Eksperymentalny protokół elementów skończonych do badania transportu neutralnych i naładowanych substancji rozpuszczonych przez chrząstkę stawową

Vahid Arbabi; Behdad Pouran; Amir. A. Zadpoor; Harrie Weinans

doi:10.3791/54984

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Eksperymentalny protokół elementów skończonych do badania transportu neutralnych i naładowanych substancji rozpuszczonych przez chrząstkę stawową

5.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54984

⸱

23 kwietnia 2017

Vahid Arbabi^*¹^,² , Behdad Pouran^*¹^,² , Amir. A. Zadpoor¹ , Harrie Weinans¹^,²^,³

¹Department of Biomechanical Engineering, Faculty of Mechanical, Maritime, and Materials Engineering, Delft University of Technology (TU Delft), ²Department of Orthopedics, UMC Utrecht, ³Department of Rheumatology, UMC Utrecht

^* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Proponujemy protokół do badania transportu naładowanych i nienaładowanych cząsteczek przez chrząstkę stawową za pomocą niedawno opracowanych metod eksperymentalnych i numerycznych.

Streszczenie

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) jest wyniszczającą chorobą, która wiąże się ze zwyrodnieniem chrząstki stawowej i kości podchrzęstnej. Zwyrodnienie chrząstki stawowej znacznie upośledza jej funkcję nośną, ponieważ ulega ona ogromnej degradacji chemicznej, tj. utracie proteoglikanów i zaburzeniu włókien kolagenowych. Jednym z obiecujących sposobów badania mechanizmów uszkodzeń chemicznych podczas choroby zwyrodnieniowej stawów jest wystawienie próbek chrząstki na działanie zewnętrznej substancji rozpuszczonej i monitorowanie dyfuzji cząsteczek. Stopień uszkodzenia chrząstki (tj. stężenie i konfiguracja niezbędnych makrocząsteczek) jest związany z utratą energii kolizyjnej zewnętrznych substancji rozpuszczonych, podczas gdy poruszanie się po chrząstce stawowej tworzy inne charakterystyki dyfuzji w porównaniu ze zdrową chrząstką. W tym badaniu wprowadzamy protokół, który składa się z kilku kroków i opiera się na wcześniej opracowanym eksperymentalnym micro-Computed Tomography (micro-CT) i modelowanie metodą elementów skończonych. Transport naładowanych i nienaładowanych cząsteczek jodowych jest najpierw rejestrowany za pomocą mikro-CT, a następnie stosuje się dwufazowe i wielofazowe modele elementów skończonych w celu uzyskania współczynników dyfuzji i stałych gęstości ładunku w strefach chrząstki.

Wprowadzenie

Transport molekularny odgrywa istotną rolę w homeostazie stawów, dostarczaniu leków do chrząstki stawowej i obrazowaniu chrząstki z kontrastem ^1,²^,³. Czynniki takie jak integracja i nienaruszalność chrząstki, ładunek i wielkość substancji rozpuszczonej, a także osmolalność i stężenie kąpieli w kontakcie z chrząstką mogą wpływać na szybkość transportu ⁴^,5^,⁶. Transport substancji rozpuszczonych, zarówno obojętnych, jak i naładowanych, może być różny między strefami chrząstki stawowej, ....