Name: Mysi kręg lędźwiowy Jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-12-01T13:40:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: Poznaj metodę osadzania kręgów lędźwiowych myszy w celu testowania ściskania, wykorzystującą cement kostny PMMA i zmodyfikowaną maszynę do zginania. Technika ta ułatwia badanie wpływu starzenia i diety na właściwości mechaniczne kości.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Jesteśmy wdzięczni za znaczące wysiłki, które Wydział Inżynierii Uniwersytetu Stanowego Kolorado-Pueblo włożył w skonstruowanie trzypunktowej giętarki i jej modyfikację na konwertowalną trzypunktową maszynę do testowania gięcia/ściskania. Jesteśmy szczególnie wdzięczni Panu Paulowi Wallace'owi, koordynatorowi warsztatu mechanicznego, za jego wysiłek włożony w zaplanowanie i przeprowadzenie budowy i modyfikacji maszyny. Wiedza i informacje zwrotne od dr Bahaa Ansaf (Colorado State University-Pueblo, Wydział Inżynierii) i dr Franziski Sandmeier (Colorado State University-Pueblo, Wydział Biologii) również znacząco przyczyniły się do tego projektu. Grant Instytutu Badań nad Konopiami Indyjskimi na Uniwersytecie Stanowym Kolorado-Pueblo sfinansował większy projekt, którego częścią był ten eksperyment i pozwolił na zakup myszy, odczynników i części używanego sprzętu.

