Een wrijvingstest-bioreactorapparaat voor de studie van synoviale gewrichtsbiomechanica, mechanobiologie en fysische regulatie

Traditioneel hebben we de tester gebruikt om niet-levende weefsels te bestuderen om wrijvingscoëfficiënten te berekenen, maar we breiden de mogelijkheden van de tester aanzienlijk uit om levende weefsels te testen en biologische interacties te evalueren. Het wrijvingstestapparaat levert wederzijdse translatiebeweging en drukbelasting naar contactoppervlakken van levende weefselexplantaten. Het apparaat is modulair, waardoor verschillende biologische tegengezichten kunnen worden getest.

De methode zou inzicht kunnen geven in hoe wrijvingskrachten de mechanische en mechanicobiologische reacties van levend kraakbeen en synovium beïnvloeden, wat kan leiden tot nieuwe strategieën voor het behoud van de gezondheid van de gewrichten. Begin met het oogsten van het juveniele rundersynode. Gebruik een scalpelmesje om de omtrek van het synoviumgebied van belang te traceren.

Pak met behulp van een tang het ene uiteinde van het synovium vast en til voorzichtig op om het synovium distaal uit te rekken tot het onderliggende bot. Gebruik een scalpelmesje om het synovium uit het bot te verwijderen en plaats het weefsel in de juiste kweekmedia of testbadoplossing. Oogst vervolgens het juveniele runderkraakbeen door het scheenbeen vast te zetten in een verstelbare houder.

Verwijder de meniscus voorzichtig en vermijd contact met het kraakbeenoppervlak. Gebruik aan de buitenranden van het tibiale plateau een stanleymes om loodrecht op het kraakbeen naar het bot te snijden. Snijd volledig door het kraakbeen om rechte randen of zijkanten te maken.

Verwijder overtollig weefsel. Gebruik aan de buitenranden de stanleymes om een schone snede te maken op het grensvlak tussen het bot en het kraakbeen. Om de tibiale strip van het plateauoppervlak te verwijderen, plaatst u voorzichtig een platte schroevendraaier onder de snede en draait u voorzichtig om het gewrichtskraakbeen van het subchondrale bot los te maken.

Terwijl het monster loskomt, duwt u de schroevendraaier langzaam naar voren totdat de kraakbeenstrook loskomt van het bot. Zorg ervoor dat de schroevendraaier naar het bot wordt geduwd, niet naar het kraakbeen. Snijd met behulp van een stanleymes het tibiale plateauoppervlak om rechthoekige monsters van de gewenste grootte en dikte te produceren.

Plaats het weefsel in de juiste kweekmedia of test de badoplossing. Als de tibiale strip wordt gebruikt als het onderste tegenblad, verwijder dan de afneembare magnetische basis en lijm een petrischaal met een diameter van 60 millimeter op het bovenoppervlak van de afneembare basis. Met de petrischaal op zijn plaats gelijmd, bevestigt u de losgemaakte basis aan de vaste basis en markeert u de petrischaal om een glijrichting aan te geven.

Breng een kleine hoeveelheid cyanoacrylaat aan op het midden van de schaal. Lijn de tibiale strip uit met de schuifrichting van het werkgebied. Druk de kraakbeenstrip voorzichtig op de schaal.

Herstel de verwijderbare magnetische basis naar de gekoppelde vaste basis in de wrijvingstester. Vul de petrischaal met de gewenste testbadoplossing. Als het synovium als bovenste tegenblad wordt gebruikt, verwijdert u de laadplaat en steunstaaf uit de wrijvingstester.

Leg het synovium op de ronde plaat. Om het synovium vast te zetten, spreidt u een O-ring over de omtrek. Trek met behulp van een tang voorzichtig aan het synovium om weefsel strak en plat onder de O-ring uit te rekken.

Trim overtollig weefsel met een chirurgische schaar. Herstel de laadplaat en steunstang in de wrijvingstester. Pas de verticale hoogte van de laadplaat zodanig aan dat het synovium over het onderste tegenvlak zweeft en wordt ondergedompeld in het testbad.

Plaats de gemonteerde monsters in de wrijvingstester. Open de analoge data build MF DAQ. Initialiseer Load PID en Trigger Dynamic Caller Windows in het programma.

