materialen, voert u de volgende stappen uit:
        1. Plaats het ontwerpgedeelte (humerus) en de schimmel bodem (cilinderblok) in een tussentijdse assemblage. Selecteer in het venster assemblage het blok en klik op component bewerken op de werkbalk assemblage .
        2. Klik op > functies ≫ holte Invoegen . Selecteer Uniform schalen en voer 0% in als de waarde die in alle richtingen moet worden geschaald.
      9. Het botgedeelte onderdrukken en de assembly als een onderdeel opslaan.
      10. Open deel (cilinder met holte). Snijd het deel langs het sagittale vlak om twee symmetrische componenten te maken die in het bot anterieure en posteriorly passen (bijv. twee halve cilinders, zoals te zien in Figuur 1).
        Opmerking: twee componenten zijn ontworpen die passen op het bot anterieure en posteriorly. De voorste component bevat een halve bolvormige holte die is verlengd van de voorste kant van de Opperarm Head tot de supraspinatus pees gehechtheid. De posterieure component holte wordt gevormd als het achterste deel van de opperarmbeen (d.w.z. achterste zijde van de Opperarm Head, deltoïde tuberosity en mediale en laterale epicondyle).
      11. Sla elk onderdeel op als een afzonderlijk bestands onderdeel.
      12. Voor de voorste component, zorg ervoor dat de Opperarm hoofd is ingebed in de holte van het deel door het definiëren van de juiste toleranties.
        Opmerking: in de huidige studie, met behulp van de software die is opgegeven in de tabel van de materialen, wordt voorgesteld om de onderstaande stappen te volgen:
        1. Creëer een draaide om Cut om de mesh-geometrie van de holte glad te strijken. Creëer een schets voor de snede door de geometrie van de holte te emuleren en een locationele speling toe te voegen.
          Opmerking: de klaring zorgt voor een vrije montage en demontage tussen het bot en de voorste component.
      13. Pas de achterste component aan om de holte geometrie te imiteren om een snede te maken die speling toevoegt, zoals hierboven beschreven voor de voorste component.
      14. Maak een snede in het dwarsvlak vanaf de bovenzijde van de achterste component tot aan de bovenkant van de grotere/kleine tubercle.
        Opmerking: zoals te zien is in Figuur 1 en Figuur 2, bevat de posterieure component een snede die een opening op de pees gehechtheid creëert.
      15. Creëer een nauwsluitende pasvorm tussen de twee componenten om gratis montage en demontage mogelijk te maken.
        Opmerking: voor de armaturen in de huidige studie is een gat-schacht pasvorm met een loszittende speling gemaakt.
      16. Maak 3D-spiegel modellen voor elk onderdeel van de fixture voor de tegenovergestelde ledemaat (d.w.z. links of rechts).
      17. Voeg een etch toe aan de onderkant van de armaturen om onderscheid te maken tussen de linker-en rechterkant.
      18. Sla alle fixture-onderdelen op in STL-standaard bestandsformaat in voorbereiding op 3D-printen.
    2. Achilles pees-calcaneus Bone
      1. Volg dezelfde stappen als hierboven beschreven voor supraspinatus-humeral Head fixture.
        Opmerking: er is slechts één set armaturen nodig voor de Achilles-calcaneal, omdat de anatomie van de linker en rechter calcaneus botten bijna symmetrisch is.

2. biomechanische beproeving van muriene pezen

  1. Preparaat-en transversale oppervlakte-meting
    1. Dissect de spier-pees-bot van belang in voorbereiding voor treksterkte mechanische testen. In de huidige studie, supraspinatus spier-pees-opperarmbeen bot specimens (n = 10, 5 mannetje, 5 vrouwelijk) en gastrocnemius spier-Achilles pees-calcaneus bot specimens (n = 12, 6 man, 6 vrouwelijk) werden geïsoleerd van 8 week oude C57BL/6j muizen.