Wszystkie eksperymenty i protokoły zostały przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem Opieki i Użytkowania Zwierząt Laboratoryjnych od National Institutes of Health i otrzymały zgodę od Międzynarodowego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Stanowego Kolorado-Pueblo (Numer protokołu: 000-000A-021). Szczegółowe procedury dotyczące opieki nad zwierzętami zostały wcześniej opisane5,6. Myszy uzyskano w wieku trzech tygodni w ramach szerszego badania mającego na celu zbadanie wpływu diety uzupełnionej nasionami konopi na młode, rosnące samice myszy C57BL/6 (patrz tabela materiałów). W wieku od 5 do 29 tygodni myszy były hodowane na jednej z trzech diet: kontrolnej (0% nasion konopnych), 50 g/kg (5%) nasion konopi lub 150 g/kg (15%) nasion konopi, z ośmioma myszami w grupie5,6. Przez cały czas trwania badania myszy miały dostęp ad libitum do odpowiedniej diety i wody, były trzymane w parach w klatkach z poliwęglanu i utrzymywane w cyklu 12 godzin światła: 12 godzin ciemności (z włączonym światłem od 06:00 do 18:00). Waga i zdrowie myszy były oceniane co tydzień, a wszystkie myszy pomyślnie ukończyły badanie bez wystąpienia żadnych niekorzystnych warunków zdrowotnych. W wieku dwudziestu dziewięciu tygodni myszy zostały głęboko znieczulone za pomocą izofluranu i poddane eutanazji poprzez zwichnięcie szyjki macicy5,6. Wykonano nacięcie w linii środkowej na powierzchni brzusznej od mostka do ogona, a z tusz usunięto wszystkie narządy wewnątrzpiersiowe, otrzewnowe i zaotrzewnowe. Wypatroszone tusze konserwowano w 0,9% roztworze chlorku sodu w temperaturze -70 °C do czasu wycięcia kości w celu przeprowadzenia badania kręgów, które nastąpiło około rok później.
1. Konwersja giętarki trzypunktowej na maszynę do prób ściskania
<ol>
	<li>Odkręć belkę poprzeczną przymocowaną do czujnika obciążenia w giętarce trzypunktowej7 (patrz Tabela materiałów) (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A,B).</li>
	<li>Przykręć samonastawną górną płytę dociskową do czujnika obciążenia (patrz tabela materiałów) z gwintem identycznym jak belka poprzeczna (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1C).</li>
	<li>Wywierć dwa poziome otwory w każdym z dolnych wsporników, do których dolna płyta zostanie później przymocowana (<silna klasa="xfig">Rysunek 1D).</li>
	<li>Wbij gwinty w dwie strony dolnej płyty ze stali nierdzewnej, aby wyrównać z wywierconymi otworami w dolnych wspornikach (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1E).</li>
	<li>Przymocuj dolną płytę dociskową do dwóch dolnych wsporników za pomocą gwintowanych sześciokątnych i dokręć, aż będzie bezpieczna (<silna klasa="xfig">Rysunek 1F). 
	UWAGA: sześciokątne muszą mieć gwinty pasujące do gwintowanych otworów na dolnych wspornikach i górnych/dolnych płytach. Zastosowanie samonastawnej górnej płyty dociskowej może pomóc w uzyskaniu równomiernego kontaktu między górną płytą a powierzchnią ładunkową, ale nie jest wystarczające, biorąc pod uwagę wklęsłość czaszkowego końca trzonów kręgów. Wymagane jest dalsze przygotowanie przy użyciu metody przygotowania powierzchni ładunkowej. Podczas konstruowania maszyny do próbowania ściskania kości małych zwierząt, które są mniejsze i słabsze niż wiele materiałów przemysłowych/inżynieryjnych, należy wziąć pod uwagę nośność czujnika obciążenia i rozmiar ramy ładunkowej. Dodatkowo maszyny powinny być regularnie czyszczone i smarowane, aby zapewnić dokładne wyniki i płynną pracę.</li>
</ol>
2. Korekta przemieszczenia maszyny do próbowania ściskania
<ol>
	<li>Gdy między górną płytą a dolną płytą nie ma badanego materiału, opuść górną płytę na dolną płytę, aż do uzyskania lekkiego kontaktu (siła napięcia wstępnego ~0,3-0,5 N).</li>
	<li>Włącz maszynę ze stałą prędkością opuszczania (~1 mm/min), aby rozpocząć test kompresji. Zbierz pomiary obciążenia (N) i przemieszczenia (mm) za pomocą oprogramowania do cyfrowego gromadzenia danych (patrz tabela materiałów) w celu gromadzenia danych z badań mechanicznych. 
	UWAGA: Ponieważ żaden materiał nie znajduje się między górną a dolną płytą, całe zaobserwowane przemieszczenie będzie spowodowane przemieszczeniem samej maszyny (maszyny Δx) (rama, ogniwo obciążnikowe, płyty dociskowe, złącza itp.).</li>
	<li>Kontynuuj opuszczanie górnej płyty na dolną płytę ze stałą (tj. monotoniczną) prędkością, aż zostaną osiągnięte siły wyższe niż te, które zostaną uzyskane ze wszystkich próbek kości.</li>
	<li>Powtórz kroki od 2.1 do 2.3, w sumie trzy razy.</li>
	<li>Wykreśl dane dotyczące przemieszczenia systemu (maszyna Δx, mm) w funkcji przyłożonego obciążenia (siła, N).</li>
	<li>Dopasuj linię regresji o najlepszym dopasowaniu do danych (<silna klasa="xfig">Rysunek 2A-D).</li>
	<li>W arkuszu kalkulacyjnym z danymi z testu ucisku kości użyj równania dostarczonego przez analizę regresji, aby określić wielkość przemieszczenia maszyny (maszyna Δx) wpływającego na zarejestrowane przemieszczenie (Δx całkowite zarejestrowane) dla punktu danych testu kompresji kręgów lędźwiowych na myszy. 
	UWAGA: Na przykład rozważmy punkt danych, w którym przyłożona jest siła 18 N i zarejestrowano przemieszczenie 2,730 mm (zarejestrowano łącznie Δx). Zgodnie z przykładowym równaniem regresji wielomianowej trzeciego rzędu (<silna klasa="xfig">Rysunek 2D) [Maszyna Δx = (4 × 10-7 x przyłożone obciążenie3) - (8 × 10-5 x przyłożone obciążenie2) + (0,0044 x przyłożone obciążenie)], 0,056 mm zarejestrowanego przemieszczenia wynika z przemieszczenia maszyny (maszyna Δx). 
	Δxcałkowita zapisana = Δxmaszyna + Δxpróbka</li>
	<li>Korygowanie zarejestrowanego przemieszczenia dla punktu danych. 
	UWAGA: Rozważmy na przykład powyższy przykład. Jeśli zarejestrowane jest przemieszczenie 2,730 mm (zarejestrowane całkowite Δx), a przemieszczenie maszyny (maszyna Δx) stanowi 0,056 mm całości, to przemieszczenie, jakiemu poddano badany wzór (tj. kość) (próbka Δx) wynosi 2,664 mm. Zatem 2,664 mm to rzeczywiste przemieszczenie, jakiemu uległ kręg (próbka Δx) i jest to wartość, którą należy wykorzystać do analizy krzywej obciążenia-przemieszczenia. 
Δx próbka = Δxcałkowita zarejestrowana próbka - Δx maszyna</li>
	<li>Powtórz kroki 2.7-2.8 dla każdego punktu danych zebranego dla każdej pojedynczej próbki (kości). 
	UWAGA: Ten krok jest ważny, ponieważ podczas próby ściskania obserwowane przemieszczenie nie wynika tylko z przemieszczenia próbki, ale zamiast tego obserwowane przemieszczenie jest kombinacją przemieszczenia maszyny (maszyna Δx) (np. ściskanie/przemieszczenie ramy, ogniwa obciążnikowego, płyt dociskowych, sprzęgieł itp.) i próbki (próbka Δx). Tak więc w przypadku próbek, które podlegają stosunkowo niewielkim przemieszczeniom, takich jak próbki małego zwierzęcia (np. myszy), przemieszczenie systemu (maszyna Δx) może powodować duże błędy. Opisane tutaj procedury korygujące przemieszczenie systemu zostały wcześniej opisane przez Kalidindi i Abusafieh28, którzy szczegółowo opisują również dwie inne metody oprócz opisanej tutaj. Zauważono, że niektórzy badacze używają więcej niż jednej metody do określania przemieszczenia systemu17. Każda maszyna może wyświetlać unikalne wzorce i stopnie przemieszczenia systemu po przyłożeniu do niej obciążeń. Z tego powodu współczynnik korekcji przemieszczenia systemu musi być określony dla każdej maszyny i nie będzie taki sam dla dowolnych dwóch maszyn. W przeciwieństwie do próby ściskania kości kręgowej, podczas pomiaru przemieszczenia systemu nie zaobserwuje się dużego zmniejszenia siły, ponieważ między górną a dolną płytą nie znajduje się żaden materiał.</li>
</ol>
3. Wycięcie piątego kręgu lędźwiowego (L5) z tuszy myszy 
<ol>
	<li>Rozmrażaj zamrożoną tuszę myszy w temperaturze pokojowej, dbając o nawodnienie tkanek miękkich i kości, regularnie stosując roztwór izotoniczny 0,9% NaCl.</li>
	<li>Wykonaj małe (<0,5 cm) nacięcie w skórze na grzbietowej linii środkowej w pobliżu podstawy ogona, a następnie przedłuż nacięcie na każdą tylną kończynę i delikatnie pociągnij, aby usunąć futro od podstawy ogona do głowy zwierzęcia.</li>
	<li>Odetnij mięśnie ściany brzucha, aż kręgosłup będzie dobrze widoczny.</li>
	<li>Pod mikroskopem preparacyjnym wyobraź sobie dwa stawy krzyżowo-biodrowe i czaszkowy koniec kości krzyżowej.</li>
	<li>Za pomocą żyletki lub skalpela wykonaj drobne cięcie, aby oddzielić ostatni kręg lędźwiowy (L6) od czaszkowego końca kości krzyżowej.</li>
	<li>Ponownie, przecinając przestrzeń międzykręgową, usuń L6 i L5 z kręgosłupa, odkładając L5 do analizy (<silna klasa="xfig">Rysunek 3).</li>
