Het huidige protocol beschrijft een wrijvingstestapparaat dat gelijktijdige wederzijdse glij- en normale belasting toepast op twee contacterende biologische tegenfronten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een wrijvingstest-bioreactorapparaat voor de studie van synoviale gewrichtsbiomechanica, mechanobiologie en fysische regulatie
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Bij primaire artrose (OA) remt normale 'slijtage' geassocieerd met veroudering het vermogen van kraakbeen om zijn dragende en smerende functies te behouden, waardoor een schadelijke fysieke omgeving wordt bevorderd. De wrijvingsinteracties van gewrichtskraakbeen en synovium kunnen de cohomeostase beïnvloeden door slijtage op weefselniveau en cellulaire mechanotransductie. Om deze mechanische en mechanobiologische processen te bestuderen, wordt een apparaat beschreven dat in staat is om de beweging van het gewricht te repliceren. Het wrijvingstestapparaat regelt de levering van wederzijdse translatiebeweging en normale belasting naar twee contacterende biologische tegenvlakken. Deze studie hanteert een synovium-op-kraakbeenconfiguratie en wrijvingscoëfficiëntmetingen worden gepresenteerd voor tests die worden uitgevoerd in een fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS) of synoviale vloeistof (SF) bad. De tests werden uitgevoerd voor een reeks contactspanningen, waarbij de smerende eigenschappen van SF onder hoge belastingen werden benadrukt. Dit wrijvingstestapparaat kan worden gebruikt als een biomimetische bioreactor voor het bestuderen van de fysieke regulatie van levende gewrichtsweefsels als reactie op toegepaste fysiologische belasting geassocieerd met diarthrodiale gewrichtsarticulatie.
Inleiding
Artrose (OA) is een slopende, degeneratieve gewrichtsziekte die meer dan 32 miljoen Amerikaanse volwassenen treft, met een gezondheidszorg en sociaaleconomische kosten van meer dan $ 16,5 miljard1. De ziekte is klassiek gekenmerkt door de afbraak van gewrichtskraakbeen en subchondraal bot; veranderingen in het synovium hebben echter onlangs waardering gekregen omdat synovitis is gekoppeld aan OA-symptomen en progressie 2,3,4. Bij primaire (idiopathische) artrose remt normale 'slijtage' geassocieerd met veroudering het vermogen van kraakbeen om zijn dra....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Voor dit onderzoek werden juveniele runderkniegewrichten, verkregen uit een lokaal slachthuis, gebruikt. Studies met dergelijke monsters van rundermonsters zijn vrijgesteld van Columbia Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
1. Het ontwerpen van het wrijvingstestapparaat
OPMERKING: Een schematische weergave van de wrijvingstestinrichting is weergegeven in figuur 1. Het apparaat is gebouwd op een stijve basisplaat (niet getoond), die dient als een platform voor structurele ondersteuning.
- Bevestig een stappenmotor aan de horizontale translatiefa....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een synovium-op-kraakbeenconfiguratie werd gebruikt om juveniele runderexplantaten te wrijvingstesten. Het synovium werd gemonteerd op een acryllaadplaat met een diameter van 10 mm, zodat de intimale laag in contact zou komen met het onderliggende kraakbeen. Een tibiale strip werd gebruikt als kraakbeen tegengezicht (figuur 6A). Tibiale stroken werden gesneden met een diepte van ongeveer 1,4 mm en een afmeting van 10 mm x 30 mm. De monsters werden gedurende 1 uur bij 37 °C getest in een fosf.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Er bestaat een dynamische mechanische omgeving in het gewricht, aangezien kraakbeen wordt blootgesteld aan druk-, trek- en schuifkrachten en hydrostatische en osmotische drukken44,45. Hoewel kraakbeen het belangrijkste dragende weefsel van het gewricht is, ondergaat het synovium ook wrijvingsinteracties met het kraakbeenoppervlak en met zichzelf in regio's waar het weefsel vouwt. De fysieke interacties tussen kraakbeen en synovium zijn waarschijnlijk verantwoorde.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de Orthopaedic Scientific Research Foundation, NIH 5R01 AR068133, NIH TERC 5P41EB027062 en NIGMS R01 692 GM083925 (Funder ID: 10.13039/100000057).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Aluminum foil | Reynolds Group Holdings | Reynolds Wrap | Steriele weefseloogst |
