Name: Caracterização biomecânica de tecidos moles Humanos Usando recuo e testes de tração (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 7 s
Description: Aprenda a caracterizar propriedades biomecânicas de tecidos moles humanos usando ensaios de recuo e tração. Este método não destrutivo permite determinar a rigidez ideal para implantes de engenharia tecidual.

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Gostaríamos de agradecer o financiamento do Medical Research Council e da Action Medical Research, que forneceu à MG uma bolsa clínica, GN 2339, para conduzir este trabalho.

Este protocolo segue as diretrizes éticas da investigação humana orientações do comitê de ética da nossa instituição sobre o uso, armazenamento e eliminação de tecido humano. amostras de tecido humano pode ser retirado a partir de corpos de cadáveres que foram consentido para fins de pesquisa com aprovações éticas relevantes. As amostras também podem ser descartados de tecido de pacientes consentiram submetidos a procedimentos cirúrgicos, com aprovação ética relevante. 1. Preparação de Pele <ol><li> Preparar as amostras por meio de dissecção manualmente fora do tecido adiposo e da fina camada de derme profunda usando uma lâmina de bisturi e pinça. Esta etapa é importante para garantir a consistência entre as amostras 14. </li><li> Corte a folha resultante de pele de espessura parcial em uma amostra de tamanho padronizado (por exemplo, 1 cm × amostras de 5 cm). Determinar o tamanho de amostra com base nas dimensões do aparelho de ensaio. Se uma construção de engenharia de tecidos também está a ser testado, o specimetamanho n deve ser apropriado para o material de interesse 14. Descarte as lâminas de bisturi nas caixas farelos apropriadas. </li><li> Para permitir a realização dos cálculos de mecânica, medir a espessura da pele que está sendo testado utilizando calibradores electrónicos antes e depois do teste mecânico. </li></ol> 2. tração Testing NOTA: Todas as máquinas de teste de materiais devem ser calibrados de acordo com as orientações do fabricante antes do teste. <ol><li> Amostras de pele de teste em tensão uniaxial utilizando uma máquina de ensaio de materiais (Figura 2A), à temperatura ambiente (22 ° C) 14. </li><li> Orientar as amostras de pele na mesma direção para todas as amostras (por exemplo, perpendicular ou em linha com Langer Lines (linhas topológicas desenhados em um mapa do corpo humano e que referem a orientação natural das fibras de colágeno na derme)) 14. </li><li> Imobilizar a amostra entre duas pinças (um cojig mmercial), uma aposta para uma célula de carga N 98,07 eo outro a uma placa de base de bens 14. A área resultante entre os grampos testados em tensão uniaxial deve ser de 1 cm x 4 cm (Figura 2). NOTA: um gabarito comercial foi utilizado para evitar aperto não uniforme e os danos para a amostra antes do ensaio. A amostra é fixado em um aperto &quot;dedo-apertado&quot;. </li><li> Cobrir a área da amostra (após a colocação no aparelho) em ambos os lados com vaselina para evitar a dessecação espécime. </li><li> Programar a carga de tração e relaxamento testes em regime para o software como uma lista de ações, da seguinte forma: Zero Carga | Zero Posição | Localizar contato (carga de tração) | Esperar (relaxamento). </li><li> Começar o teste com o programa de software. Carregar a amostra sob tensão de 29,42 N a 1 mm / s. Usar uma taxa de carga e que não causa a falha da pele (por exemplo, N 29,42 a 1 mm / s). </li><li> Após a 29,42 N-carga é atingida, permitir que o tecido a relaxardurante 1,5 h, um ponto de tempo em que não há alteração mínima no comportamento de relaxamento, controlada pelo software de computador 14. Nota: O deslocamento é mantida constante durante a fase de relaxamento, não a carga. </li><li> Calcular as propriedades elásticas e viscoelásticas conforme as orientações seção de análise. As propriedades mecânicas investigadas irá representar as propriedades médias dos componentes de pele de espessura parcial (epiderme e da derme) 14. Nota: Não há nenhuma carga de tara definida, como é evidente a partir dos dados crus quando deformação está ocorrendo e, assim, apenas estes pontos de dados estão incluídos. </li></ol> 3. Preparação da cartilagem <ol><li> Retire a pele e fáscia do espécime de cartilagem usando uma lâmina de bisturi e pinças 15, 16. </li><li> Dividir as amostras de cartilagem em uma amostra de tamanho normalizado (por exemplo, blocos de 1,5 cm) usando uma lâmina de bisturi e pinça. Para todas as amostras, usar um semicircuem forma de Lar penetrador (Figura 