	<li>Zbadaj kręg pod mikroskopem preparacyjnym i usuń wszystkie tkanki miękkie z kości, w tym krążek międzykręgowy, używając głównie gazików i, jeśli to konieczne, delikatnie kleszczami. 
	UWAGA: W niniejszym badaniu L5 został wybrany jako kręg będący przedmiotem zainteresowania, ale inne kręgi lędźwiowe mogą być wybrane do testów kompresyjnych.</li>
</ol>
4. Przygotowanie powierzchni nośnej kręgu L5 do jednoosiowego testu ściskania przy użyciu metody zatapiania cementu kostnego PMMA
<ol>
	<li>Za pomocą tarczy diamentowej do cięcia (patrz Tabela materiałów) przymocowanej do narzędzia obrotowego, wykonaj nacięcie na każdej szypułce, aby usunąć wyrostek poprzeczny i kolczysty (<silna klasa = "xfig">Rysunek 4). Pozostawione w centrum, wyrostki kręgowe mogą powodować lokalne kontakty z górnymi/dolnymi płytami dociskowymi przy samych procesach, w przeciwieństwie do rozkładu obciążenia w całym środku.</li>
	<li>Delikatnie przeszlifuj ogonowy koniec kręgu drobnym papierem ściernym o ziarnistości 120 (patrz Tabela materiałów), aby usunąć wszystkie krążki międzykręgowe, tkanki miękkie i nierówności.</li>
	<li>Oznacz szlifowany koniec ogona trwałym markerem, aby ułatwić późniejszą identyfikację.</li>
	<li>Wymieszaj cement kostny PMMA zgodnie z instrukcjami producenta (patrz Tabela materiałów).</li>
	<li>Gdy cement kostny PMMA jest nadal półmiękki, umieść minimalną ilość na czaszkowym (nieoznaczonym) końcu kręgu skierowanym do góry, upewniając się, że cała powierzchnia jest pokryta, podczas gdy kręg znajduje się w kąpieli solankowej, aby próbka kości była nawilżona i chłodna.</li>
	<li>Gdy PMMA jest nadal półmiękki, umieść kręg na dolnej płycie ogonowej (zaznaczoną) stroną skierowaną w dół (<silna klasa = "xfig">Rysunek 5).</li>
	<li>Włącz maszynę, aby włączyć koła zębate napędowe i powoli opuść górną płytę dociskową na kompleks kręg + cement kostny PMMA, aż dojdzie do kontaktu z cementem kostnym i zostanie przyłożona minimalna siła (<0,5 N) w celu równomiernego rozprowadzenia PMMA na powierzchni kości. Górna płyta dociskowa w neutralnej pozycji może być oszacowana jako pozioma, a podczas naciskania na półmiękki PMMA spowoduje, że PMMA wypełni wklęsłość na czaszkowym końcu kręgu i utworzy płaską poziomą powierzchnię pod górną płytą.</li>
	<li>Z górną płytą delikatnie dociskającą cement kostny PMMA, pozwól próbce siedzieć w spokoju, aż cement kostny PMMA całkowicie stwardnieje (~ 10 minut zgodnie z instrukcjami producenta dla cementu kostnego PMMA używanego w niniejszym badaniu). W tym okresie należy przechowywać próbkę w kąpieli solankowej lub często spryskiwać ją solą fizjologiczną, aby utrzymać próbkę nawodnioną i chłodną.</li>
	<li>Gdy cement kostny PMMA całkowicie stwardnieje, można rozpocząć testy ściskania. Zbierz dane dotyczące obciążenia (tj. siły) (N) i przemieszczenia (tj. ugięcia) (mm) z czujników do arkusza kalkulacyjnego w czasie rzeczywistym za pomocą cyfrowego oprogramowania przeznaczonego do zbierania danych z badań mechanicznych (patrz Tabela materiałów).</li>
	<li>Po zebraniu danych wyjściowych przez 5 s, przyłożonych przy minimalnej sile napięcia wstępnego <0,5 N, należy rozpocząć opuszczanie górnej płyty dociskowej na próbkę z pojedynczą (tj. monotoniczną), z góry określoną prędkością opuszczania, aby rozpocząć próbę ściskania (~1 mm/min).</li>
	<li>Przerwij zbieranie danych, gdy zaobserwujesz duże zmniejszenie obciążenia (N), co wskazuje na awarię materiału. 
	UWAGA: Instrukcje producenta określają przybliżony czas utwardzania cementu kostnego PMMA. Czas utwardzania cementu kostnego PMMA może się różnić w zależności od rodzaju użytego cementu kostnego PMMA. Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta, aby określić czas oczekiwania na utwardzenie PMMA. Jednak jako wskaźnik, że cement kostny PMMA całkowicie stwardniał, dodatkowa próbka cementu kostnego PMMA może być zmieszana w tym samym czasie, co próbka, która zostanie umieszczona na kręgu, ale odłożona na bok i sprawdzona, czy jest nadal miękka lub całkowicie stwardniała. Jeśli jest całkowicie stwardniały, może to oznaczać, że PMMA na kości jest również całkowicie stwardniały bez naruszania kompleksu kość + PMMA. Próbka kości musi pozostać dobrze nawodniona i chłodna przez cały okres twardnienia PMMA i badań. Już kilka minut ekspozycji na suche powietrze może spowodować zmiany właściwości biomechanicznych. Niektórzy badacze używają maszyn do testowania kompresji wyposażonych w kąpiel solankową19. Maszyna do prób ściskania nie była wyposażona w kąpiel solną w niniejszym badaniu. Zamiast tego przez cały okres utwardzania PMMA i okres testowania regularnie stosowano delikatną mgiełkę soli fizjologicznej.</li>
</ol>
5. Analiza krzywych obciążenia-przemieszczenia dla testów jednoosiowego ściskania kręgów L5
<ol>
	<li>Skopiuj i wklej dane obciążenia (N) i skorygowanego przemieszczenia (mm) z arkusza kalkulacyjnego do oprogramowania do tworzenia wykresów technicznych i analizy danych (patrz tabela materiałów).</li>
	<li>Wygeneruj wykres z obciążeniem (N) na osi y i skorygowanym przemieszczeniem próbki (próbka Δx, mm) na osi x (<silna klasa="xfig">Rysunek 6). Zrób to w oprogramowaniu, klikając najpierw Windows, Nowa tabela, a następnie Zrób to, aby utworzyć tabelę. Skopiuj skorygowane dane o przemieszczeniu (mm) i obciążeniu (N) z arkusza kalkulacyjnego danych pierwotnych do nowej tabeli.</li>
	<li>Następnie wygeneruj przebieg reprezentujący surowe dane, klikając Dane, a następnie kliknij XY Pair to Waveform i wybierz skorygowane dane przemieszczenia dla X-Wave i załaduj dane dla Y-Wave. Upewnij się, że w polu "Liczba punktów" znajduje się prawidłowa liczba punktów danych, nazwij przebieg, a następnie kliknij Utwórz przebieg. Po utworzeniu przebiegu wygeneruj wykres, klikając Windows, a następnie Nowy wykres i umieść przebieg na osi Y i "obliczony" na osi X.</li>
	<li>Użyj narzędzia kursora, aby zaznaczyć punkty/obszary zainteresowania na wykresie do analizy. Kilka punktów/obszarów zainteresowania do obliczenia typowych właściwości mechanicznych całej kości jest wymienionych w krokach 5.4-5.8 (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6) i obejmują pracę do uszkodzenia (N x mm), maksymalne obciążenie (N), sztywność (N / mm), obciążenie plastyczności (N) i przemieszczenie po plastyczności (mm).</li>
	<li>W celu obliczenia stosunku pracy do uszkodzenia (N x mm) należy umieścić kursor (A) na początku badania i kursor (B) w punkcie bezpośrednio poprzedzającym uszkodzenie materiału (tj. przy maksymalnym obciążeniu osiągniętym podczas badania, zanim zaobserwowano duży spadek obciążenia). 
	UWAGA: W ten sposób kursory A-B obejmą w nawiasie cały test od momentu, gdy materiał zaczyna wytrzymywać siły i ulegać przemieszczeniu do punktu, w którym materiał ulega uszkodzeniu. Stosunek pracy do niepowodzenia (N x mm) można mierzyć jako całkowity obszar pod krzywą (tj. obszar pod krzywą między kursorami A i B).</li>
	<li>Obliczyć maksymalne obciążenie (N) jako najwyższą wartość obciążenia zaobserwowanego podczas badania (tj. obciążenie przy kursorze B).</li>
	<li>Oblicz sztywność (N/mm) materiału jako nachylenie liniowego obszaru sprężystego (tj. nachylenie między kursorami C i D).</li>
	<li>Obciążenie plastyczności (N) to obciążenie, przy którym krzywa obciążenia-przemieszczenia odchyla się od liniowości i wchodzi w obszar plastyczny, doznając w ten sposób trwałego odkształcenia (tj. obciążenia w punkcie D). Oblicz to, mierząc obciążenie przy kursorze D.</li>
	<li>Przemieszczenie po plastyczności (mm) jest wskaźnikiem plastyczności materiału. Zmierz to jako przemieszczenie między granicą plastyczności a punktem uszkodzenia materiału (tj. przemieszczenie między kursorami D i B). 
	UWAGA: Parametry wymienione powyżej to tylko niektóre z powszechnie podawanych właściwości mechanicznych całej kości. Nie jest to pełna lista wszystkich właściwości mechanicznych całej kości, które można uzyskać na podstawie krzywej obciążenia-przemieszczenia. Inne parametry właściwości mechanicznych całej kości obejmują między innymi przemieszczenie całkowite (mm), pochłoniętą energię sprężystą (N x mm), przemieszczenie sprężyste (mm), pochłoniętą energię plastyczną (N x mm) i przemieszczenie plastyczne (mm), aby wymienić tylko kilka. Ponadto nie wymieniono właściwości mechanicznych kości na poziomie tkankowym; Wymagają one przekształceń danych przy użyciu określonych pomiarów anatomicznych, takich jak średnica kości. Przykładowy kod do wykonania pomiarów z krzywej obciążenia-przemieszczenia w oprogramowaniu został wymieniony w pliku uzupełniającym 1.</li>
</ol>

