Name: Caracterizando Propriedades Multiscale mecânicas do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto, e Reologia (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 19 s
Description: Aprenda a caracterizar propriedades viscoelásticas do tecido cerebral em múltiplas escalas usando microscopia de força atômica, recuo de impacto e reologia. Essas técnicas avançadas permitem analisar desde células individuais até cérebros inteiros.

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Reconhecemos o apoio a este trabalho da National Multiple Sclerosis Society e do Simons Center for the Social Brain. A BQ reconhece o apoio do programa de Bolsas de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Defesa Nacional dos EUA.

<ol><li>van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+Properties+of+Brain+Tissue%3A+Characterisation+and+Constitutive+Modelling%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanosensitivity+of+the+Nervous+System%22%5BJournal%5D)">Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling.</a> Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).</li>
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<li>Moreno-Flores, S., Benitez, R., Vivanco, M. D., Toca-Herrera, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+relaxation+microscopy%3A+Imaging+local+stress+in+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Stress relaxation microscopy: Imaging local stress in cells.</a> Journal of Biomechanics. 43 (2), 349-354 (2010).</li>
<li>Kalcioglu, Z. I., Qu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+impact+indentation+of+hydrated+biological+tissues+and+tissue+surrogate+gels%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Magazine%22%5BJournal%5D)">Dynamic impact indentation of hydrated biological tissues and tissue surrogate gels.</a> Philosophical Magazine. 91 (7-9), 1339-1355 (2011).</li>
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<li>Elkin, B. S., Azeloglu, E. U., Costa, K. D., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+heterogeneity+of+the+rat+hippocampus+measured+by+atomic+force+microscope+indentation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Mechanical heterogeneity of the rat hippocampus measured by atomic force microscope indentation.</a> Journal of Neurotrauma. 24 (5), 812-822 (2007).</li>
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<li>Constantinides, G., Kalcioglu, Z. I., McFarland, M., Smith, J. F., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+mechanical+properties+of+fully+hydrated+gels+and+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Probing mechanical properties of fully hydrated gels and biological tissues.</a> Journal of Biomechanics. 41 (15), 3285-3289 (2008).</li>
<li>Shen, F., Tay, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+Bilston+Nonlinear+Viscoelastic+Model+for+Finite+Element+Head+Injury+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering+--+Transactions+of+the+ASME%22%5BJournal%5D)">Modified Bilston Nonlinear Viscoelastic Model for Finite Element Head Injury Studies.</a> Journal of Biomechanical Engineering -- Transactions of the ASME. 128 (5), 797-801 (2006).</li>
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<li>Rother, J., Nöding, H., Mey, I., Janshoff, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscopy-based+microrheology+reveals+significant+differences+in+the+viscoelastic+response+between+malign+and+benign+cell+lines%5BTitle%5D)+AND+%22Open+biology%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscopy-based microrheology reveals significant differences in the viscoelastic response between malign and benign cell lines.</a> Open biology. 4 (5), 140046(2014).</li>
<li>Du, P., Lu, H., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+Young%27s+Relaxation+Modulus+of+PDMS+Using+Stress+Relaxation+Nanoindentation%5BTitle%5D)+AND+%22Symposium+DD+-+Microelectromechanical+Systems+-+Materials+and+Devices+III%22%5BJournal%5D)">Measuring the Young's Relaxation Modulus of PDMS Using Stress Relaxation Nanoindentation.</a> Symposium DD - Microelectromechanical Systems - Materials and Devices III. 1222 (c), (2009).</li>
<li>Elkin, B. S., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscoelastic+properties+of+the+P17+and+adult+rat+brain+from+indentation+in+the+coronal+plane%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Viscoelastic properties of the P17 and adult rat brain from indentation in the coronal plane.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135, 114507(2013).</li>
<li>Brands, D. W., Bovendeerd, P. H., Peters, G. W., Wismans, J. S., Paas, M. H., van Bree, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+dynamic+behavior+of+brain+tissue+and+two+model+materials%5BTitle%5D)+AND+%2243rd+Stapp+Car+Crash+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Comparison of the dynamic behavior of brain tissue and two model materials.</a> 43rd Stapp Car Crash Conference Proceedings. , 313-320 (1999).</li>
<li>Hrapko, M., van Dommelen, J. A. W., Peters, G. W. M., Wismans, J. S. H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+the+mechanical+behaviour+of+brain+tissue+in+compression+and+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">Characterisation of the mechanical behaviour of brain tissue in compression and shear.</a> Biorheology. 45 (6), 663-676 (2008).</li>
<li>Pogoda, K., Chin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compression+stiffening+of+brain+and+its+effect+on+mechanosensing+by+glioma+cells%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Compression stiffening of brain and its effect on mechanosensing by glioma cells.</a> New Journal of Physics. 16 (7), 075002(2014).</li>
<li>Peters, G. W. M., Meulman, J. H., Sauren, A. A. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+applicability+of+the+time%2Ftemperature+superposition+principle+to+brain+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">The applicability of the time/temperature superposition principle to brain tissue.</a> Biorheology. 34 (2), 127-138 (1997).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Cada técnica apresentada neste artigo mede diferentes facetas de propriedades mecânicas do tecido cerebral. cumprimento fluência e relaxação de tensão módulos são uma medida das propriedades mecânicas dependentes do tempo. Os módulos de armazenamento e de perda representam propriedades mecânicas dependentes de taxa. Impacto recuo também mede propriedades mecânicas dependentes da taxa, mas no contexto de dissipação de energia. Ao caracterizar as propriedades mecânicas dos tecidos, tanto recuo permitiu-AFM e reologia são ...