      1. Dissectie van de spier van de supraspinatus-pees-opperarmbeen-botspecimen
        1. Euthanize een muis per door IACUC goedgekeurde procedure. Plaats de muis in een liggende positie. Maak een incisie in de huid van boven de elleboog van de voorpoot naar de schouder.
        2. Verwijder voorzichtig de huid met botte dissectie zodat de spier massa van de schouder zichtbaar is. Verwijder het weefsel rondom de opperarmbeen totdat het bot wordt blootgesteld en veilig kan worden vastgehouden met een tang.
        3. Houd de Opperarm met een tang en verwijder voorzichtig de deltoïde en trapezius spieren om de coracoacromiale boog bloot te leggen. Identificeer het acromioclaviculaire gewricht en scheid de sleutelbeen van de acromion zorgvuldig met een scalpel blad.
        4. Zorg dat u de supraspinatus pees en de Bony-gehechtheid niet beschadigt, verwijder de spier uit de scapulaire bevestiging met een scalpel-blad. Het verzorgen van het niet beschadigen van de supraspinatus pees en zijn Bony gehechtheid, loskoppelen van de Opperarm hoofd van de glenoid; met behulp van een scalpel blad, Lacerate de gewrichtscapsule en de infraspinatus, subscapularis, en teres kleine pezen.
        5. Vergeleer het ellebooggewricht om de Opperarm te scheiden van de ellepijp Spaak en de straal. Isoleer de opperarmbeen-supraspinatus pees-spier preparaat en reinig de overtollige zachte weefsels op de opperarmbeen en het Opperarm hoofd.
      2. Dissectie van het Achilles pees-calcaneus-botmonster
        1. Euthanize een muis per door IACUC goedgekeurde procedure. Plaats de muis in een liggende positie. Zorg dat u de Achilles pees en de Bony gehechtheid niet beschadigt, verwijder de huid met botte dissectie zodat de spier massa rond de enkel en kniegewrichten wordt blootgesteld.
        2. Met behulp van een scalpel blad, beginnend bij de Achilles pees-calcaneus gehechtheid, voorzichtig loskoppelen van de gastrocnemius spier uit de proximale bijlagen.
        3. Zorgvuldig verwoorden de calcaneus van de verschillende aangrenzende botten. Isoleer de Achilles pees-calcaneus specimen en reinig de overtollige zachte weefsels.
    2. Bepaal het transversale gebied van de pees met behulp van microcomputer tomografie.
      Opmerking: voor de scanner gebruikt in de huidige studie (tabel van de materialen), de aanbevolen instellingen zijn: scan op een energie van 55 KVP, al 0,25 filter, bij een resolutie van 5 μm.
      1. Meng agarose poeder in ultrapuur water en magnetron voor 1-3 min totdat de agarose volledig is opgelost. Het is nuttig om te magnetron voor 30-45 s, stop en Swirl, en dan verder naar de kook. Vul cryotubes tot driekwart vol met agarose. Laat de agarose afkoelen voor ongeveer 5-10 min.
      2. Het preparaat in de cryotube opschorten door het bot ondersteboven te plaatsen.
        Opmerking: alleen het bot moet in de agarose-gel staan. De pees en spier moeten buiten worden opgehangen.
    3. Na de scan, voorzichtig verwijderen spier van pees met behulp van scalpel Blade. Steek het preparaat in de 3D-geprinte armatuur.
      Opmerking: de handvatten zijn herbruikbaar voor elke test. Gebruik geen lijm of epoxy in de armatuur; het bot wordt in een pers pasvorm gehouden.
    4. Plaats en lijm de pees tussen een gevouwen dun tissuepapier (2 cm x 1 cm) en klem de constructie met behulp van dunne film grepen. Bevestig het 3D-geprinte armatuur met het preparaat in de test grepen.
    5. Steek het monster en de handvatten in een testbad met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) bij 37 °C (d.w.z. de lichaamstemperatuur van de muis23).