2B), que tem um diâmetro e espessura de pelo menos 8 vezes maior do que o tamanho da amostra de cartilagem. Esta relação assegura que o penetrador não é afectada por quaisquer efeitos de borda de preparação de amostras 15. Descarte as lâminas de bisturi nas caixas farelos apropriadas. </li><li> Para permitir a realização dos cálculos de mecânica, medir a espessura da cartilagem a ser carregado utilizando calibradores electrónicos antes e depois do teste mecânico 15, 16. </li></ol> 4. compressão recuo Testing <ol><li> Comprimir as amostras de cartilagem utilizando uma máquina de ensaio de materiais de um ambiente hidratado à temperatura ambiente. Cobrir a amostra de cartilagem com solução salina tamponada com fosfato (PBS) antes e durante o ensaio de compressão para garantir que a amostra é hidratado. NOTA: PBS não corresponder exactamente ao ambiente fisiológico, mas permite que ambos os materiais e os tecidos a serem COMpared igualmente 15, 16. </li><li> Orientar a amostra cartilagem assim que a superfície é perpendicular ao penetrador. Isto permite a compressão de ser uniaxial e limita qualquer carregamento de cisalhamento 15. </li><li> Programar a carga de compressão e relaxamento testes em regime para o software como uma lista de ações, da seguinte forma: Zero Carga | Zero Posição | Localizar contato (carga de compressão) | Esperar (relaxamento). </li><li> Começar o teste usando o programa de software. Coloque a amostra sob compressão a 2,94 N a 1 mm / s 15, 16. NOTA: Este foi determinada a ser uma carga não-destrutivo que é sensível o suficiente para identificar as duas propriedades elásticas e viscoelásticas da cartilagem 15. </li><li> Após o limite de 2,94-N é atingido, permitir que a cartilagem para relaxar durante 15 min, um ponto de tempo em que não há alteração mínima no comportamento de relaxamento, utilizando o software de computador 15, 16. NOTA: Figura2C-D mostra um conjunto típico para o teste de compressão e de tração de amostras de tecidos humanos. Os mesmos protocolos podem, então, ser aplicado a biomateriais sintéticos para combinar as propriedades biomecânicas do tecido nativo a ser analisada. Por exemplo, a Figura 2E-F demonstra compressão e à tracção de teste de tecido humano que segue de perto as propriedades biomecânicas de um material sintético. </li></ol> 5. Cálculo do módulo de elasticidade de Young para recuo e testes de tração <ol><li> Recolher os dados brutos, incluindo o tempo (s), o deslocamento (mm) e de carga (N) do dispositivo de teste de materiais 14-16. </li><li> Calcula-se a tensão (MPa) e tensão (%), usando as fórmulas mostradas na Figura 3. NOTA: Se foi utilizado um penetrador hemisférica durante o teste de compressão, dividindo a força pela área da secção transversal dá a tensão nominal (médio), mas não o pico de tensão. </li><li> Use um gráfico de dispersão linearpara traçar a tensão MPa (eixo dos y) contra a estirpe (eixo x). Determinar a curva de ajuste linear. A curva de ajuste linear é igual a y = mx + b com um respectivo valor de R. NOTA: Todos os pontos de dados são incluídos para atingir um valor mínimo R&gt; 0,98. O valor de m é o declive, o que corresponde ao módulo de tensão ao longo de tensão, que indica a resistência à compressão ou a resistência à tensão em MPa (isto é, o módulo de Young). Se o valor de R não&gt; 0,98 é, em seguida, o pressuposto de caracterizar o comportamento viscoelástico linear é inválido. </li><li> Para identificar as propriedades viscoelásticas em que o fluxo de fluido a partir da exposição à deformação ter atingido o equilíbrio, a proporção de tensão ao longo do tempo ao longo dos últimos 200 s de ensaios mecânicos e o nível de tensão final no final da experiência são calculadas. NOTA: Com o aumento do tempo, o nível de estresse diminuirá (relaxar) como fluxo de fluido atinge o equilíbrio 17, 18. A indicad resposta rápida tensão-relaxamentoes que é difícil de manter altas tensões dentro da amostra 17, 18. </li></ol> 6. propriedades de relaxação <ol><li> estresse terreno em MPa (eixo dos y) contra o tempo em s (eixo x) em um gráfico de dispersão linear. </li><li> Determinar uma curva de ajuste linear para calcular a taxa de relaxamento. A curva de ajuste linear é igual a y = mx + b, com um valor respectivo dos últimos 200 s. O valor de m é a taxa de relaxamento. </li><li> Incluem todos os pontos de dados para obter um valor mínimo R&gt; 0.98. A tensão final (MPa) em 1,5 h para a pele e 15 min para a cartilagem é o valor final relaxamento absoluto. </li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada a declarar.