Mais tecidos moles que compreendem órgãos biológicos são mecanicamente e estruturalmente complexa, de baixa rigidez em comparação com o osso mineralizado ou materiais de engenharia, e exibem deformação não-linear e dependente do tempo. Em comparação com outros tecidos do corpo, o tecido cerebral é extraordinariamente compatível, com módulos de elasticidade E na ordem de 100s de 1 Pa. O tecido cerebral apresenta heterogeneidade estrutural com regiões da substância branca, que também diferem funcionalmente distinta e cinza e interdigitados. Compreendendo mecânica de tecido cerebral irá ajudar na concepção de materiais e modelos computacionais para simular a resposta do cérebro durante a lesão, facilitar a previsão de dano mecânico, e permitir a engenharia de estratégias de protecção. Para além disso, tal informação pode ser utilizada para considerar alvos ideais para a regeneração de tecidos, e para melhor compreender as alterações estruturais no tecido cerebral que estão associados a doenças tais como esclerose múltipla e autismo. Here, descrevemos e demonstrar várias abordagens experimentais que estão disponíveis para caracterizar as propriedades viscoelásticas dos tecidos compatíveis mecanicamente incluindo tecido cerebral, na micro, meso e macro-escalas. Em microescala, realizamos creep-conformidade e forçar experiências de relaxamento usando microscópio de força atômica (AFM) recuo habilitado. Tipicamente, a indentação permitiu-AFM é utilizado para estimar o módulo de elasticidade (rigidez ou instantânea) de uma amostra de 2-4. No entanto, o mesmo instrumento pode também ser utilizado para medir a viscoelasticidade microescala (tempo ou dependente da taxa de) propriedades 5-10. O princípio destas experiências, mostrado na Figura 1, é para recuar um AFM em cantilever sonda no tecido cerebral, manter uma magnitude especificada de força ou de profundidade de penetração, e medir as alterações correspondentes na profundidade de indentação e força, respectivamente, ao longo do tempo. Usando esses dados, podemos calcular o comp fluêncialiance J C e relaxamento módulo G R, respectivamente. No mesoescala, realizamos experimentos de recuo de impacto em condições imersas de líquido que mantêm a estrutura do tecido e os níveis de hidratação, usando um nanoindenter instrumentado à base de pêndulo. A montagem experimental é ilustrada na Figura 2. Uma vez que o pêndulo oscila em contacto com o tecido, a sonda de deslocamento é registada como uma função do tempo até que o pêndulo oscilante vem a descansar dentro do tecido. A partir do movimento oscilatório amortecido harmónica, resultante da sonda, pode-se calcular a profundidade máxima de penetração X max, a capacidade de dissipação de energia de K, e o factor de qualidade Q de dissipação (que diz respeito à taxa de dissipação de energia) do tecido 11,12. No macroescala, foi utilizado um reómetro de placas paralelas para quantificar o corte dependente módulos elásticos frequência,denominado o módulo de armazenamento G &#39;e o módulo de perda G &quot;, do tecido. Neste tipo de reometria, aplica-se uma tensão angular harmónica (e tensão de cisalhamento correspondente) em amplitudes conhecidos e frequências e medir o binário reacional (e tensão de cisalhamento correspondente) , como mostrado na Figura 3. a partir da amplitude e da fase lag resultante do binário medido e variáveis ​​geométricas do sistema, pode-se calcular G &#39;e G &quot;aplicados a frequências de interesse 13,14.