  2. Trekproeven
    1. Voer treksterkte mechanische test op een materiaal test frame.
      Opmerking: voor het test frame dat wordt gebruikt in de huidige studie (tabel met materialen), is het aanbevolen Protocol:
      1. Definieer de lengte van de gauge als de afstand van de pees gehechtheid aan de bovenste greep.
      2. Voorwaarde met 5 cycli tussen 0,05 N en 0,2 N.
      3. Hold voor 120 s.
      4. Gebruik een spanning tot falen van 0,2%/s.
    2. Gegevens over de belasting vervorming verzamelen.
    3. Bereken de stam als de verplaatsing ten opzichte van de initiële ijklengte van de pees.
    4. Bereken de spanning als de kracht gedeeld door de initiële pees dwarsdoorsnede gebied (gemeten vanuit microCT).
    5. Als u geïnteresseerd in visco-elastisch gedrag, voer een stress ontspanning voorafgaand aan de spannings test te falen en gebruik de gegevens voor het berekenen van parameters zoals A, B, C, tau1, en tau2 van de quasilinear visco-elastisch model24.
    6. Bereken de stijfheid (helling van het lineaire gedeelte van de curve), de maximale kracht en het te leveren werk (het gebied onder de curve tot de opbrengst kracht) van de belastingvervormings curve.
      1. Identificeer het lineaire gedeelte door een venster met punten in de belastingvervormings curve te kiezen die de R2 -waarde maximaliseert voor een lineaire kleinste kwadraten regressie25.
      2. Bepaal de stijfheid als de helling van het lineaire gedeelte van de belastingverschuivings curve25,26.
    7. Bereken vanuit de spannings stam curve de modulus (helling van het lineaire gedeelte van de curve), de sterkte (maximale spanning) en de veerkracht (gebied onder de curve tot het leveren van stress).
      Opmerking: met het RANSAC-algoritme wordt de opbrengst spanning (x-waarde) gedefinieerd als het eerste punt wanneer de y-Fit meer dan 0,5% van de verwachte stress waarde (y-waarde) heeft afgeweken. Opbrengst spanning is de corresponderende y-waarde van de opbrengst stam.
      Opmerking: in aanvulling op de monotone treksterkte belasting op falen beschreven in de huidige studie, cyclische belasting kan belangrijke informatie over pees vermoeidheid en/of visco-elastische eigenschappen bieden. Bijvoorbeeld, Freedman et al. gerapporteerde Vermoeidheids eigenschappen van de Murine Achilles pedons27.
    8. Na voltooiing van de trekproef, voer een microcomputer tomografie scan van het hele bot, bijvoorbeeld, scan de opperarmbeen en calcaneus monsters.
      Opmerking: voor de scanner gebruikt in de huidige studie (tabel van de materialen), de aanbevolen instellingen zijn: scan op een energie van 55 KVP, al 0,25 filter, bij een resolutie van 6 μm.
      1. Herhaal de stappen 1.1.2.1 – 1.1.2.2.
    9. Herhaal stap 1.1.3.
    10. Gebruik een 3D-visualisatieprogramma dat compatibel is met de scanner om een door het volume gerenderd 3D-model van het gescande object te maken.
      Opmerking: het programma dat wordt gebruikt in de huidige studie wordt vermeld in de tabel met materialen.
    11. Bepaal het gebied foutmodus en fout site door het 3D-object te inspecteren.
  3. Statistische analyse: Toon alle sample resultaten als gemiddelde ± standaarddeviatie (SD). Maak vergelijkingen tussen groepen met behulp van de t-tests van studenten (tweezijdige en ongepaarde). Stel significantie in als p < 0,05.