Vários protocolos de tração e recuo foram publicados para caracterizar tecidos moles humanos. Nós fornecemos um outro método, que pretende ser mais do diagnóstico e não destrutiva. As amostras submetidas a teste mecânico neste protocolo são limitadas pela carga, em vez de por deslocamento, como transdutores são mais sensíveis do que para carregar ao deslocamento. Portanto, reproduções da experiência pode ser mais preciso através de tecidos e materiais sintéticos. Usando esta técnica, que têm demonstrado um protocolo de tracção para avaliação de tecido da pele e um protocolo de recuo para a análise de tecido de cartilagem. Ambos os protocolos são fáceis e simples de implementar e poderiam ser considerados para a caracterização de tecidos moles humanos e construções de engenharia de tecidos. Um dos passos essenciais da metodologia para obter uma curva de tensão-relaxamento adequado para análise é o de assegurar que a amostra não deslize durante o ensaio. fixação adequada é requirEd, mas isto tem de ser equilibrado contra a causar qualquer tensão sobre os espécimes e assegurando que o penetrador é perpendicular à superfície, para prevenir qualquer carga de cisalhamento. É crítico que a composição assim como o tamanho e forma do tecido são semelhantes entre as amostras. Para a cartilagem, é vital para usar um protocolo de dissecção repetível e as dimensões da amostra. Para as amostras de pele, é vital para remover todo o tecido subcutâneo, a fim de obter uma amostra repetível. É também importante para garantir que, para todas as amostras, as amostras são idênticas condições, incluindo a hidratação, a temperatura ambiente, e o processo de descongelamento, se for caso disso. Existem algumas limitações para os protocolos apresentados. Estudos sugeriram que as características de deformação da pele e cartilagem são dependentes de orientação da amostra 13. A pele foi reconhecida como anisotrópica, tanto para trás como o século 19, com Langer demonstrar em 1861 que a pele tem linhas naturaisde tensão, referidas como linhas de Langer 4. Assim, quando caracterizar amostras de pele, é importante que todas as amostras orientação paralela ou perpendicular às linhas Langer para evitar a introdução de um viés metodologia 4. Cartilagem também mostra as propriedades anisotrópicas e contém linhas Hultkrantz, que são equivalentes às linhas de Langer, de modo que a cartilagem pode deformar-se de forma diferente de acordo com a direcção em que ele é carregado 12, 19. Assim, é importante para aumentar o tamanho da amostra para permitir o teste de cartilagem em diferentes direcções. Como propriedades biomecânicas do tecido também variam com a idade e sexo, os estudos devem ser realizados com uma coorte representativa paciente para manter validade ao ambiente clínico. Além disso, alguns protocolos mecânicas defender pré-condicionamento, onde o tecido é submetido a cargas cíclicas para assegurar que o tecido se encontra num estado estacionário para o teste subsequente mecânica 20. No entanto, o mecanismo exacto de precondicionamento não é clara e o número exacto de ciclos necessário para produzir uma resposta consistente e repetível varia em diferentes estudos 20. O pesquisador deve considerar se deve ou não incluir o pré-condicionamento depois de avaliar a razão para a realização do teste biomecânico específico 20. A pele é um material complexo, multi-camadas, divididas em três camadas principais: a epiderme, derme e hipoderme 4. As propriedades mecânicas do tecido da pele têm sido recentemente avaliada usando testes in vivo 4. No entanto, os protocolos de ensaio de tracção pode ser utilizada para compreender a biomecânica da pele de pele excisada 4. Esses testes podem fornecer informações para modelar as relações tensão-deformação, uma vez que as condições de contorno pode ser definido 4. Normalmente, in vitro regimes de teste usar tensões elevadas para caracterizar o material ao fracasso, enquanto in vivo uso de sistemasbaixa exigência varia 4. Quando se comparam os valores biomecânicas para a pele excisadas em tensão, existe uma grande variabilidade entre os diferentes estudos, variando de 2,9-150 MPa 4. As grandes diferenças entre os sujeitos são esperados devido à variação biológica natural, mas as diferenças de regimes de protocolo também pode agravar essas diferenças biológicas naturais. Por exemplo, as diferenças nas taxas de