O presente protocolo descreve um dispositivo de teste de atrito que aplica deslizamento recíproco simultâneo e carga normal a dois contrafacetos biológicos de contato.
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Artigo de método
Um dispositivo de teste de atrito-bioreator para estudo de biomecânica articular sinovial, mecanobiologia e regulação física
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
Na osteoartrite primária (OA), o "desgaste" normal associado ao envelhecimento inibe a capacidade da cartilagem de sustentar suas funções de carga e lubrificação, promovendo um ambiente físico deletério. As interações de atrito da cartilagem articular e do sinodio podem influenciar a homeostase articular através do desgaste do nível do tecido e da mecanotransdução celular. Para estudar esses processos mecânicos e mecanobiológicos, descreve-se um dispositivo capaz de replicar o movimento da articulação. O dispositivo de teste de atrito controla a entrega de movimento de tradução recíproca e carga normal para dois contrafaceto biológicos de contato. Este estudo adota uma configuração sinovial-sobre-cartilagem, e as medidas do coeficiente de atrito são apresentadas para testes realizados em um banho de soro fisiológico tamponado (PBS) ou fluido sinovial (SF). O teste foi realizado para uma série de tensões de contato, destacando as propriedades lubrificantes de SF sob altas cargas. Este dispositivo de teste de atrito pode ser usado como um biorreator biomimético para estudar a regulação física dos tecidos articulares vivos em resposta ao carregamento fisiológico aplicado associado à articulação articular diarthrodial.
Introdução
A osteoartrite (OA) é uma doença articular degenerativa debilitante que afeta mais de 32 milhões de adultos americanos, com um custo de saúde e socioeconômico de mais de US$ 16,5 bilhões1. A doença tem sido classicamente caracterizada pela degradação da cartilagem articular e do osso subcondral; no entanto, as mudanças no sinovium recentemente ganharam apreciação, pois a sinovite tem sido associada aos sintomas de OA e progressão 2,3,4. Em OA primário (idiopático), o "desgaste" normal associado ao envelhecimento inibe a capacidade da cartilagem de sust....
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Protocolo
As articulações do joelho bovino juvenil, obtidas a partir de um matadouro local, foram utilizadas para o presente estudo. Estudos com amostras de amostras de bovinos são isentos do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC).
1. Projetando o dispositivo de teste de atrito
NOTA: Uma representação esquemática do dispositivo de teste de atrito é mostrada na Figura 1. O dispositivo é construído sobre uma placa base rígida (não mostrada), que serve como uma plataforma para suporte estrutural.
- Conecte um motor de estepe ao estágio de tradução horiz....
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Resultados
Uma configuração de sinoviaio-na-cartilagem foi usada para testar explantas bovinas juvenis. O sinovia foi montado em uma placa de carregamento acrílico de 10 mm de diâmetro, de tal forma que a camada intimal estaria em contato com a cartilagem subjacente. Uma tira tibial foi usada como contraface de cartilagem (Figura 6A). As tiras tibiais foram cortadas com uma profundidade de aproximadamente 1,4 mm e um tamanho de 10 mm x 30 mm. As amostras foram testadas por 1 h a 37 °C em um banho de so.......