    Opmerking: de statistische software die in de huidige studie wordt gebruikt, wordt vermeld in de tabel met materialen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

3D-gedrukte armaturen werden gebruikt voor het testen van 8 weken oude Murine supraspinatus en Achilles pezen. Alle mechanisch geteste monsters mislukten bij de enthesis, zoals gekarakteriseerd door microCT-scans, visuele inspectie en video analyse na trekproeven. Een een-op-een vergelijking van de vorige en huidige methoden voor supraspinatus pees testen in ons laboratorium is weergegeven in Figuur 3. In de vorige methode28,29,...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Murine diermodellen worden vaak gebruikt voor het bestuderen van pees aandoeningen, maar karakterisering van hun mechanische eigenschappen is uitdagend en ongewoon in de literatuur. Het doel van dit protocol is het beschrijven van een tijd efficiënte en reproduceerbare methode voor het testen van de trek van muriene pezen. De nieuwe methoden verkort de tijd die nodig is om een monster te testen van uren tot minuten en elimineerde een belangrijk aangrijpend artefact dat een veelvoorkomend probleem was in eerdere methoden....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De studie werd ondersteund door de NIH/NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
AgaroseFisher ScientificBP160-100Los 1g in 100 ml ultrazuiver water op om 1% agarose  te maken
Bruker microCT Bruker BioSpin CorpSkyscan 1272 Gebruikt door auteurs
ElectroForce TA Instruments3200Testplatform
Ethanol 200 ProofFisher ScientificA4094Verdun tot 70% en gebruik zoals aangegeven in het protocol
Bevestiging voor gripsOp maat gemaaktGebruikt door auteurs
KimwipesKimberly-Clark S-8115Zoals aangegeven in het protocol
MicroCT CT-Analyser (Ctan)Bruker BioSpin CorpGebruikt door auteurs voor het visualiseren en analyseren van micro-CT-scans 
MilliQ water (Ultrazuiver water)Millipore SigmaQGARD00R1 (of verwante zuiveringsapparatuur)100 ml 
MeshmixerAutodeskhttp://www.meshmixer.com/Gratis engineeringsoftware gebruikt door auteurs om mesh te verfijnen
Objet EDEN 260VS Stratasys LTDPrecisieprototype
Objet StudioStratasys LTDGebruikt door auteurs met 3D-printer
PBS - Phosphate-Buffered SalineThermoFisher Scientific100100312,5 L van 10% PBS 
S&T ForcepsFine Science Tools00108-11Gebruikt door auteurs
Scalpelblad - #11Fine Science Tools10011-00Gebruikt door auteurs
Scalpelgreep - #3Fine Science Tools10003-12Gebruikt door auteurs
SkyScan 1272Bruker BioSpin CorpGebruikt door auteurs voor het visualiseren en analyseren van micro-CT-scans 
Skyscan CT-VoxBruker BioSpin CorpGebruikt door auteurs voor het visualiseren en analyseren van micro-CT-scans 
SkyScan NReconBruker BioSpin CorpGebruikt door auteurs voor het visualiseren en analyseren van micro-CT-scans 
SolidWorks CADDassault SystèmesSolidWorks Research SubscriptionSolid modeling computer-aided design gebruikt door auteurs
SuperlijmLoctite234790Zoals aangegeven in het protocol
TestbadOp maat gemaaktGebruikt door auteurs
Grip voor dunne films Op maat gemaaktGebruikt door auteurs
VeroWhitePlusStratasys LTDNA3D-printmateriaal gebruikt door auteurs
WinTest WinTest SoftwareGebruikt door auteurs om gegevens te verzamelen

Referenties

  1. Girish, N., Ramachandra, K., Arun, G. M., Asha, K. Prevalence of Musculoskeletal Disorders Among Cashew Factory Workers. Archives of Environmental & Occupational Health. 67, 37-42 (2012).
  2. Thomopoulos, S., Parks, W. C., Rifkin, D. B., Derwin, K. A. Mechanisms of tendon injury and repair. Journal of Orthopaedic Research. 33, 832-839 (2016).
  3. Scott, A., Ashe, M. C. Common Tendinopathies in the Upper and Lower Extremities. Current Sports Medicine Reports. 5, 233-241 (2006).
  4. Praemer, A., Furner, S., Rice, D. P. Musculoskeletal Conditions in the United States. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , (1992).
  5. Nourissat, G., Berenbaum, F., Duprez, D. Tendon injury: From biology to tendon repair. Nature Reviews Rheumatology. 11, 223-233 (2015).