<table><tbody><tr><td>Xylazine</td><td>Lloyd Laboratoried</td><td></td><td>perscription droga</td></tr><tr><td>Cetamina</td><td>AnaSed Injeções</td><td></td><td>perscription droga</td></tr><tr><td>Vibratome (micrótomo de lâmina vibratória)</td> <td>Leica</td><td>VT1200</td><td></td></tr><tr><td>Hibernate-A Medium</td><td>Gibco</td><td>A1247501</td><td>CO2-independente meio neural para tecido adulto</td></tr><tr><td>Microscópio de Força Atômica, MFP-3D-BIO</td><td>Asylum</td> <td>Research-Petri</td><td></td></tr> <tr><td>Dish Heater</td><td>Asylum</td> <td>Research-AFM</td><td></td></tr> <tr><td>Probe, 0.03 N/m, 10&nbsp; &micro; esfera de borossilicato de raio m</td><td>Novascan</td><td>PT. GS</td><td></td></tr><tr><td>Cell-Tak</td><td>Corning</td><td>354240</td><td>bioadesivo derivado de mexilhão</td></tr><tr><td>Bicarbonato de sódio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>fornecedores alternativos podem ser usados</td></tr><tr><td>Hidróxido de sódio, 1 N</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>59223C</td><td>fornecedores alternativos podem ser usados</td></tr><tr><td>Instrumentado Indentador, NanoTest Vantage</td><td>Micro Materials Ltd.</td><td>-</td><td>A ponta da sonda precisa ser usinada (punção plana de aço, 1&nbsp; mm de diâmetro, 4-5&nbsp; mm de comprimento)</td></tr> <tr><td>NanoTest Liquid Cell</td><td>Micro Materials Ltd.</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Reômetro de Placa Paralela MCR501</td><td>Anton-Parr-PP25</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Anton-Parr-25</td> mm <td>de</td> <td>diâmetro placa de medição plana</td></tr><tr><td>Lixa Adesiva</td><td>McMaster-Carr</td><td>4184A48</td><td>fornecedores alternativos podem ser usados</td></tr><tr><td>Loctite 4013 Adesivo Instantâneo</td><td>Henkel</td><td>20268</td><td>fornecedores alternativos podem ser usados</td></tr></tbody></table>

caracterizando propriedades multiscale mecânicas do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto, e reologia

Characterizing Multiscale Mechanical Properties of Brain Tissue Using Atomic Force Microscopy, Impact Indentation, and Rheometry