Compression Testing of Mouse Vertebra for Determination of Mechanical Strength

<ol><li>Kemmak, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Economic+burden+of+osteoporosis+in+the+world%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Journal+of+The+Islamic+Republic+of+Iran%22%5BJournal%5D)">Economic burden of osteoporosis in the world: A systematic review.</a> Medical Journal of The Islamic Republic of Iran. 34, 153(2020).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Different+bone+remodeling+levels+of+trabecular+and+cortical+bone+in+response+to+changes+in+Wnt%2F%CE%B2-catenin+signaling+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopaedic+Research%22%5BJournal%5D)">Different bone remodeling levels of trabecular and cortical bone in response to changes in Wnt/β-catenin signaling in mice.</a> Journal of Orthopaedic Research. 35 (4), 812-819 (2016).</li>
<li>Crandall, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parathyroid+hormone+for+treatment+of+osteoporosis%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA+Internal+Medicine%22%5BJournal%5D)">Parathyroid hormone for treatment of osteoporosis.</a> JAMA Internal Medicine. 162 (20), 2297-2309 (2002).</li>
<li>Ott, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+or+trabecular+bone%3A+what%27s+the+difference%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Nephrology%22%5BJournal%5D)">Cortical or trabecular bone: what's the difference.</a> American Journal of Nephrology. 47 (6), 373-375 (2018).</li>
<li>Sparks, C. A., Streff, H. M., Williams, D. W., Blanton, C. A., Gabaldón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dietary+hempseed+decreases+femur+maximum+load+in+a+young+female+C57BL%2F6+mouse+model+but+does+not+influence+bone+mineral+density+or+micro-architecture%5BTitle%5D)+AND+%22Nutrients%22%5BJournal%5D)">Dietary hempseed decreases femur maximum load in a young female C57BL/6 mouse model but does not influence bone mineral density or micro-architecture.</a> Nutrients. 14 (20), 4224(2022).</li>
<li>Blanton, C. A., Barrott, J. J., Kunz, K., Bunde, E., Streff, H. M., Sparks, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Impact+of+Hempseed+Consumption+on+Bone+Parameters+and+Body+Composition+in+Growing+Female+C57BL%2F6+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Environmental+Research+and+Public+Health%22%5BJournal%5D)">The Impact of Hempseed Consumption on Bone Parameters and Body Composition in Growing Female C57BL/6 Mice.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 19 (10), 5839(2022).</li>
<li>Sarper, H., Blanton, C., Depalma, J., Melnykov, I. V., Gabaldón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulated+weightlessness+and+synbiotic+diet+effects+on+rat+bone+mechanical+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Life+Sciences+in+Space+Research%22%5BJournal%5D)">Simulated weightlessness and synbiotic diet effects on rat bone mechanical strength.</a> Life Sciences in Space Research. 3, 45-54 (2014).</li>
<li>Choman, M. The Effect of a synbiotic diet on the structure and strength of cortical bone in aging male mice. , Colorado State University-Pueblo. Pueblo, CO. (2015).</li>
<li>Sparks, C. A., Giltner, Z. T., Blanton, C. A., Gabaldón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+a+synbiotic+diet+on+humerus+bone+mineralization+and+mechanical+strength+in+aging+male+mice%5BTitle%5D)+AND+%22El+R%C3%ADo%22%5BJournal%5D)">The Effects of a synbiotic diet on humerus bone mineralization and mechanical strength in aging male mice.</a> El Río. 4 (1), 3-12 (2021).</li>
<li>Bilezikian, J. P., Martin, T. J., Clemens, T. L., Rosen, C. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBilezikian%2C+JP+%22Principles+of+bone+biology+%28Fourth+Edition%29%22">Principles of bone biology (Fourth Edition)</a>. , Academic Press. Cambridge, MA, USA. (2019).</li>
<li>Jepsen, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishing+biomechanical+mechanisms+in+mouse+models%3A+practical+guidelines+for+systematically+evaluating+phenotypic+changes+in+the+diaphyses+of+long+bones%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Establishing biomechanical mechanisms in mouse models: practical guidelines for systematically evaluating phenotypic changes in the diaphyses of long bones.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 30 (6), 951-966 (2015).</li>
<li>Vashith, D., Tanner, K. E., Bonfield, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution%2C+development+and+morphology+of+microcracking+in+cortical+bone+during+crack+propagation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Contribution, development and morphology of microcracking in cortical bone during crack propagation.</a> Journal of Biomechanics. 33 (9), 1169-1174 (2000).</li>
<li>Turner, C. H., Burr, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+biomechanical+measurements+of+bone%3A+A+tutorial%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Basic biomechanical measurements of bone: A tutorial.</a> Bone. 14 (4), 595-608 (1993).</li>
<li>Warriner, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Which+fractures+are+most+attributable+to+osteoporosis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Epidemiology%22%5BJournal%5D)">Which fractures are most attributable to osteoporosis.</a> Journal of Clinical Epidemiology. 64 (1), 46-53 (2011).</li>
<li>Donally, C. I., DiPompeo, C., Varcallo, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDonally%2C+CI+%22Vertebral+compression+fractires%22">Vertebral compression fractires</a>. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL, USA. (2022).</li>
<li>Alhadhoud, M., Alsiri, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+epidemiology+of+spinal+fractures+in+a+level+2+trauma+center+in+Kuwait%5BTitle%5D)+AND+%22SAGE+Open+Medicine%22%5BJournal%5D)">The epidemiology of spinal fractures in a level 2 trauma center in Kuwait.</a> SAGE Open Medicine. 9, 1-11 (2021).</li>
<li>Schumancher, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchumancher%2C+Y+%22Comparison+of+two+loading+surface+preparation+methods+on+rat+vertebral+bodies+for+compression+testing%22">Comparison of two loading surface preparation methods on rat vertebral bodies for compression testing</a>. , Queens University. Kingston, Ontario, Canada. (2013).</li>
<li>Rathore, M., Sharma, D., Sinha, M., Siddiqui, A., Trivedi, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focused+review+-+thoracolumbar+spine%3A+anatomy%2C+biomechanics+and+clinical+significance%5BTitle%5D)+AND+%22Indian+Journal+of+Clinical+Anatomy+and+Physiology%22%5BJournal%5D)">Focused review - thoracolumbar spine: anatomy, biomechanics and clinical significance.</a> Indian Journal of Clinical Anatomy and Physiology. 1 (1), 41-48 (2014).</li>
<li>Pendleton, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-precision+method+for+cyclic+loading+of+small-animal+vertebrae+to+assess+bone+quality%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+Reports%22%5BJournal%5D)">High-precision method for cyclic loading of small-animal vertebrae to assess bone quality.</a> Bone Reports. 9, 165-172 (2018).</li>
<li>Lundon, K., Bolton, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+and+function+of+the+lumbar+intervertebral+disk+in+health%2C+aging%2C+and+pathologic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopaedic+%26+Sports+Physical+Therapy%22%5BJournal%5D)">Structure and function of the lumbar intervertebral disk in health, aging, and pathologic conditions.</a> Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 31 (6), 291-306 (2011).</li>
<li>Sharir, A., Barak, M. M., Shahar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+bone+mechanics+and+mechanical+testing%5BTitle%5D)+AND+%22The+Veterinary+Journal%22%5BJournal%5D)">Whole bone mechanics and mechanical testing.</a> The Veterinary Journal. 177 (1), 8-17 (2008).</li>
<li>Zhao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardizing+compression+testing+for+measuring+the+stiffness+of+human+bone%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+%26+Joint+Research%22%5BJournal%5D)">Standardizing compression testing for measuring the stiffness of human bone.</a> Bone & Joint Research. 7 (8), 524-538 (2018).</li>
<li>Akhter, M. P., Jung, L. K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decreased+bone+strength+in+HLA-B27+transgenic+rat+model+of+spondyloarthropathy%5BTitle%5D)+AND+%22Rheumatology%22%5BJournal%5D)">Decreased bone strength in HLA-B27 transgenic rat model of spondyloarthropathy.</a> Rheumatology. 46 (8), 1258-1262 (2007).</li>
<li>Shahnazari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Higher+doses+of+bisphosphonates+further+improve+bone+mass%2C+architecture%2C+and+strength+but+not+the+tissue+material+properties+in+aged+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Higher doses of bisphosphonates further improve bone mass, architecture, and strength but not the tissue material properties in aged rats.</a> Bone. 46 (5), 1267-1274 (2011).</li>
<li>Chachra, D., Kasra, M., Vanin, C., MacLusky, N., Casper, R., Grynpas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+different+hormone+replacement+therapy+regimens+on+the+mechanical+properties+of+rat+vertebrae%5BTitle%5D)+AND+%22Calified+Tissue+International%22%5BJournal%5D)">The effect of different hormone replacement therapy regimens on the mechanical properties of rat vertebrae.</a> Calified Tissue International. 56 (2), 130-134 (1995).</li>
<li>Bushinsky, D. A., Willet, T., Asplin, J. R., Culbertson, C., Sara, C., Grynpas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chlorthalidone+improves+vertebral+bone+quality+in+genetic+hypercalciuric+stone-forming+rats%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Chlorthalidone improves vertebral bone quality in genetic hypercalciuric stone-forming rats.</a> The Journal of Bone and Mineral Research. 26 (8), 1904-1912 (2011).</li>
<li>Fujiwara, T., Akeda, K., Yamada, J., Kondo, T., Sudo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endplate+and+intervertebral+disc+injuries+in+acute+and+single+level+osteoporotic+vertebral+fractures%3A+is+there+any+association+with+the+process+of+bone+healing%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Musculoskeletal+Disorders%22%5BJournal%5D)">Endplate and intervertebral disc injuries in acute and single level osteoporotic vertebral fractures: is there any association with the process of bone healing.</a> BMC Musculoskeletal Disorders. 20 (1), 336(2019).</li>
<li>Kalidindi, S. R., Abusafieh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accurate+characterization+of+machine+compliance+for+simple+compression+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Accurate characterization of machine compliance for simple compression testing.</a> Experimental Mechanics. 37 (2), 210-215 (1997).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Celem niniejszej pracy było opisanie budowy kabrioletu do gięcia trzypunktowego/maszyny do prób ściskania, a także zastosowanie metody zatapiania cementu kostnego PMMA do przygotowania próbek kręgów lędźwiowych myszy przed jednoosiową próbą ściskania. Uzyskano i przedstawiono statystyki opisowe dla próbek kości, które będą przydatne do porównania w przyszłych badaniach. W niniejszym badaniu przeanalizowano niektóre z najczęściej zgłaszanych właściwości mechanicznych całej kości. Warto jednak zauważyć, że istnieje kilka dodatkowych właściwości mechanicznych na poziomie całych kości i tkanek, które nie zostały tutaj zbadane.
Nie jest jasne, jak właściwości mechaniczne uzyskane z próbek przygotowanych metodą zatapiania wypadają w porównaniu z tymi przygotowanymi metodą cięcia kręgów lędźwiowych myszy. Schumancher17 wcześniej ocenił właściwości mechaniczne kręgów szczurów przygotowanych przy użyciu dwóch różnych metod i stwierdził, że kręgi przygotowane metodą osadzania miały znacznie niższą sztywność, większe przemieszczenie plastyczności i wyższą wydajność odkształcenia niż próbki przygotowane metodą cięcia. Potrzebna jest dalsza charakterystyka, aby zrozumieć, w jaki sposób porównują się właściwości mechaniczne kręgów myszy lub innych modeli zwierzęcych mierzone przy użyciu dwóch różnych metod przygotowania powierzchni obciążenia. Oczekuje się, że niektóre parametry różnią się między kręgami przygotowanymi różnymi metodami, biorąc pod uwagę, że metoda osadzania dodaje materiał do próbki, ale zachowuje płytkę końcową, która jest ważną strukturą w złamaniach kręgów in vivo17,27. Dodanie cementu kostnego do końca czaszki zwiększa wysokość próbki, podczas gdy cięcie płyt końcowych usuwa wysokość, zmieniając proporcje, a tym samym zmieniając właściwości mechaniczne, takie jak sztywność. Co więcej, chociaż PMMA jest sztywniejsza niż kość gąbczasta kręgów, możliwe jest, że PMMA ulega przemieszczeniu, a zakres tego przemieszczenia wymaga dalszej charakterystyki. Ponadto nie jest jasne, w jaki sposób wyniki uzyskane za pomocą metody osadzania lub metody cięcia wypadają w porównaniu z przewidywaniami parametrów kości przy użyciu analizy elementów skończonych dla kręgów myszy lub jak wyniki różnią się w różnych warunkach (np. prędkość obniżania, różne poziomy kręgów, skład PMMA). Niemniej jednak, ponieważ wszystkie próbki są przygotowywane w podobny sposób, metoda ta jest odpowiednia i pozwala na łatwe i opłacalne dokonywanie porównań między grupami poddanymi działaniu substancji w jednym badaniu, w którym próbki są przygotowywane i badane w podobnych warunkach.
Jeśli chodzi o przygotowanie próbki przed testem ściskania, ważne jest, aby przygotować próbki w powtarzalny sposób. Jednym z możliwych ograniczeń metody opisanej w niniejszym badaniu jest użycie narzędzia obrotowego do usuwania wyrostków kręgowych. Inna metoda usuwania wyrostków kręgowych kręgów lędźwiowych myszy została opisana przez Pendletona i wsp.19, co może pozwolić na bardziej spójne przygotowanie próbki. Ponadto zastosowanie cementu kostnego PMMA może powodować niespójności. Dlatego ważne jest, aby cement kostny był stosowany konsekwentnie pod względem objętości, rozmieszczenia i czasu twardnienia. Jednak metoda zatapiania może zapewnić prostszy sposób na uzyskanie spójnego przygotowania próbki w porównaniu z metodą cięcia, ponieważ uzyskanie idealnie równych, równoległych cięć konsekwentnie między wszystkimi próbkami może być trudne ze względu na ich mały rozmiar i kruchość. Potrzebne będą przyszłe badania, aby ocenić precyzję wyników uzyskanych z próbek przygotowanych przy użyciu zatapiania vs. metoda cięcia.
Jak wspomniano, konieczna jest dalsza charakterystyka i badanie metody osadzania w celu przygotowania próbki kręgów lędźwiowych myszy przed jednoosiowym testem ściskania. Niemniej jednak niniejsze badanie pokazuje, że taka metoda może być zastosowana, zawiera szczegółowy opis proponowanej metody oraz oferuje opisowe statystyki parametrów zmierzonych z próbek przygotowanych przy użyciu tej metody. Protokół ten jest cenny dla tej dziedziny ze względu na obecny brak dostępnej metodologii. Co więcej, metoda ta może lepiej naśladować mechanizm, dzięki któremu dochodzi do złamań kręgów in vivo w porównaniu z innymi metodami17,27. Zaletą metody jest również pokonanie trudności technicznych związanych z innymi obecnie opisywanymi metodami, dzięki czemu jednoosiowe testy kompresji są bardziej wykonalne w badaniach nad kośćmi. Jest to szczególnie istotne, ponieważ leki, diety lub inne interwencje mogą wpływać na kości bogate w korę mózgową (np. kość długa w środku trzonu) i kości bogate w beleczki (np. trzony kręgów) w różny sposób, jednak zginanie trzypunktowe jest dominującą metodą oceny właściwości mechanicznych kości. Połączenie trzypunktowego zginania i jednoosiowej próby ściskania może stać się jeszcze łatwiejsze do osiągnięcia dzięki zastosowaniu konwertowalnej trzypunktowej maszyny do próbowania zginania/ściskania. W związku z tym w niniejszym badaniu zaproponowano dwa możliwe sposoby ułatwienia naukowcom oceny zarówno kości bogatej w korę, jak i bogatej w beleczkową kość w tym samym badaniu, potencjalnie prowadząc do lepszego zrozumienia, w jaki sposób dane leczenie wpływa na różne typy kości między grupami eksperymentalnymi.