carga, entre os protocolos irá causar variação, como maiores taxas de carregamento causar menos tempo para que o fluido flua para fora, resultando em uma maior rigidez. Os protocolos de preparação, excisão e de manipulação do tecido da pele também irá causar diferenças nas propriedades mecânicas 4. Este protocolo demonstrado para a pele teste fornece um método alternativo para os investigadores para caracterizar o tecido da pele. Ele oferece algumas vantagens, incluindo a capacidade de identificar as propriedades elásticas e viscoelásticas dos tecidos da pele em um teste mecânico, permitindo uma maior compreensão da peleem um curto espaço de tempo. Além disso, o mesmo teste pode ser aplicado a substituições por engenharia de tecidos para a fabricação de construções com propriedades biomecânicas semelhantes como a pele nativa. Testes recuo fornece uma opção atraente em comparação com testes de compressão confinada para compreender a biomecânica da cartilagem 21. De entalhe, tem a capacidade de preservar a estrutura fisiológica da cartilagem e, assim, fornece valores que imitam os de um ambiente clínico. Usando recuo, também é possível testar a cartilagem enquanto ainda ligados ao osso subjacente. A indentação permite também o teste fisiológico de cartilagem como in vivo. Quando duas superfícies da cartilagem aproximam um do outro, as bordas em torno da área de contato &quot;protuberância&quot; devido à água sob a área de contato que está sendo deslocado lateralmente após a deformação à compressão ocorre 17, 21. recuo cartilagem deve ser conduzida com um inDenter com um raio menor do que a amostra de cartilagem para permitir abaulamento semelhante. O tamanho do penetrador também deve ser de pelo menos 8 vezes o tamanho da amostra para assegurar que a cartilagem reage como se fosse parte de uma amostra de 22 indefinido. Usando um penetrador muito menor do que o raio do diâmetro amostra elimina quaisquer efeitos de bordo presente na criação espécime. Além disso, o recuo evita possíveis erros experimentais causadas por defeitos testar cartilagem danificada por extracção da amostra. Indentação também não envolve a preparação da amostra profunda, tais como a compressão limitada, permitindo pequenos pedaços, finas de cartilagem a ser testada 17, 21. Além disso, o método não destrutivo de recuo significa que ele tem uma potencial aplicação na prática clínica como uma ferramenta de diagnóstico, após estudos de validação e de verificação ter sido realizada. Existem suposições-chave com recuo que o usuário deve assegurar, para appropresultados riate. A condição de limite crítico no carregamento de recuo exige um contacto constante entre o penetrador e a superfície da cartilagem (isto é, a superfície que não se deforma para longe do penetrador) 23, 24. Indentação de carga inclui também a condição de contorno assumido que o contacto entre a superfície da cartilagem e o penetrador é não destrutiva (ou seja, que o penetrador está em contacto com a superfície, mas não atravessa a superfície; superfície da cartilagem não deve falhar sob a penetrador) 25-26. Estudos têm mostrado que esta condição de limite pode ser verificada através da utilização de tinta da China, que irá manchar áreas danificadas quando aplicado à superfície da cartilagem 25, 26. Uma outra condição de contorno assume que o penetrador comprime a cartilagem perpendicular à superfície da amostra. A orientação perpendicular da compressão é um importante limite condition porque comprimindo a um ângulo, em especial se usar cargas cíclicas, podem causar o escorregamento, o que pode induzir componentes de cisalhamento e alterar a carga mecânica. Esta condição pode ser assegurada através de equipamento de teste cuidadoso configurar. Após os protocolos resumidos foram otimizados para o tecido mole de interesse, seria útil para os investigadores a olhar para o ensaio dinâmico de tecido de interesse. Carregamento cíclico adequado de exemplares deve imitar limites fisiológicos normais e comportamentos, tais como imitando a pé ou de outros movimentos repetitivos 27. Em resumo, o presente relatório demonstra protocolos de ensaio mecânico simples para avaliar tecidos humanos. A implementação destes protocolos será fornecer informações fundamentais sobre as características biomecânicas de tecidos, permitindo construções de engenharia de tecidos para melhor imitar o tecido nativo.