  6. Galatz, L. M., Ball, C. M., Teefey, S. A., Middleton, W. D., Yamaguchi, K. The outcome and repair integrity of completely arthroscopically repaired large and massive rotator cuff tears. The Journal of Bone and Joint Surgery. 86, 219-224 (2004).
  7. Sher, J. S., Uribe, J. W., Posada, A., Murphy, B. J., Zlatkin, M. B. Abnormal findings on magnetic resonance images of asymptomatic shoulders. The Journal of Bone and Joint Surgery. 77, 10-15 (1995).
  8. Ker, R. F., Wang, X. T., Pike, A. V. Fatigue quality of mammalian tendons. The Journal of Experimental Biology. 203, 1317-1327 (2000).
  9. Wilson, J. J., Best, T. M. Common overuse tendon problems: A review and recommendations for treatment. American Family Physician. 72, 811-818 (2005).
  10. Fleischer, J., et al. Biomechanical strength and failure mechanism of different tubercula refixation methods within the framework of an arthroplasty for shoulder fracture. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 103, 165-169 (2017).
  11. West, J. R., Juncosa, N., Galloway, M. T., Boivin, G. P., Butler, D. L. Characterization of in vivo Achilles tendon forces in rabbits during treadmill locomotion at varying speeds and inclinations. Journal of Biomechanics. 37, 1647-1653 (2004).
  12. Cavinatto, L., et al. Early versus late repair of rotator cuff tears in rats. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 27, 606-613 (2018).
  13. Potter, R., Havlioglu, N., Thomopoulos, S. The developing shoulder has a limited capacity to recover after a short duration of neonatal paralysis. Journal of Biomechanics. 47, 2314-2320 (2014).
  14. Connizzo, B. K., Sarver, J. J., Iozzo, R. V., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Effect of Age and Proteoglycan Deficiency on Collagen Fiber Re-Alignment and Mechanical Properties in Mouse Supraspinatus Tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 135, 021019(2013).
  15. Beason, D. P., et al. Hypercholesterolemia increases supraspinatus tendon stiffness and elastic modulus across multiple species. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, 681-686 (2013).
  16. Miller, K. S., Connizzo, B. K., Soslowsky, L. J. Collagen fiber re-alignment in a neonatal developmental mouse supraspinatus tendon model. Annals of Biomedical Engineering. 40, 1102-1110 (2012).
  17. Cong, G. T., et al. Evaluating the role of subacromial impingement in rotator cuff tendinopathy: Development and analysis of a novel murine model. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2780-2788 (2018).
  18. Thomopoulos, S., Birman, V., Genin, G. M. Structural Interfaces and Attachments in Biology. Infection and Immunity. 35, Springer. (2013).
  19. Boivin, G. P., et al. Biomechanical properties and histology of db/db diabetic mouse Achilles tendon. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 4, 280-284 (2014).
  20. Ansorge, H. L., Adams, S., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Mechanical, Compositional, and Structural Properties of the Post-natal Mouse Achilles Tendon. Annals of Biomedical Engineering. 39, 1904-1913 (2011).
  21. Shu, C. C., Smith, M. M., Appleyard, R. C., Little, C. B., Melrose, J. Achilles and tail tendons of perlecan exon 3 null heparan sulphate deficient mice display surprising improvement in tendon tensile properties and altered collagen fibril organisation compared to C57BL/6 wild type mice. PeerJ. 6, 5120(2018).
  22. Probst, A., et al. A new clamping technique for biomechanical testing of tendons in small animals. Journal of Investigative Surgery. 13, 313-318 (2000).
  23. Talan, M. Body temperature of C57BL/6J mice with age. Experimental Gerontology. 19, 25-29 (1984).
  24. Newton, M. D., et al. The influence of testing angle on the biomechanical properties of the rat supraspinatus tendon. Journal of Biomechanics. 49, 4159-4163 (2016).
  25. Schwartz, A. G., Lipner, J. H., Pasteris, J. D., Genin, G. M., Thomopoulos, S. Muscle loading is necessary for the formation of a functional tendon enthesis. Bone. 55, 44-51 (2014).