Zmiany kostne związane z wiekiem są powszechnie uznawane za problematyczne ze względu na zwiększone ryzyko złamań kości związanych z tymi zmianami. Złamania kości u ludzi mogą prowadzić do przewlekłego bólu, ograniczonej mobilności, długotrwałej niepełnosprawności, zwiększonego ryzyka śmierci i obciążeń ekonomicznych1. Typowe terapie badane w celu złagodzenia objawów zmian kostnych związanych z wiekiem obejmują suplementy diety, terapie hormonalne i leki2,3,4,5,6,7,8,9. Wstępne badania nad takimi terapiami u ludzi są zwykle wykonywane przy użyciu małych modeli zwierzęcych (np. szczurów laboratoryjnych i myszy), które posiadają dwa główne typy kości znalezione w ludzkim szkielecie10. Kości długie wyrostka robaczkowego, takie jak kość ramienna, kość udowa i piszczelowa, są bogate w kość korową (tj. zwartą), podczas gdy kręgi są bogate w kość gąbczastą (tj. kość tkaną, gąbczastą lub beleczkową)4. Coraz częściej wiadomo, że mechanizmy regulacji kości i szlaki sygnałowe różnią się między kością korową (np. kość długa środkowa trzonu) a kością gąbczastą (np. centrum kręgu)2. Z tego powodu terapie mogą mieć zróżnicowane efekty, które są specyficzne dla kości lub nawet dla danego miejsca w obrębie tej samej klasy bone<sup="xref">2,3,4.
Przyłożenie siły do obiektu (np. kości) powoduje przyspieszenie, deformację lub jedno i drugie, w zależności od warunków brzegowych obiektu. Kiedy kość jest związana, przeciwna siła o równej wielkości opiera się przyspieszeniu kości i dochodzi do deformacji. Gdy kość ulega deformacji, generowany jest opór wewnętrzny zwany naprężeniem, którego istnieją dwa podstawowe typy: siła normalna, w postaci rozciągania lub ściskania, oraz siła ścinająca10. Często generowana jest kombinacja podstawowych typów naprężeń, w zależności od przyłożonego układu siły10. Siłą materiału jest jego zdolność do wytrzymywania naprężeń bez awarii. Gdy na materiał przykładane są coraz większe siły, w końcu ulega on trwałemu odkształceniu, w którym to momencie mówi się, że przeszedł ze stanu sprężystego (tj. powróci do swojego pierwotnego kształtu, jeśli siła zostanie usunięta) do stanu plastycznego (tj. nie powróci do swojego pierwotnego kształtu, jeśli siła zostanie usunięta)11. Punkt, w którym następuje przejście ze stanu sprężystego do stanu plastycznego, nazywany jest punktem plastyczności. Ponieważ po przekroczeniu granicy plastyczności na materiał wywierane są jeszcze większe siły, coraz częściej ulega on mikropęknięciom (tj. uszkodzeniom), aż do całkowitego pęknięcia; W tym momencie mówi się, że materiał nie powiódł się11,12. Złamanie kości oznacza awarię zarówno na poziomie strukturalnym, jak i tkankowym10. Na przykład złamanie kości kręgowej ma miejsce, ponieważ nie tylko wiele beleczek zawodzi na poziomie strukturalnym, ale także dochodzi do uszkodzenia elementów macierzy zewnątrzkomórkowej, takich jak kryształy kolagenu i hydroksyapatytu w pojedynczej beleczce na poziomie tkanki.
Zdarzenia mechaniczne prowadzące do uszkodzenia materiału mogą być mierzone za pomocą różnych metod testowania. Zginanie trzypunktowe jest powszechną metodą badania właściwości mechanicznych kości długich ze szkieletu wyrostka robaczkowego. Ta metoda jest prosta i powtarzalna, co czyni ją preferowaną metodą badań biomechanicznych dla wielu badaczy13. Opuszczając belkę poprzeczną na środkowy trzon długiej kości spoczywającej na dwóch dolnych belkach nośnych, metoda ta w szczególności testuje właściwości mechaniczne obszaru środkowego trzonu, który jest gęsto zorganizowaną kością korową. Na podstawie krzywych obciążenia-przemieszczenia można określić między innymi wpływ siły rozciągającej na elastyczność, wytrzymałość, siłę do uszkodzenia oraz przejście od zachowania sprężystego do plastycznego materiałów kostnych.
W drugim typie kości, określanym jako beleczkowa, gąbczasta, tkana lub gąbczasta, elementy kostne są formowane w szereg prętów i belek zwanych beleczkami, nadając im "gąbczasty" wygląd. Główne trzony kręgów (tj. centra) są bogate w kość gąbczastą i często są miejscami związanych z wiekiem złamań kości uciskowych u ludzi14. Kręgi lędźwiowe (tj. dolna część pleców) są największymi kręgami, przenoszą większość ciężaru ciała i są najczęstszym miejscem złamań kręgów15,16. Właściwości mechaniczne trzonów kręgów można najlepiej ocenić bezpośrednio za pomocą jednoosiowych metod testowania ściskania, ponieważ kompresja osiowa jest normalnym obciążeniem siły wywieranym na kolumny kręgowe in vivo17. Kompresja trzonów kręgów in vivo występuje w wyniku skurczów mięśni i więzadeł, siły grawitacji i sił reakcji gruntu18.
Testy kompresji ex vivo kręgów małych zwierząt mogą być trudne ze względu na ich mały rozmiar, nieregularny kształt i kruchość. Kształt trzonów kręgów można oszacować jako równoległobok z łagodnym nachyleniem brzusznym i lekką wklęsłością czaszki17. Taki kształt stanowi wyzwanie dla przeprowadzenia jednoosiowego testu ściskania ex vivo, ponieważ bez odpowiedniego przygotowania powierzchni ładunkowej siły ściskające zostaną przyłożone tylko do części powierzchni ładunkowej, co spowoduje "kontakt lokalny"17,19. Może to spowodować niespójne wyniki i przedwczesne niepowodzenie19. Nie ma to miejsca in vivo, ponieważ powierzchnia ładunkowa jest otoczona krążkami międzykręgowymi w stawach kręgowych, co umożliwia rozłożenie obciążenia na całej płycie końcowej czaszki. Kompleks międzykręgowo-czaszkowo-czaszkowo-płytkowy odgrywa ważną rolę w wywieraniu siły w całym trzonie kręgu i biomechanice złamania trzonu kręgu14,20. Chociaż testy kompresji nie są nowością w dziedzinie biologii, istnieją ograniczenia w obecnych metodach mechanicznego testowania kości. Ograniczenia te obejmują brak modeli predykcyjnych i symulacji dla mechaniki kości, unikalną geometryczną architekturę przestrzenną, a nawet nieodłączne zmienności biologiczne oparte na próbkach21. Co ważniejsze, wyzwaniem dla tej dziedziny jest brak standaryzacji między metodami i ogólny brak metod raportowanych w literaturze22.
W literaturze opisano dwie metody przygotowania kręgów lędźwiowych gryzoni do jednoosiowego testu kompresji: metoda cięcia i metoda osadzania17,19,23,24,25,26. Metoda cięcia wymaga, aby wyrostki kręgowe, płytka końcowa czaszki i płytka końcowa ogonowa zostały wycięte z trzonu kręgu. Pendleton et al.19 wcześniej opisali szczegółową metodę użycia tej metody na kręgach lędźwiowych myszy. Metoda ta wiąże się z wyzwaniami związanymi z uzyskaniem idealnie równoległych cięć zarówno na płytkach końcowych ogonowych, jak i czaszkowych, przy jednoczesnym uniknięciu uszkodzenia próbki. Ma również ograniczenie polegające na tym, że płytka końcowa czaszki jest usuwana. Płytka końcowa czaszki zawiera gęstą powłokę kości korowej i odgrywa ważną rolę w rozkładzie obciążeń z krążków międzykręgowych in vivo i bierze udział w uszkodzeniu kości w przypadku złamań in vivo17,20,27. Natomiast metoda osadzania polega na usunięciu wyrostków kręgowych przy jednoczesnym zachowaniu nienaruszonej płytki końcowej czaszki trzonu kręgu. Powierzchnia ładunkowa jest następnie ustawiana w przybliżeniu poziomo poprzez umieszczenie niewielkiej ilości cementu kostnego na czaszkowym końcu trzonu kręgu. Metoda ta ma tę zaletę, że pokonuje wyzwania techniczne związane z metodą cięcia i może lepiej naśladować mechanizm przykładania obciążenia i uszkodzenia kości in vivo ze względu na zachowanie płytki końcowej czaszki. Podejście to zostało wcześniej udokumentowane w badaniach obejmujących jednoosiowe testy kompresji na kościach szczurów. Jednak, o ile nam wiadomo, nie zostało to wcześniej udokumentowane w kontekście mniejszych kręgów lędźwiowych myszy17,25,26. Metoda, o której mowa, została wcześniej szczegółowo opisana przez Chachra et al.25 i pierwotnie wykorzystywała próbkę kości przechowywaną pomiędzy dwiema płytkami, z których każda miała cylindryczną wnękę, która została następnie wypełniona polimetakrylanem metylu (PMMA). Ta sama grupa badawcza udoskonaliła później metodę, w której jeden koniec jest delikatnie szlifowany (ogonowy), a drugi koniec ma małą plamkę cementu kostnego (czaszka)26. Ta metoda jest ulepszeniem w stosunku do poprzedniej metody, ponieważ minimalizuje materiał między płytami i jest przedmiotem tego artykułu. Pomimo wyzwań związanych z jednoosiową próbą kompresji kręgów, jest to metoda, która może dostarczyć cennych informacji na temat wpływu proponowanej terapii na kość, zwłaszcza w połączeniu z trzypunktowym zginaniem.
Tutaj przedstawiono użycie konwertowalnego trzypunktowego urządzenia do testowania zginania/ściskania, które pozwala na łatwe testowanie zarówno kości długich, jak i trzonów kręgów za pomocą jednej maszyny. Ponadto przedstawiono zastosowanie metody osadzania w celu uzyskania jednoosiowego badania kompresji kręgów lędźwiowych myszy. Niniejsze badanie zostało przeprowadzone w ramach większego badania, którego celem było zbadanie wpływu suplementacji konopi w diecie na właściwości kości szkieletowej u młodych, rosnących samic myszy C57BL/65,6. Tester zginania trzypunktowego został pierwotnie skonstruowany przez wykładowców i studentów z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Stanowego Kolorado-Pueblo i używany przez naszą grupę badawczą w testach zginania trzypunktowego na kościach długich [kość udowa i piszczelowa szczura7 oraz kość ramienna, kość udowa i piszczelowa myszy5,6,8,9]. Jednak jego modyfikacja i zastosowanie do stosowania w testach ucisku trzonu kręgów u myszy nie zostały zbadane. Konstrukcja i budowa giętarki trzypunktowej zostały już wcześniej opisane7. Raport ten skupi się na metodach stosowanych do modyfikacji maszyny do testów ściskania i korygowania przemieszczenia systemu. Po drugie, opisano metodę osadzania w celu przygotowania powierzchni obciążenia trzonu kręgu myszy, wraz z metodami badania jednoosiowego ściskania i analizą danych dotyczących obciążenia i przemieszczenia.

