$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Als belangrijk interdisciplinair onderzoeksgebied onthullen biomaterialen en biomechanica de relaties en mechanismen tussen de structuur, prestatie en functie van biomaterialen door middel van experimenteel onderzoek en theoretische analyse, die verbonden zijn met materiaalkunde, mechanica, bio-engineeren, wiskunde, enz. Om de experimentele methoden van biomaterialen en biomechanica te verbeteren, bespreekt deze JoVE-methodencollectie de overeenkomstige experimentele methoden en hun respectieve kenmerken in twee categorieën: mechanische eigenschappen van weefsels en bionische mechanica. De waarnemingen van weefselmechanica omvatten een 3D-hydrogeelrekmethode, een dubbel raster-scanning foto-akoestische methode, een detergent-vrije decellularisatiemethode van de menselijke pancreas en een ontkoppelingsmethode van trek- en schuifspanningen op buisvormige scaffolds. De waarnemingen van bionische mechanica omvatten een methode voor het verzamelen van gegevens van beweging en postural controle van de onderste ledematen voor patiënten met enkelinstabiliteit.
De effecten van mechanische kracht op organisatie omvatten voornamelijk genexpressie, celdifferentiatie, weefselremodellering1,2,3 en veranderingen in de extracellulaire matrix (ECM)4,5,6. Het begrijpen van de weefselrespons op mechanische krachten7,8,9 zal helpen bij de ontwikkeling van het gebied van weefselengineering en theoretische modellen. Kolel et al.10 stellen een methode voor voor het strekken van 3D-hydrogels, die statische of cyclische uniaxiale spanning tijdens een confocale microscoop toelaat. Ze maakten een fibrinegel met een gat van ongeveer 2 mm in diameter op 0,5 mm dikke siliconenrubberstrips, en vervolgens werd uniaxiale rekking uitgevoerd onder live confocale microscopie. Ten slotte bespreken ze de mogelijkheid om cellen in hydrogels in te bedden en ze bloot te stellen aan gecontroleerde externe rekking. Het reksysteem dat in dit protocol wordt gebruikt, bestaat uit 3D-printcomponenten en goedkope elektronische componenten. Het systeem heeft de volgende unieke kenmerken in vergelijking met andere bestaande methoden. Ten eerste staat het systeem het uniaxiale strekken van dikke 3D-zachte hydrogels toe, en heeft het hele hydrogel een Z-uniforme vervorming. Ten tweede is het vanwege de eenvoud van 3D-printen en de lage kosten van deze apparatuur gemakkelijk om dit soort rekapparatuur in andere laboratoria te bouwen. Ten derde kunnen de geometrie en grootte van het monster vrij worden bediend volgens de gebruiker. Deze methode heeft de mogelijkheid verbeterd om externe krachten op biologische processen te bestuderen onder meer fysiologische 3D-condities en heeft bijgedragen aan het gebied van weefselengineering.
Beeldvorming van kleine dieren speelt een belangrijke rol bij het begeleiden van onderzoek naar humane homologe ziekten en het zoeken naar effectieve behandelmethoden. Foto-akoestische beeldvorming (PAI) is een niet-invasieve beeldvormingstechnologie die de voordelen van optische beeldvorming en ultrasone beeldvorming combineert11,12. Yang et al.13 rapporteren een dubbel raster-scanning foto-akoestische imager (DRS-PAI), en door de akoestische koppelingsscanning van verschillende delen van muizen, worden de vasculaire beelden in WIM- en RIM-modi verzameld, respectievelijk. Het voordeel van DRS-PAI is dat WIM en RIM zijn geïntegreerd in één systeem en bieden hoog-resolutie brede veldvasculaire visualisatie van real-time bloeddynamiek. De real-time beeldvormingsmodus (RIM) kan de kenmerken van ademhaling of pols onthullen door de verplaatsing van vatgebieden langs de diepterichtlijn te meten. Bovendien kan RIM de specifieke gebied van de WIM-beelden kwantitatief meten. Door de beelden te vergelijken, kunnen de details van lokale veranderingen nauwkeurig worden onthuld. Deze methode kan gemakkelijk worden toegepast op verschillende gebieden van biomedisch basisonderzoek.
De toenemende vraag naar eilandjes stelt hogere eisen aan het isolerende eilandjes14,15,16. Tamburrini et al.17 stellen een nieuwe, detergent-vrije decellularisatiemethode voor die minder ECM-schade creëert en kritieke componenten van de pancreas-ECM kan behouden. De decellularisatiemethode vermijdt het gebruik van klassieke ionische en niet-ionische chemische detergenten. Bovendien bevordert de decellularisatie van weefsel in een orbitale vibrator veel meer dan de injectie van detergent door een vasculair systeem de eenvoud, consistentie en haalbaarheid van decellularisatietechnologie, waardoor de productie van ECM voor translatie toeneemt. Aangezien huidige acellulaire methoden niet in staat zijn om de resterende Triton X-100 op de ECM na decellularisatie te kwantificeren en de haalbaarheid van het uitbreiden van het productieproces in de cGMP-omgeving laag is, bestudeerden ze ook de haalbaarheid om decellularisatie te verkrijgen door mechanische vibratie in plaats van perfusie van de hele pancreas. Gegevens over de kwantificering van collageen en glycosaminoglycanen tonen een trend die consistent is met eerdere ervaring. Er werden enkele beperkingen gevonden door dit protocol te gebruiken. Daarom worden menselijke pancreassen van donoren met BMI <30 over het algemeen als geschikt beschouwd voor decellularisatie.
Het gebruik van absorbeerbare biomaterialen om regeneratie direct in vivo te induceren is een aantrekkelijke strategie18,19,20,21,22, maar dit soort biomateriaal kan een ontstekingsreactie veroorzaken na implantatie, wat ook de drijvende kracht is voor de daaropvolgende resorptie en regeneratie van nieuw weefsel. Zowel de ontste