Para projetar e engenheiro de materiais inspirados nas propriedades do cérebro, seja para simuladores mecânicos ou para estudos de regeneração de tecidos, o próprio tecido cerebral deve ser bem caracterizada em várias escalas de comprimento e hora. Como muitos tecidos biológicos, tecido cerebral apresenta uma estrutura complexa, hierárquica. No entanto, em contraste com a maioria dos outros tecidos, o cérebro é de muito baixa rigidez mecânica, com elástico módulos E de novo na ordem de 100s de Pa. Esta baixa rigidez pode apresentar desafios para a caracterização experimental das propriedades mecânicas importantes. Aqui, demonstramos diversas técnicas de caracterização mecânicas que foram adaptados para medir as propriedades elásticas e viscoelásticas dos materiais hidratados, compatíveis biológicos, tais como tecido do cérebro, em diferentes escalas de comprimento e taxas de carregamento. Em microescala, realizamos creep-conformidade e força de relaxamento experimentos usando de força atômica recuo habilitado para microscópio. Nas mesoscale, realizamos experimentos de impacto de recuo usando um penetrador instrumentado à base de pêndulo. No macroescala, realizamos reometria de placas paralelas para quantificar o corte módulos elásticos dependente da freqüência. Nós também discutir os desafios e limitações associadas a cada método. Juntas, estas técnicas permitem uma caracterização mecânica em profundidade de tecido cerebral que pode ser usado para entender melhor a estrutura do cérebro e ao engenheiro de materiais bio-inspirados.

A Figura 4 mostra recuo representativa e força versus respostas de tempo (Figura 4B, E) para o cumprimento de fluência e forçar experiências de relaxação, dada uma força aplicada ou profundidade de indentação (Figura 4A, D), respectivamente. Utilizando estes dados e a geometria do sistema, o cumprimento fluência J c (t) e do relaxamento da força módulos G R (T) pode ser calculada para diferentes re...

Apresentamos um conjunto de técnicas para caracterizar as propriedades mecânicas viscoelásticas do cérebro nas micro, meso e macroescalas.

Caracterizando Propriedades Multiscale mecânicas do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto, e Reologia

To design and engineer materials inspired by the properties of the brain, whether for mechanical simulants or for tissue regeneration studies, the brain ...