Voer de analoge data build MF DAQ uit en initialiseer het pid-venster load door op de knop Uitvoeren te drukken. Navigeer naar het tabblad Stappen in het venster Dynamische beller activeren. Geef de versnelling, snelheid en afstand van de vertaalfase op in de invoervakken van de gebruiker.

Om de duur van de test in te voeren, klikt u op de knop Map openen rechtsonder in de tabel Tijdstatus en selecteert u het bestandspad Stepper Time Index. Geef vervolgens de testduur opnieuw op in het tabblad Spreekspoel. Selecteer het bestandspad Voice Coil Index door op de knop Map openen rechtsonder in de tijdstatustabel te klikken en selecteer het bestand.

Dit moet worden uitgevoerd, ongeacht of de spreekspoel wordt gebruikt of niet. Pas de normale belasting toe. Als u draag gewichten gebruikt, plaatst u de gewenste gewichten op de lineaire lagers boven de laadplaat.

Zorg ervoor dat de uitgeoefende belasting plus het gewicht van de laadplaat en de steunstang de capaciteit van de loadcel niet overschrijden. Selecteer het pad en de bestandsnaam voor gegevensopslag met de knop Map openen rechts van het vak Recht op bestand. Sla het bestand op met een txt-extensie.

Centreer het onderste tegenblad onder het bovenste tegenblad en stel dit in als de nul X-positie. Om dit te doen, voert u het venster Trigger Dynamic Caller uit door op de knop Uitvoeren te drukken. Klik op het tabblad Stappen op de knop Start om het werkgebied naar de laatst opgeslagen nul X-positie te verplaatsen.

Als tegenlagen niet zijn uitgelijnd, verplaatst u het werkgebied door op de groene pijlknoppen naar links en rechts te klikken. Wanneer de gewenste locatie is bereikt, klikt u op de nulknop om de huidige podiumlocatie op te slaan als de nieuwe nul X-positie. Stop het venster Trigger Dynamic Caller door op de knop Stoppen te klikken.

Zodra de bovenste en onderste tegenfronten zijn gecentreerd, start u wrijvingstests van de monsters door de cyclische beweging van het podium te starten. Zodra het podium beweegt, brengt u het bovenste tegenblad langzaam in contact met de onderkant. Laat de test lopen en verzamel de wrijvingstestgegevens.

Na de gewenste testduur stopt u de test door op de knop Stoppen te drukken en door de monsters te lossen door het bovenste tegenblad op te tillen en uit contact met het onderste tegenvlak te bewegen. Gebruik de aangepaste code om de wrijvingscoëfficiënt en de hysterese per cyclus te berekenen. Zorg ervoor dat één map alle relevante bestanden bevat.

Open de Friction Cycle run. m bestand. Klik op de knop Uitvoeren in het script.

Selecteer het onbewerkte gegevensbestand dat u wilt analyseren en de gewenste opslaglocatie. De wrijvingscoëfficiënt en hystereseplots worden uitgevoerd door MATLAB. Een synovium-op-kraakbeenconfiguratie werd gebruikt om juveniele runderexplantaten te wrijvingstesten waarbij het synovium op een acryllaadplaat met een diameter van 10 millimeter was gemonteerd, zodat de intimale laag in contact zou komen met het onderliggende kraakbeen.

Een tibiale strip werd gebruikt als kraakbeen tegengezicht. Een effectieve wrijvingscoëfficiënt werd berekend op basis van het ftgemiddelde gedeeld door FN over elke zuigercyclus en vervolgens uitgezet tegen de duur van de test om een wrijvingscoëfficiënt-versus-tijdplot op te leveren. Voor elke test werden de wrijvingscoëfficiëntwaarden gemiddeld over de gehele test.

In een PBS-testbad namen de gemiddelde wrijvingscoëfficiëntwaarden toe naarmate de contactspanning toenam. Omgekeerd bleven de gemiddelde wrijvingscoëfficiëntwaarden gelijk naarmate de contactspanning toenam in een synoviaal vloeistofbad van runderen. Vergeet niet om te beginnen met het verzamelen van belastingsgegevens voordat u de oppervlakken in contact brengt.

Dit zorgt ervoor dat een goede tarrabelasting kan worden berekend. Weefsel- en smeerbadcomponenten kunnen voor en na het testen worden beoordeeld om de biologische veranderingen te evalueren die door een bepaald experimenteel regime worden aangebracht.