<table><tbody><tr><td>Papier ścierny o ziarnistości 120</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Do usuwania tkanek miękkich i nierówności ogonowej płytki</td></tr> końcowej <tr><td>24-bitowy interfejs ogniwa obciążnikowego</td><td>LoadStar Sensors, Freemont, Kalifornia, USA</td><td>DQ-1000</td><td>Do podłączenia czujników obciążenia i przemieszczenia do osobistego koputeru</td></tr><tr><td>Base Mouse Diet</td><td>Dyets, Inc, Bethlehem, PA, USA</td><td>AIN-93G</td><td>Diet myszy były karmione bez dodatku nasion konopi</td></tr><tr><td>Diamentowa tarcza tnąca z narzędziem obrotowym</td><td>Dremel US, Mt. Prospect, Illinois, USA</td><td>F0130200AK</td><td>Do usuwania wyrostków kręgowych Czujnik</td></tr><tr><td>przemieszczenia</td><td>Mitutoyo, Aurora, Illinois, USA</td><td>ID-S112EX Czujnik</td><td>przemieszczenia o rozdzielczości 0,001 mm i dokładności 0,00305 mm</td></tr><tr><td>Zewnętrzne źródło prądu o zmiennym napięciu</td><td>Extech Instruments, Nashua, New Hampshire, USA</td><td>382213</td><td>Aby zapewnić moc do testowania kompresji maszyna</td></tr><tr><td>Samica C57BL/6 Myszy</td><td>Charles River Laboratories, Wilmington, Massachusetts, USA</td><td>027 (Kod szczepu)</td><td>Model myszy wykorzystany w niniejszym badaniu</td></tr><tr><td>Hempseed</td><td>Natera, Pitt Meadows, Kanada</td><td>670834012199</td><td>Nasiona konopi dodane do oprogramowania Base Mouse</td></tr><tr><td>Diet Igor Pro (wersja 8.04)</td><td>Wave Metrics, Portland, Oregon, USA</td><td>Nie dotyczy</td><td>Oprogramowanie używane do analizy</td></tr> <tr><td>krzywej obciążenia i przemieszczeniaiLoad Mini Force</td><td>Sensor LoadStar Sensors, Freemont, Kalifornia, USA</td><td>MFM-010-050-S</td><td>Czujnik obciążenia (siły) z dokładnością 1,0%</td></tr><tr><td>Izotoniczny (0,9%) roztwór soli</td> fizjologicznej <td>Nie</td> dotyczy <td></td><td>Aby utrzymać nawodnienie kości</td></tr><tr><td>Leica EZ4 W Miscoscope</td><td>Leica Microsystems, Wetzlar, Niemcy</td><td>NC1601884</td><td>Do preparacji kości i usuwania wyrostka kręgowego</td></tr><tr><td>Oprogramowanie</td> <td>Microsoft ExcelMicrosoft Corporation, Redmond, Waszyngton, USA Nie</td><td>dotyczy</td><td>Do przesyłania danych z oprogramowania SensorVue</td></tr><tr><td>PALACOS R Bone Cement</td><td>Hareus Medical, Wehreim, Niemcy</td><td>00-1112-140-01</td><td>Cement kostny PMMA do zatapiania powierzchni ładunkowej</td></tr><tr><td>Komputer osobisty</td><td>Nie</td><td></td> dotyczy Do <td>rejestrowania danych (patrz 24-bitowy interfejs ogniwa obciążnikowego, oprogramowanie SensorVue, oprogramowanie Microsoft Excel) i analizy (patrz Oprogramowanie Igor Pro)</td></tr><tr><td>Oprogramowanie SensorVue</td><td>Czujniki LoadStar, Freemont, Kalifornia, USA</td><td>Nie dotyczy</td><td>Oprogramowanie używane do zbierania danych w czasie rzeczywistym podczas testów kompresji</td></tr><tr><td>Zestaw do preparowania małych zwierząt</td><td>Nie</td> dotyczy <td></td><td>Nie dotyczy Nożyczki preparacyjne, kleszcze, skalpel, ostrza, szpilki, gaziki</td></tr><tr><td>Para górnych płyt dociskowych ze stali nierdzewnej (samoprzystających) i dolnych</td><td></td><td></td> Nie dotyczy Nie dotyczy <td>Skonstruowane przez Colorado State University-Pueblo Dept. of Engineering</td></tr><tr><td>Giętarka trzypunktowa</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>skonstruowana przez Colorado State University-Pueblo Dept. of Engineering. Patrz Sarper et al. (2014) aby uzyskać więcej informacji na temat budowy</td></tr></tbody></table>

mysi kręg lędźwiowy jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej

Mouse Lumbar Vertebra Uniaxial Compression Testing with Embedding of the Loading Surface

Wzrasta świadomość, że kość korowa i gąbczasta różnią się pod względem regulacji i reagowania na terapie farmaceutyczne, terapie hormonalne i inne metody leczenia utraty masy kostnej związanej z wiekiem. Zginanie trzypunktowe jest powszechną metodą stosowaną do oceny wpływu leczenia na obszar środkowej części trzonu kości długich, który jest bogaty w kość korową. Jednoosiowe testy kompresji kręgów myszy, choć zdolne do oceny kości bogatych w kość gąbczastą, są rzadziej wykonywane ze względu na wyzwania techniczne. Jeszcze rzadziej wykonuje się połączenie trzypunktowych testów zginania i ściskania w celu określenia, w jaki sposób leczenie może wpływać na obszar środkowej kości długiej i centrum kręgu w podobny lub różny sposób. W tym miejscu opisujemy dwie procedury, dzięki którym próba kompresji kręgów lędźwiowych myszy jest mniej trudna do wykonania równolegle z zginaniem trzypunktowym: po pierwsze, procedura przekształcania trzypunktowej maszyny do gięcia w maszynę do prób ściskania, a po drugie, metoda osadzania w celu przygotowania powierzchni obciążenia kręgów lędźwiowych myszy.