O objetivo geral dessas técnicas de caracterização mecânica é medir as propriedades viscoelásticas de tecidos biológicos em diferentes escalas de comprimento e taxas de carregamento. Esses métodos podem ser usados para responder perguntas fundamentais na engenharia biológica. Por exemplo, como o cérebro se deforma sob taxas muito altas de carregamento, ou como doenças como esclerose múltipla ou autismo afetam as propriedades mecânicas do tecido cerebral.A principal vantagem dessas técnicas reside no fato de que, para materiais com rigidez muito baixa e alta hidratação, como um tecido biológico, é possível realizar testes sob uma ampla gama de condições de carregamento, bem como em uma ampla faixa de volumes de material, desde o nível de uma única célula até o de um cérebro inteiro. As implicações dessas técnicas estendem-se à modelagem da resposta do cérebro durante lesões, o que é importante para o desenvolvimento de estratégias protetivas. Embora este método possa fornecer informações sobre as propriedades mecânicas do cérebro, ele também pode ser aplicado a outros tecidos biológicos compliantes, como o coração e o fígado.Durante a caracterização mecânica de tecidos compliantes, estabelecer um contato apropriado entre a sonda de medição e o tecido é crucial. Carregue cuidadosamente uma sonda de AFM com uma constante elástica nominal de 0,03 newtons por metro e uma esfera de borossilicato de 20 micrômetros de diâmetro no suporte da sonda. Coloque uma fatia de cérebro montada em uma placa de Petri sobre um aquecedor acoplado à platina de AFM que tenha sido pré-aquecido a 37 graus Celsius.Em seguida, adicione cerca de dois mililitros de meio pré-aquecido. Depois, adicione cuidadosamente uma gota de meio sobre a ponta do AFM para protegê-la de quebrar devido à tensão superficial quando for abaixada no meio que envolve a fatia cerebral. Então, reposicione a cabeça do AFM sobre a platina e comece a abaixar a cabeça até que ela esteja submersa no meio.Usando o microscópio óptico, mova a platina para que a região de interesse fique abaixo da ponta AFM calibrada e, em seguida, abaixe a ponta AFM para estabelecer contato com a superfície do tecido. Para realizar os experimentos de fluência, construa uma função de força aplicada no editor de funções do software. A função consiste em uma rampa de 0,1 segundo até um ponto definido de 5 nanonewton, mantido por 20 segundos, seguido por uma rampa de um segundo até zero nanonewton.O software registrará dados sobre a penetração da sonda de AFM no tecido durante a função de força aplicada. Após realizar o experimento de fluência, conduza experimentos de relaxação de força criando uma função de penetração aplicada no software. Execute esta função enquanto o software coleta dados sobre a força sofrida pela sonda de AFM à medida que ela penetra no tecido.Para iniciar os testes de indentação por impacto, acople uma ponta esférica deslizando-a sobre o pêndulo utilizando pinças. Em seguida, fixe o suporte da amostra de quartzo fundido na placa e parafuse a placa no estágio translacional. Para permitir experimentos dinâmicos de impacto em tecidos cerebrais hidratados, realize primeiro a calibração da célula líquida.Acesse o menu Calibração no software, selecione Célula Líquida e siga as instruções do software para estabelecer contato com a amostra de quartzo fundido. Em seguida, selecione Normal para o Tipo de Indentador e utilize o valor padrão de 0,05 milinewtons para a Carga do Indentador. Então, clique em continuar para realizar a calibração da configuração normal do indentador.Agora, mova o estágio da amostra para trás em pelo menos cinco milímetros e monte o braço de alavanca. Repita a calibração da célula líquida na nova configuração selecionando Célula Líquida para o tipo de indentador. Clique em Continuar para obter o fator de calibração da célula líquida.Em seguida, aumente o espaçamento entre as placas do capacitor. Aumentar o espaçamento entre as placas do capacitor elevará a profundidade máxima mensurável, o que é necessário ao testar materiais altamente complacentes. Com uma chave inglesa, gire os três porcas que controlam o espaçamento entre as placas do capacitor no sentido horário em pequenos incrementos.Após cada volta completa no sentido horário, selecione Ajuste da Caixa da Ponte no menu Manutenção e realize um bom teste de pêndulo. Continue ajustando lentamente as porcas até que a Calibração Aproximada de Profundidade indique um valor de 70.000 nanômetros por volt ou superior.Em seguida, posicione um novo limitador na parte inferior do pêndulo que possa ser ligado e desligado por meio de uma fonte de alimentação. Retraia o limitador original situado atrás do pêndulo para remover uma possível obstrução ao movimento do pêndulo e permitir maiores velocidades de impacto, bem como maiores profundidades de penetração