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Discussão
Existe um ambiente mecânico dinâmico dentro da articulação, pois a cartilagem é submetida a forças compressivas, de tração e cisalhamento, e pressões hidrostáticas e osmóticas44,45. Embora a cartilagem seja o principal tecido de suporte de carga da articulação, o sinolário também sofre interações de atrito com a superfície da cartilagem e consigo mesma em regiões onde o tecido se dobra. As interações físicas entre cartilagem e sinovia são provavelmente responsáve.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pela Ortopédica Scientific Research Foundation, NIH 5R01 AR068133, NIH TERC 5P41EB027062 e NIGMS R01 692 GM083925 (Funder ID: 10.13039/100000057).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Folha de alumínio | Reynolds Group Holdings | Reynolds Wrap | Colheita de tecido estéril |
| Invólucro de acrílico com moldura de alumínio | sob medida | Componente do testador de fricção | |
| de esterilização de selagem instantânea autoclaváveis | Fisherbrand | 01-812-54 | Esterilização de ferramentas |
| Autoclave | Buxton | Esterilização de ferramentas | |
| Copo (250 mL) | Pyrex Vista | 70000 | Colheita de tecidos |
| Betadine (Solução de preparação de iodopovidona) | Medline Industries, LP | MDS093906 | Colheita de tecidos estéreis |
| Armário de segurança biológica | Labconco | Purifier Logic+ Classe II, Tipo A2 BSC | Colheita de tecidos estéreis |
| Punção Biospy | Steritool Inc. | 50162 | Colheita de tecidos |
| Cortador de caixas | American Safety Razor Company | 94-120-71 | Colheita de tecidos |
| Poste circular de acrílico-silício (sinóvia) | Feito sob medida | Montagem | |
| de tecidos Meios de cultura | DMEM feito sob medida | (Cat No. 11-965-118; Gibco) suplementado com 50 μ g/mL de L-prolina (Cat. Nº P5607; Sigma), 100 μ g/mL de piruvato de sódio (Cat. Nº S8636; Sigma), 1% ITS (Cat. Nº 354350; Corning) e 1% antibiótico– antimicótico (Cat. No. 15-240-062, Gibco) | |
| Cianoacrilato (Loctite 420 Clear) | Henkel | 135455 | Montagem de tecido |
| Pesos mortos | OHAUS | Carga normal | |
| Etanol 200 prova | Decon Labs, Inc. | 2701 | Diluir a 70% |
| de base fixa | ThorLabs, Inc. | Pinça de componente do testador de fricção | SB1T |
| (colheita de sinóvia) | Ferramentas de Belas Ciências | 11019-12 | de colheita de tecido |
| (montagem de sinóvia) | Excelta | 3C-S-PI | Montagem de tecido |
| Codificador linear horizontal (para estágio de tradução) | RSF Electronics, Inc. | MSA 670.63 | Componente do testador de fricção; resolução do sistema de 1 µ m |
| Pistola de cola quente e cola | FPC Corporation | Surebonder Pro 4000A | Montagem de tecido |
| LabVIEW | National Instruments Corporation | LabVIEW 2010 | Programa de teste de fricção |
| Célula de carga | JR3 Inc. | 20E12A-M25B | ; 0,0019 libras de definição em x& y, 0,0038 lbs resolução em z |
| Placa de carregamento | Feito sob medida | Montagem | |
| de tecido O-ring | Parker | S1138AS568-009 | Montagem de tecido |
| Petri (60 mm) | Falcon | 351007 | Montagem de tecido |
| PivotLok Work Positioner (suporte de tíbia) | Industry Depot, Pivot Lok | PL325 | Colheita de tecido |
| Base removível | ThorLabs, Inc. | SB1B | Componente do testador de fricção |
| Suporte | Colheita de tecidos | ||
| Lâminas de bisturi | Havel's Inc. | FSC22 | Colheita de tecidos |
| Bisturi lidar | com FEATHER Safety Razor Co., Ltd. | colheita de tecido | nº 4 |
| Wera | 3334 | Estágio de colheita de tecido | |
| JMAR | Componente do testador de fricção | ||
| Motor de passo | Oriental Motor Co., Ltd. | PK266-03B | Componente do testador de fricção |
| Ferramenta de sucção | Virtual Industries, Inc. | PEN-VAC Caneta a vácuo | Montagem de tecido |
| Haste de suporte | Montagem de | tecido | |
| cirúrgica | Ferramentas de ciências finas | 14061-09 | Montagem de tecido |
| Fluido sinovial (bovino) | Animal Technologies, Inc. | Banho de teste de fricção | |
| Banho de teste | feito sob medida | com inibidores de protease: 0,04% de biocida à base de isotiazolona (Proclin 950 Cat. Nº 46878-U; Sigma) e inibidor de protease a 0,1% - ácido etilenodiaminotetracético 0,05 M, EDTA (Cat. Nº 0369; Sigma) | |
| Incubadora de cultura de tecidos | Fisher Scientific | Isotemp | cultura estéril |
| (para estágio de carregamento) | Renishaw | T1031-30A | Componente do testador de fricção; resolução de 20 nm |
| Atuador de bobina de voz | H2W Technologies | NCC20-15-027-1RC | Componente do testador de fricção |
Referências
- 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....
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Reimpressões e permissões