| Aluminum-framed acrylic enclosure | Op maat gemaakt | Frictietester component | |
| Autoclavable instant sealing sterilization pouches | Fisherbrand | 01-812-54 | Sterilisatie van gereedschap |
| Autoclave | Buxton | Sterilisatie van gereedschap | |
| Beaker (250 mL) | Pyrex Vista | 70000 | Weefseloogst |
| Betadine (Povidone Iodine Prep Solution) | Medline Industries, LP | MDS093906 | Steriele weefseloogst |
| Biological safety cabinet | Labconco | Purifier Logic+ Class II, Type A2 BSC | Steriele weefseloogst |
| Biospy punch | Steritool Inc. | 50162 | Weefseloogst |
| Box cutter | American Safety Razor Company | 94-120-71 | Weefseloogst |
| Circular acrylic-sillicone post (synovium) | Op maat gemaakt | Weefselmontage | |
| Culture media | Op maat gemaakt | DMEM (Cat No. 11-965-118; Gibco) aangevuld met 50 μg/mL L-proline (Cat. No. P5607; Sigma), 100 μg/mL natriumpyruvaat (Cat. No. S8636; Sigma), 1% ITS (Cat. No. 354350; Corning), en 1% antibiotic–antimycotic (Cat. No. 15-240-062, Gibco) | |
| Cyanoacrylate (Loctite 420 Clear) | Henkel | 135455 | Weefselmontage |
| Dead weights | OHAUS | Normale belasting | |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs, Inc. | 2701 | Verdunnen tot 70 % |
| Fixed base | ThorLabs, Inc. | SB1T | Frictietester component |
| Forceps (synovium harvest) | Fine Science Tools | 11019-12 | Weefseloogst |
| Forceps (synovium mounting) | Excelta | 3C-S-PI | Weefselmontage |
| Horizontal linear encoder (for translating stage) | RSF Electronics, Inc. | MSA 670.63 | Frictietester component; systeemresolutie van 1 µm |
| Hot glue gun and glue | FPC Corporation | Surebonder Pro 4000A | Weefselmontage |
| LabVIEW | National Instruments Corporation | LabVIEW 2010 | Frictietestprogramma |
| Load cell | JR3 Inc. | 20E12A-M25B | Frictietester component; 0,0019 lbs resolutie in x&y, 0,0038 lbs resolutie in z |
| Loading platen | Op maat gemaakt | Weefselmontage | |
| O-ring | Parker | S1138AS568-009 | Weefselmontage |
| Petri dish (60 mm) | Falcon | 351007 | Weefselmontage |
| PivotLok Work Positioner (tibia holder) | Industry Depot, Pivot Lok | PL325 | Weefseloogst |
| Removable base | ThorLabs, Inc. | SB1B | Frictietester component |
| Ring stand | Weefseloogst | ||
| Scalpel blades | Havel's Inc. | FSC22 | Weefseloogst |
| Scalpel handle | FEATHER Safety Razor Co., Ltd. | No. 4 | Weefseloogst |
| Screwdriver | Wera | 3334 | Weefseloogst |
| Stage | JMAR | Frictietester component | |
| Stepper motor | Oriental Motor Co., Ltd. | PK266-03B | Frictietester component |
| Suction tool | Virtual Industries, Inc. | PEN-VAC Vacuum Pen | Weefselmontage |
| Support rod | Op maat gemaakt | Weefselmontage | |
| Surgical scissors | Fine Science Tools | 14061-09 | Weefselmontage |
| Synovial fluid (bovine) | Animal Technologies, Inc. | Frictietestbad | |
| Testing bath | Op maat gemaakt | Fosfaat-gebufferd zoutwater (PBS) met proteaseremmers: 0,04% isothiazolon-gebaseerde biocide (Proclin 950 Cat. No. 46878-U; Sigma) en 0,1% proteaseremmer - 0,05 M ethyleendiaminetetraazijnzuur, EDTA (Cat. No. 0369; Sigma) | |
| Tissue culture incubator | Fisher Scientific | Isotemp | Steriele kweek |
| Vertical linear encoder (for loading stage) | Renishaw | T1031-30A | Frictietester component; 20 nm resolutie |
| Voice coil actuator | H2W Technologies | NCC20-15-027-1RC | Frictietester component |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