em amostras conformáveis. Ligue a fonte de alimentação para o solenoide e ajuste-a para 10 volts.Em seguida, vá ao menu Experimento e selecione Impacto e Ajuste de Deslocamento de Impulso. Siga as instruções do software para calibrar a distância de balanço do pêndulo. Quando a configuração de indentação por impacto estiver completamente concluída, aspire o meio e seque o corte cerebral.Em seguida, utilize uma fina camada de adesivo de cianoacrilato para fixar o cérebro seccionado ao pino de amostra de alumínio. Depois, deslize a célula líquida sobre a segunda junta O no pino de amostra e preencha a célula líquida com cinco mililitros de meio independente de dióxido de carbono para imergir completamente o tecido. Mova o banho na direção negativa do eixo X até que a ponta no braço da alavanca esteja adequadamente posicionada acima do banho.Em seguida, mova-se na direção positiva de Z até que a ponta esteja totalmente submersa na solução e posicionada diante da amostra. Utilizando a janela de Controle do Estágio da Amostra, faça contato cuidadosamente e, em seguida, afaste o estágio da superfície da amostra em cerca de 30 micrômetros. No menu Experimento, clique em Impacto e configure um experimento de impacto.Escolha uma carga de impulso específica que se relacione diretamente com a velocidade de impacto resultante com base na calibração da distância de oscilação. Em seguida, execute o experimento programado. Quando o pêndulo oscilar de volta e a superfície da amostra continuar se movendo em direção ao plano de medição, desligue o interruptor de limite inferior.O deslocamento da sonda em função do tempo será registrado pelo software. Fixe uma folha de lixa ao sensor de medição com diâmetro de 25 milímetros. Em seguida, conecte o sistema térmico e instale a sonda.Por fim, fixe outro pedaço de lixa na placa inferior, alinhado com a placa superior. Calibre o reômetro conforme as instruções do fabricante. Primeiro, zere a força no sensor.Em segundo lugar, estabeleça o contato entre a sonda e a placa inferior. Em seguida, meça a inércia da sonda. Por fim, realize um ajuste do motor.Em seguida, abaixe lentamente a placa de medição. Quando a placa estiver a menos de um milímetro do tecido, abaixe-a em incrementos de 0,1 milímetro até que a placa esteja totalmente em contato com a superfície superior do tecido e a força normal medida atinja o valor desejado. Adicione um pequeno volume de meio nas bordas da amostra para manter a hidratação durante o procedimento.Abra a tampa térmica. Em seguida, clique em Arquivo, Novo e, na guia Gel, selecione Varredura de Frequência. Depois, clique na medição da janela uma varredura de frequência e dê um duplo clique na caixa de oscilação.Insira a faixa de frequência, a deformação e o número de pontos. Por fim, selecione OK e clique em Iniciar para iniciar a varredura de frequência. Abaixo estão respostas representativas de indentação e força versus tempo para experimentos de fluência e relaxação de força.Usando esses dados e a geometria do sistema, é possível calcular os módulos de fluência e de relaxação de força para diferentes regiões do cérebro. A indentação por impacto mede as propriedades mecânicas do tecido em altas taxas de carregamento espacial e temporalmente concentrado. Os parâmetros resultantes da resposta ao impacto podem ser quantificados em diferentes velocidades de impacto, o que fornece um meio para estudar as propriedades dependentes da taxa do tecido.A reologia mede as propriedades viscoelásticas dependentes da frequência de tecidos em massa em termos dos módulos de armazenamento e de perda. O módulo de armazenamento é quase uma ordem de grandeza maior que o módulo de perda em baixas frequências, indicando que as propriedades elásticas dominam o comportamento do tecido cerebral. Ao realizar este procedimento, é importante manter o tecido adequadamente hidratado ou imerso em um fluido que ajude o tecido a manter sua estrutura adequada.O desenvolvimento dessas técnicas demonstradas abriu caminho para que pesquisadores de materiais projetem e otimizem géis sintéticos capazes de imitar a resposta mecânica do cérebro. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como a microscopia de força atômica com indentação, indentação por impacto e reologia são utilizadas para caracterizar as propriedades mecânicas viscoelásticas de tecidos. Ao interpretar os dados coletados, lembre-se da suposição subjacente de que o volume deformado do tecido é estruturalmente homogêneo e elasticamente isotrópico.Isso não é necessariamente verdadeiro para todos os tecidos biológicos. À medida que suas perguntas sobre a mecânica de tecidos biológicos forem ficando mais bem definidas, você poderá escolher um ou mais desses experimentos mecânicos para responder à pergunta na escala de comprimento ou na escala de tempo apropriada.