Dzięki temu protokołowi krok po kroku, który wykorzystuje zatapianie powierzchni obciążenia L5 oraz wielofunkcyjną maszynę do zginania trójpunktowego/prób ściskania, możliwe jest przeprowadzenie testów kompresyjnych kręgów lędźwiowych myszy w celu porównań międzygrupowych. Łącznie przygotowano dwadzieścia cztery kręgi L5 myszy przy użyciu metody zatapiania. Trzy z próbek zostały jednak uszkodzone podczas usuwania wyrostków kręgowych za pomocą diamentowej tarczy odcinającej w narzędziu rotacyjnym, w związku z czym nie poddano ich badaniu. W związku z tym właściwości mechaniczne wymienione poniżej zostały pomyślnie uzyskane z dwudziestu jednej z dwudziestu czterech próbek przy zastosowaniu metody zatapiania. Po każdym teście przeprowadzono wizualną inspekcję okazów; nakrętka z PMMA nie uległa uszkodzeniu w żadnym z testów. Jak wspomniano, myszy wykorzystane w niniejszym badaniu były częścią szerszego projektu mającego na celu określenie wpływu diety z nasion konopi na kości młodych i rosnących samic myszy C57BL/6. Statystyki opisowe pięciu powszechnie raportowanych właściwości mechanicznych całej kości przedstawiono w Tabeli 1. Krzywe obciążenie-przemieszczenie dla wszystkich dwudziestu jeden próbek znajdują się na Rysunku 7.
<img alt="Układ do badania równowagi statycznej z czujnikami obciążenia i przemieszczenia; sprzęt do analizy mechanicznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Przebudowa maszyny do zginania trójpunktowego na maszynę do badań ściskania. (A) Maszyna w pełnej konfiguracji do zginania trójpunktowego z zaznaczonym czujnikiem przemieszczenia i czujnikiem obciążenia (białe strzałki). (B) Maszyna po usunięciu belki poprzecznej. (C) Maszyna po umieszczeniu samocentrującej górnej płyty dociskowej w miejscu, gdzie wcześniej znajdowała się belka poprzeczna. (D) Dolne belki wsporcze z wywierconymi otworami. (E) Dolna płyta dociskowa ze stali nierdzewnej z czterema gwintowanymi otworami, w których jeden z otworów jest częściowo wkręcony śrubą. Dwa pozostałe otwory niewidoczne na zdjęciu znajdują się po przeciwnej stronie. (F) Dolne belki wsporcze z przymocowaną do nich płytą dociskową za pomocą czterech śrub imbusowych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykresy przemieszczenia systemu w funkcji obciążenia z dopasowanymi równaniami do analizy danych w badaniu mechanicznym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Przykład wykresu przemieszczenia systemu (Δxmachine) vs. obciążenia z dopasowaną regresją liniową (A), logarytmiczną (B), wielomianową drugiego stopnia (C) oraz wielomianową trzeciego stopnia (D).W tym przykładzie wielomian trzeciego stopnia zapewnia najlepsze dopasowanie według wartości R2, a jego regresja jest wykorzystywana jako czynnik korekcji przemieszczenia systemu. Przedstawione obrazy zawierają przykładowe dane w celu zademonstrowania dopasowania regresji; badacze muszą uzyskać własne dane dla poszczególnych urządzeń. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig02large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Disekcja kręgów kręgosłupa, identyfikacja L5 i L6, schemat porównawczy, badanie anatomiczne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Odcinek lędźwiowy kręgosłupa myszy. Odcinek lędźwiowy kręgosłupa myszy pod mikroskopem dissectingowym przed usunięciem kręgu L6 (A) oraz po usunięciu kręgu L6, przy pozostawieniu przymocowanego kręgu L5 (B). Kręg L5 zostanie następnie usunięty i przygotowany do testów kompresyjnych. Białe pasy to krążki międzykręgowe, które zostały wypreparowane i usunięte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig03large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Schemat pomiaru kręgów; widoki czaszkowy, ogonowy, grzbietowy i brzuszny; analiza wysokości i szerokości." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Anatomia kręgu L5. Reprezentatywny kręg L5 myszy w widoku czaszkowym, ogonowym, grzbietowym i brzusznym pod mikroskopem stereoskopowym. Ważne wymiary trzonu kręgu obejmują wysokość, szerokość grzbietowo-brzuszną oraz szerokość boczną, zaznaczone kolorowymi liniami. Czarne przerywane linie wskazują przybliżone miejsca cięć w celu usunięcia wyrostków kręgu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układ do badań mechanicznych ściskający materiał; eksperyment naprężenie-odkształcenie; precyzyjna aparatura pomiarowa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Okres utwardzania cementu kostnego PMMA. Przykład kręgu L5 z nałożonym na górną płytkę graniczną cementem kostnym PMMA (kolor zielony) oraz opuszczoną na kompleks cement kostny PMMA + kość górną płytą dociskową. Po całkowitym utwardzeniu cementu kostnego PMMA rozpocznie się test ściskania. Górna płyta będzie obniżana dalej, aż do zaobserwowania zniszczenia materiału. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres obciążenia w funkcji przemieszczenia; pokazuje sztywność, granicę plastyczności i maksymalne obciążenie w analizie badań materiałowych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 6"> 
Rysunek 6: Krzywa obciążenie-przemieszczenie oraz analiza danych z testu ściskania kości kręgosłupa myszy. Kursor A oznacza początek testu ściskania. Kursor B oznacza punkt zniszczenia materiału. Kursor C oznacza początek liniowego obszaru sprężystego, natomiast kursor D oznacza jego koniec (t.j. granicę plastyczności). Obszar zaznaczony jasnoszarym kolorem to liniowy obszar sprężysty, w którym materiał powróci do pierwotnego kształtu po usunięciu obciążenia. Obszar zaznaczony ciemnoszarym kolorem to obszar plastyczny, w którym materiał uległ trwałej deformacji i nie powróci do pierwotnego kształtu po usunięciu obciążenia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykresy przedstawiające analizę spektralną w różnych warunkach: CON, 5HS, 15HS, dane eksperymentalne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65502/65502fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7Krzywe obciążenie-przemieszczenie dla wszystkich dwudziestu jeden próbek kostnych. Wzorce różniły się w zależności od kości. Generalnie największa zmienność występowała w zakresie przemieszczenia po przekroczeniu granicy plastyczności, przy czym w kilku przypadkach (n = 5) kości o stosunkowo niewielkim przemieszczenie poprzestępowe oraz inni (n = 16) wykazujący stosunkowo duży przemieszczenie po granicy plastyczności. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/65502fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody >
		<tr >
			<td >Grupa</td>
			<td >Praca do zniszczenia (N*mm)</td>
			<td >Obciążenie maksymalne (N)</td>
			<td >Sztywność (N/mm)</td>
			<td >Obciążenie graniczne (N)</td>
			<td >Przesunięcie po granicy plastyczności (mm)</td>
		</tr >
		<tr >
			<td >CON (n = 7)</td>
			<td >13.43 ± 2.44 A,B</td>
			<td >37.93 ± 3.28</td>
			<td >109.14 ± 11.86</td>
			<td >22.68 ± 2.04</td>
			<td >0.34 ± 0.06</td>
		</tr >
		<tr >
			<td >5HS (n = 8)</td>
			<td >12.12 ± 1.23 A</td>
			<td >33.62 ± 2.43</td>
			<td >99.70 ± 16.62</td>
			<td >20.88 ± 2.69</td>
			<td >0.38 ± 0.08</td>
		</tr >
		<tr >
			<td >15HS (n = 6)</td>
			<td >19.55 ± 2.13 B</td>
			<td >41.82 ± 1.85</td>
			<td >134.58 ± 19.73</td>
			<td >28.07 ± 3.20</td>
			<td >0.51 ± 0.07</td>
		</tr >
		<tr >
			<td >Grupy połączone (n = 21)</td>
			<td >14.68 ± 1.27</td>
			<td >37.40 ± 1.63</td>
			<td >121.82 ± 9.43</td>
			<td >23.54 ± 1.60</td>
			<td >0.40 ± 0.04</td>
		</tr >
	</tbody >
</table>
Tabela 1: Reprezentatywne wartości najczęściej raportowanych właściwości mechanicznych całej kości, uzyskane przy zastosowaniu metody zatapiania z przygotowaniem powierzchni obciążania. Wartości uzyskano przy zastosowaniu wszystkich protokołów szczegółowo opisanych w niniejszym badaniu. W związku z tym wartości te reprezentują wyniki, jakie można osiągnąć przy użyciu opisanych tutaj metod. Wartości przedstawiono jako średnie ± SEM. Grupy stanowią samice myszy C57BL/6 karmione dietą wzbogaconą o całe nasiona konopi w stężeniach 0% (CON), 50 g/kg (5%) (5HS) lub 150 g/kg (15%) (15HS) w wieku od 5 do 29 tygodni. W przypadku jednego z parametrów (praca do zniszczenia) wydaje się, że dieta wpłynęła na wartości zgodnie z jednoczynnikową analizą ANOVA (p &lt; 0,05). Wartości oznaczone tym samym nadstawionym literowym indeksem nie różnią się istotnie (p &gt; 0,05), natomiast wartości z różnymi indeksami literowymi różnią się istotnie (p &lt; 0,05), zgodnie z analizą post hoc Tukeya-Kramera.
Plik uzupełniający 1: Przykładowy kod do wyznaczenia właściwości mechanicznych całej kości. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65502/JOVE_Supplementary.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

W tym protokole opisane są dwa podejścia, które ułatwiają jednoosiowe testowanie kompresji kręgów lędźwiowych myszy. W pierwszej kolejności opisano konwersję giętarki trzypunktowej na maszynę do prób ściskania. Po drugie, metoda osadzania w celu przygotowania powierzchni ładunkowej, która wykorzystuje cement kostny, jest dostosowana do kręgów lędźwiowych myszy.

Mysi kręg lędźwiowy Jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej

There is increasing awareness that cortical and cancellous bone differ in regulating and responding to pharmaceutical therapies, hormone therapies, and ...