  26. Gimbel, J. A., Van Kleunen, J. P., Williams, G. R., Thomopoulos, S., Soslowsky, L. J. Long durations of immobilization in the rat result in enhanced mechanical properties of the healing supraspinatus tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 129, 400-404 (2006).
  27. Freedman, B. R., Sarver, J. J., Buckley, M. R., Voleti, P. B., Soslowsky, L. J. Biomechanical and structural response of healing Achilles tendon to fatigue loading following acute injury. Journal of Biomechanics. 47, 2028-2034 (2014).
  28. Deymier, A. C., et al. The multiscale structural and mechanical effects of mouse supraspinatus muscle unloading on the mature enthesis. Acta Biomaterialia. 83, 302-313 (2019).
  29. Killian, M. L., Thomopoulos, S. Scleraxis is required for the development of a functional tendon enthesis. FASEB Journal. 30, 301-311 (2016).
  30. Schwartz, A. G., Long, F., Thomopoulos, S. Enthesis fibrocartilage cells originate from a population of Hedgehog-responsive cells modulated by the loading environment. Development. 142, 196-206 (2015).
  31. Bell, R., Taub, P., Cagle, P., Flatow, E. L., Andarawis-Puri, N. Development of a mouse model of supraspinatus tendon insertion site healing. Journal of Orthopaedic Research. 33, 25-32 (2014).
  32. Connizzo, B. K., Bhatt, P. R., Liechty, K. W., Soslowsky, L. J. Diabetes Alters Mechanical Properties and Collagen Fiber Re-Alignment in Multiple Mouse Tendons. Annals of Biomedical Engineering. 42, 1880-1888 (2014).
  33. Eekhoff, J. D., et al. Functionally Distinct Tendons From Elastin Haploinsufficient Mice Exhibit Mild Stiffening and Tendon-Specific Structural Alteration. Journal of Biomechanical Engineering. 139, 111003(2017).
  34. Mikic, B., Bierwert, L., Tsou, D. Achilles tendon characterization in GDF-7 deficient mice. Journal of Orthopaedic Research. 24, 831-841 (2006).
  35. Sikes, K. J., et al. Knockout of hyaluronan synthase 1, but not 3, impairs formation of the retrocalcaneal bursa. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2622-2632 (2018).
  36. Wang, V. M., Banack, T. M., Tsai, C. W., Flatow, E. L., Jepsen, K. J. Variability in tendon and knee joint biomechanics among inbred mouse strains. Journal of Orthopaedic Research. 24, 1200-1207 (2006).
  37. Wang, V. M., et al. Murine tendon function is adversely affected by aggrecan accumulation due to the knockout of ADAMTS5. Journal of Orthopaedic Research. 30, 620-626 (2011).
  38. Zhang, K., et al. Tendon mineralization is progressive and associated with deterioration of tendon biomechanical properties, and requires BMP-Smad signaling in the mouse Achilles tendon injury model. Matrix Biology. 52-54, 315-324 (2016).
  39. Rooney, S. I., et al. Ibuprofen differentially affects supraspinatus muscle and tendon adaptations to exercise in a rat model. American Journal of Sports Medicine. 44, 2237-2245 (2016).
  40. Galasso, O., et al. Quality of Life and Functional Results of Arthroscopic Partial Repair of Irreparable Rotator Cuff Tears. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 33, 261-268 (2017).
  41. Sarver, D. C., et al. Sex differences in tendon structure and function. Journal of Orthopaedic Research. 35, 2117-2126 (2017).
  42. Razmjou, H., et al. Disability and satisfaction after Rotator Cuff decompression or repair: A sex and gender analysis. BMC Musculoskeletal Disorders. 12, 66(2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Muizpezen3D geprinte armaturenmechanische eigenschappen van pezenmicro computertomografiem supraspinatus peesachillespeesop maat gemaakte armaturentrekproevenfalen van de groeischijf
Biomechanische beproeving van Muriene pezen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.