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Neurociência

A rigidez da matriz extracelular influencia fortemente os comportamentos múltiplo de células aderentes. Rigidez da matriz varia espacialmente ao longo de um tecido, e sofre modificação nas condições de várias doenças. Aqui nós desenvolvemos métodos para caracterizar as variações espaciais na rigidez do tecido normal e pulmão fibrótico do mouse usando microindentation microscopia de força atômica.

Micro-Mecânica Caracterização do tecido pulmonar Usando Microscopia de Força Atômica

Fonte: Canovic, E. P., et al. Caracterização de propriedades mecânicas multiescala do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto e reometria. J. Vis. Exp. (2016)Este vídeo demonstra o uso da microscopia de força atômica (AFM) para medir as propriedades viscoelásticas do tecido cerebral, onde um cantilever com uma sonda esférica interage com o tecido e se dobra sob forças aplicadas. Um feixe de laser desviado para um detector rastreia o cantilever para medir a...

Caracterização das propriedades mecânicas do tecido cerebral de camundongos usando microscopia de força atômica

Fonte: Canovic, E. P., et. al., Caracterização das propriedades mecânicas multiescala do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto e reometria. J. Vis. Exp. (2016)O vídeo demonstra o uso de recuo de impacto para medir as propriedades mecânicas de um tecido cerebral de camundongo hidratado, incluindo rigidez, dissipação de energia e amortecimento, por meio do deslocamento da sonda e análise de velocidade.

Indentação de impacto para avaliar as propriedades mecânicas de um tecido cerebral de camundongo

Fonte: Canovic, E. P., et al. Caracterização de propriedades mecânicas multiescala do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto e reometria. J. Vis. Exp. (2016)Neste vídeo, um reômetro foi usado para aplicar movimento rotacional oscilatório controlado ao tecido cerebral para gerar tensão de cisalhamento e avaliar as propriedades viscosas e elásticas do tecido. O reômetro, como ferramenta funcional, fornece informações sobre a mecânica cerebral durante lesões ou...

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Este documento revela um protocolo para caracterizar as propriedades mecânicas de células vivas por meio de microindentação utilizando um microscópio de força atómica (AFM).

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Este protocolo experimental descreve como a microscopia de força atômica pode ser usada para medir a dureza na escala nanométrica verdadeira e para detectar eventos de plasticidade atomística única.

Medição de dureza quantitativa por Instrumented AFM-recuo

Aqui, nós apresentamos a microscopia de força atômica (AFM), operada como uma ferramenta do nano-e do micro-Indentation em pilhas e em tecidos. O instrumento permite a aquisição simultânea de topografia de superfície 3D da amostra e suas propriedades mecânicas, incluindo a parede celular módulo de Young, bem como a pressão de turgor.

Uso da microscopia de força atômica para medir propriedades mecânicas e pressão de turgor de células vegetais e tecidos vegetais

O protocolo apresenta um fluxo de trabalho completo para experimentos de nanoindentação de materiais moles, incluindo hidrogéis e células. Primeiro, as etapas experimentais para adquirir dados de espectroscopia de força são detalhadas; em seguida, a análise de tais dados é detalhada através de um software Python de código aberto recém-desenvolvido, que é gratuito para download no GitHub.

Fluxo de trabalho experimental e de análise de dados para nanoindentação de matéria mole

Apresentamos um protocolo para medir os módulos elásticos de áreas ricas em colágeno em fígado normal e doente usando microscopia de força atômica. O uso simultâneo da microscopia de polarização fornece alta precisão espacial para localizar áreas ricas em colágeno nas seções do fígado.

Medição da rigidez hepática usando microscopia de força atômica acoplada à microscopia de polarização

A quantificação da área de contato e da força aplicadas por uma ponta de sonda de microscópio de força atômica (AFM) à superfície de uma amostra permite a determinação de propriedades mecânicas em nanoescala. As melhores práticas para implementar nanoindentação baseada em balil AFM em ar ou fluido em amostras moles e duras para medir módulo elástico ou outras propriedades nanomecânicas são discutidas.

Nanoindentação baseada em cantilever por microscopia de força atômica: medidas de propriedades mecânicas em nanoescala no ar e fluido

Este protocolo visualiza como preparar criossecções de tecido pulmonar murino, realizar experimentos de mapa de força de microscopia de força atômica e analisar os dados para determinar o módulo de Young da membrana basal pulmonar murina nativa.

Extraindo o módulo de Young de membranas basais pulmonares murinas nativas de mapas de força derivados de microscopia de força atômica

Aprenda a caracterizar propriedades viscoelásticas do tecido cerebral em múltiplas escalas usando microscopia de força atômica, recuo de impacto e reologia. Essas técnicas avançadas permitem analisar desde células individuais até cérebros inteiros.

Caracterizando Propriedades Multiscale mecânicas do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto, e Reologia (Vídeo) | JoVE Journal

Caracterizando Propriedades Multiscale mecânicas do tecido cerebral usando microscopia de força atômica, recuo de impacto, e Reologia

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