Nasze badania koncentrują się na badaniach wytrzymałości mechanicznej kości małych zwierząt. W szczególności naszym celem jest przedstawienie metody osadzania do badania uciskowego kręgów lędźwiowych. Zastosowania w tym obszarze badawczym obejmują lepsze zrozumienie wpływu starzenia się i diety na właściwości mechaniczne kości kręgów.Z natury mały rozmiar kręgu jest wyzwaniem dla testów kompresji, ale metoda osadzania poprawia dostępność, ponieważ głównym przygotowaniem jest usunięcie tylko wyrostków kręgowych z głównego ciała, pozostawiając inne struktury nienaruszone. Mały rozmiar kręgów myszy sprawia, że trudno jest przygotować je do testów kompresji. Nasza metoda zapewnia prostszy sposób przygotowania powierzchni ładunkowej do jednoosiowej próby ściskania.Ponadto prezentujemy budowę maszyny do prób ściskania z giętarki trzypunktowej w celu łatwej konwersji między nimi. Nasza metoda pozwala naukowcom na proste połączenie trzypunktowego testowania zginania i kompresji, co może pozwolić naukowcom lepiej dostrzec wpływ terapii farmakologicznej, wymiaru dietetycznego lub innych zabiegów na most korowy w porównaniu z bogatą kością gąbczastą w modelu gryzonia. Badamy możliwości testowania kompresji dla innych rodzajów próbek biologicznych.Na przykład opracowujemy metody badania żuchwy myszy w połączeniu z innymi technikami oceny kości. Umożliwi to bardziej kompleksowe podejście do badania czynników wpływających na właściwości kości, takich jak starzenie się i dieta. Aby rozpocząć, odkręć belkę poprzeczną przymocowaną do czujnika obciążenia na giętarce trzypunktowej.Przykręć samonastawną górną płytę dociskową do czujnika obciążenia z gwintem identycznym jak belka poprzeczna. Włącz maszynę ze stałą prędkością opuszczania, aby rozpocząć test kompresji. Za pomocą gwintowanych sześciokątnych przymocuj dolną płytę dociskową do dwóch dolnych wsporników i dokręć je, aż zostaną bezpiecznie zamocowane.Następnie, aby określić przemieszczenie maszyny, opuść górną płytę na dolną płytę, aż do uzyskania lekkiego kontaktu bez badanego materiału pomiędzy nimi. Korzystaj z oprogramowania do gromadzenia danych cyfrowych, aby zbierać pomiary obciążenia i przemieszczenia podczas testów mechanicznych. Kontynuuj opuszczanie górnej płyty na dolną płytę ze stałą prędkością, aż zostaną osiągnięte siły większe niż siły wytwarzane przez wszystkie próbki kości.Wykreśl dane dotyczące przemieszczenia systemu w stosunku do przyłożonego obciążenia. Skoryguj zarejestrowane przemieszczenie dla każdego punktu danych z próbek kręgów myszy uzyskanych w kolejnych krokach. Na początek wykonaj małe nacięcie na grzbietowej linii środkowej tuszy myszy w pobliżu podstawy ogona.Przedłuż nacięcie na każdej tylnej kończynie i delikatnie pociągnij, aby usunąć skórę z podstawy ogona w kierunku głowy zwierzęcia. Odetnij mięśnie ściany brzucha, aż kręgosłup stanie się łatwo widoczny. Pod mikroskopem preparacyjnym zidentyfikuj dwa stawy krzyżowo-biodrowe i zlokalizuj czaszkowy koniec kości krzyżowej.Za pomocą żyletki lub skalpela wykonaj precyzyjne cięcie, aby oddzielić ostatni kręg lędźwiowy od czaszkowego końca kości krzyżowej. Ponownie przeciąć przestrzeń międzykręgową, usunąć L6 i L5 z kręgosłupa i odłożyć L5 do analizy. Zbadaj kręg pod mikroskopem preparacyjnym i usuń wszystkie tkanki miękkie z kości, w tym krążek międzykręgowy, za pomocą gazików i, w razie potrzeby, delikatnie kleszczami.Na początek przeanalizuj piąty kręg lędźwiowy odizolowany od zamrożonej tuszy myszy. Za pomocą diamentowej tarczy tnącej przymocowanej do narzędzia obrotowego, przetnij każdą szypułkę, aby usunąć wyrostki poprzeczne i kolczyste. Delikatnie przeszlifuj ogonowy koniec kręgu za pomocą drobnego papieru ściernego o ziarnistości 120, aby wyeliminować wszystkie krążki międzykręgowe, tkanki miękkie i nierówności.Następnie oznacz szlifowany koniec ogona trwałym markerem, aby ułatwić późniejszą identyfikację. Przygotuj cement kostny PMMA zgodnie z instrukcjami producenta. Nałóż niewielką ilość półmiękkiego cementu kostnego PMMA na górną stronę nieoznaczonego końca czaszki kręgu i nawodnij solą fizjologiczną.Podczas gdy PMMA jest nadal półmiękki, umieść kręg na dolnej płycie ogonowej stroną ogonową skierowaną w dół. Teraz włącz maszynę, aby włączyć koła zębate napędowe i stopniowo opuszczaj górną płytę dociskową na kręg i kompleks cementu kostnego PMMA, aż zetknie się z cementem kostnym. Pozwól, aby cement kostny PMMA całkowicie stwardniał, podczas gdy górna płyta delikatnie go dociska.Korzystaj w czasie rzeczywistym z oprogramowania cyfrowego przeznaczonego do zbierania danych z badań mechanicznych, aby zbierać dane dotyczące obciążenia i przemieszczenia z czujników do arkusza kalkulacyjnego. Po zebraniu linii podstawowej przez pięć sekund, przyłożonej z minimalną siłą napięcia wstępnego mniejszą niż 0,5 niutona, stopniowo opuszczaj górną warstwę platyny na próbkę ze stałą i z góry określoną prędkością opuszczania, aby rozpocząć próbę ściskania. Przerwij gromadzenie danych, gdy zaobserwujesz znaczne zmniejszenie obciążenia wskazujące na awarię materiału.Skoryguj każdy punkt danych dla przemieszczenia systemu, korzystając z równania uzyskanego w poprzednich krokach. Aby utworzyć krzywą przemieszczenia obciążenia z obciążeniem na osi y i skorygowanym przemieszczeniem próbki na osi x, najpierw utwórz tabelę, klikając Windows, a następnie wybierając Nowa tabela, a następnie Zrób to. Skopiuj skorygowane dane o przemieszczeniu i obciążeniu z arkusza kalkulacyjnego danych pierwotnych do nowej tabeli.Następnie, aby wygenerować przebieg reprezentujący surowe dane, kliknij Dane i wybierz XY Pair to Waveform. Wybierz skorygowane dane przemieszczenia dla X-Wave i dane obciążenia dla Y-Wave. Upewnij się, że w polu Liczba punktów znajdują się poprawne punkty danych.Nazwij przebieg i kliknij przycisk Utwórz przebieg. Po utworzeniu przebiegu zwizualizuj krzywą przemieszczenia obciążenia, klikając Windows i wybierając Nowy wykres. Umieść przebieg na osi y i oblicz go na osi x, aby wygenerować wykres.Użyj narzędzia kursora, aby zaznaczyć punkty lub obszary zainteresowania na wykresie w celu dalszej analizy.

mouse-lumbar-vertebra-uniaxial-compression-testing-with-embedding

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

W tym badaniu omówione zostanie użycie urządzenia do ładowania in situ w połączeniu z mikro-rentgenowską tomografią komputerową do biomechaniki stawów włóknistych. Odczyty doświadczalne identyfikujące się z ogólną zmianą biomechaniki stawów będą obejmowały: 1) siłę reakcyjną w funkcji przemieszczenia, tj. przemieszczenie zęba w obrębie zębodołu i jego reakcję reakcyjną na obciążenie, 2) trójwymiarową (3D) konfigurację przestrzenną i morfometrię, tj. zależność geometryczną zęba względem zębodołu...

In situ Obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb

Tutaj prezentujemy protokół do opracowania czysto jednoosiowej maszyny ładującej. Zastosowano krytyczne aspekty projektowe w celu zapewnienia dokładnych i powtarzalnych wyników testów.

Zastosowanie aspektów projektowych w rozwoju jednoosiowych maszyn załadowczych

Opracowaliśmy model zwyrodnienia krążka międzykręgowego w odcinku lędźwiowym myszy poprzez resekcję wyrostków kolczystych L3–L5 wraz z więzadłami nad- i międzykolcowymi oraz odłączeniem mięśni przykolcowych.

Mysi model niestabilności odcinka lędźwiowego kręgosłupa

Obecny protokół opisuje rozwój powtarzalnej platformy testowej dla mysich szyjek kości udowych w układzie zginania wspornikowego. Niestandardowe prowadnice drukowane w 3D zostały użyte do konsekwentnego i sztywnego mocowania kości udowych w optymalnym ustawieniu.

Zginanie wspornikowe mysich szyjek kości udowej

Wypadanie narządów miednicy dotyka miliony kobiet na całym świecie, a mimo to niektóre powszechne interwencje chirurgiczne mają wskaźnik niepowodzeń sięgający nawet 40%. Brak standardowych modeli zwierzęcych do badania tego schorzenia hamuje postęp. Proponujemy następujący protokół jako model do zawieszenia więzadła maciczno-krzyżowego i prób rozciągania in vivo.

Opracowanie szczurzego modelu zawieszenia więzadła maciczno-krzyżowego

Protokół umożliwia pomiar deformacji mikrostruktury kości w całej proksymalnej ludzkiej kości udowej oraz jej wytrzymałości poprzez połączenie dużego skanowania mikro-tomografem komputerowym, specjalnie wykonanego etapu kompresji i zaawansowanych narzędzi do przetwarzania obrazu.

Obrazowanie mechanizmu uszkodzenia mikrostrukturalnego w ludzkim biodrze

Ten artykuł przedstawia szczegółowy protokół preparowania więzadeł maciczno-krzyżowych i innych tkanek dna miednicy, w tym szyjki macicy, odbytnicy i pęcherza moczowego u myszy, w celu rozszerzenia badań nad żeńskimi tkankami rozrodczymi.

Izolacja i charakterystyka mysich więzadeł maciczno-krzyżowych i narządów dna miednicy

Ten protokół przedstawia krok po kroku technikę operacyjnej wielopoziomowego skośnego lędźwiowego zespolenia międzytrzonowego (OLIF), omawiając kluczowe kroki dla osiągnięcia optymalnych wyników.

Wielopoziomowe skośne lędźwiowe zespolenie międzytrzonowe w chorobie zwyrodnieniowej dysku lędźwiowego z niestabilnością

Opisano nowy system in vitro do jednoczesnego obciążania czterech ścięgien w hodowli.

Mechaniczne obciążanie ścięgna ex vivo

Powszechnie wiadomo, że siły mechaniczne w organizmie mogą wpływać na różnicowanie i proliferację komórek. Przedstawiamy protokół wideo demonstrujący zastosowanie bioreaktora zbudowanego na zamówienie do przykładania jednowymiarowego cyklicznego odkształcenia rozciągającego do komórek macierzystych hodowanych na elastycznych podłożach z mikrowzorami.

Mechaniczna stymulacja komórek macierzystych z wykorzystaniem cyklicznego odkształcenia jednowymiarowego

Poznaj metodę osadzania kręgów lędźwiowych myszy w celu testowania ściskania, wykorzystującą cement kostny PMMA i zmodyfikowaną maszynę do zginania. Technika ta ułatwia badanie wpływu starzenia i diety na właściwości mechaniczne kości.

Mysi kręg lędźwiowy Jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej

Przeglądaj więcej filmów