Os pacientes são cada vez mais à espera de diferentes transplantes de órgãos para o tratamento de falha ou feridos órgãos. No entanto, com a escassez de doadores de órgãos apropriados, medicina regenerativa é com o objetivo de criar soluções alternativas para pacientes com casos de insuficiência terminal de órgãos. A medicina regenerativa tem como objectivo satisfazer esta necessidade clínica por materiais de engenharia para actuar como substitutos de tecidos, incluindo tecidos moles, tais como cartilagem e pele. Para criar um material bem sucedida para restaurar os tecidos danificados, o material de substituição devem imitar as propriedades do tecido nativo que vai substituir 1-2. Uma vez implantado cirurgicamente, o material será necessário fornecer a forma anatómica do defeito do tecido e, portanto, as propriedades mecânicas do material são vitais 1. Por exemplo, um material de substituição de cartilagem auricular devem ter as propriedades mecânicas apropriadas para impedir a compressão através da pele 2 sobrejacente. Da mesma forma, um material para substituir automóvel nasaltilage precisará ter propriedades mecânicas adequadas para prevenir colapso durante a respiração 3. No entanto, apesar da importância das propriedades mecânicas quando o fabrico de materiais para implantação, há pouca evidência tem-se centrado na caracterização das propriedades mecânicas de diferentes tecidos humanos. regimes de teste mecânico pode ser utilizado para estabelecer a compressão, à tracção, de flexão, propriedades de corte ou de um tecido. A pele é um altamente anisotrópica, viscoelástico, e o material quase incompressível 4-9. Comumente pele excisada é testado usando metodologias de tracção uniaxial, onde uma tira de forma adequada da pele é apertado em ambas as extremidades e esticados, enquanto a carga e extensão são registados 4-9. Uma vez que o componente principal de todos os tecidos moles é água intersticial, a resposta mecânica de cartilagem está fortemente relacionada com o fluxo de fluido através do tecido 10-11. tecidos moles, como cartilagem have sido tradicionalmente testados usando um ensaio de compressão. Os métodos de ensaios de compressão são muito variados, com confinado, não-confinado, e recuo de ser o mais prevalente (Figura 1). Dentro de compressão confinado, uma amostra de cartilagem é colocada num impermeável, bem e carregada através de uma placa porosa cheia de fluido. Uma vez que o poço é não-porosa, embora o fluxo de cartilagem é na direcção vertical 12-13. Na compressão simples, a cartilagem é carregado usando uma placa não poroso sobre uma câmara não poroso, forçando o fluxo de fluido a ser predominantemente radial 12-13. Recuo é o método mais utilizado para avaliar as propriedades biomecânicas da cartilagem 12-13. É constituída por um penetrador, menor do que a superfície do espécime a ser testado, que é trazido para baixo para o espécime. De entalhe, tem muitas vantagens sobre os outros métodos de compressão, incluindo o facto de recuo pode ser realizada in situ, enabling do teste a ser mais fisiológico (Figura 1) 12-13. Para compreender as propriedades de compressão e tracção de um tecido, o módulo de elasticidade de Young é tipicamente calculada através da análise da porção linear da curva de tensão-deformação, indicando a resistência elástica à compressão ou tensão, independentemente do tamanho da amostra 12. Ambos os regimes de teste de tracção e de compressão podem variar de acordo com a carga ou deformação aplicada e a taxa de ambos estes parâmetros. Actualmente, existem muitos protocolos diferentes de teste para avaliar a mecânica dos tecidos, o que torna extremamente difícil de interpretar ou comparar resultados de diferentes estudos 6-13. Além disso, muitos métodos mecânicos actualmente focar caracterizar as propriedades mecânicas do tecido, testando a amostra para destruição. Nosso objetivo é demonstrar um protocolo de recuo e de tensão que fornece comparação direta, não-destrutiva do ser humanotecidos moles e as construções da engenharia de tecidos. Nós demonstramos um método que limita os testes mecânicos ao estresse e ainda obtém um módulo de elasticidade de Young em compressão e tensão. A amostra é sublinhado quer em tensão ou compressão de um determinado valor, e uma vez que o valor de tensão escolhida tenha sido alcançado, a amostra é deixada relaxar enquanto todos os dados são gravados. Este método capta ambas as propriedades viscoelásticas e relaxamento do tecido dentro do mesmo ensaio, que pode ser aplicado directamente ao material sintético. Temos utilizado o protocolo de recuo para avaliar tecidos moles humanos, incluindo a pele e cartilagem 14-16. A cartilagem é avaliada através de testes de recuo e da pele é avaliada usando a tensão testando 14-16. Pesquisadores com o objetivo de projetar materiais com propriedades semelhantes a tecidos moles humanos poderia considerar a implementação destes protocolos.

<table><tbody><tr><td>Calibradores Vernier Digitial</td><td>Machine Mart</td><td>40218046</td><td>O paquímetro vernier digital é usado para medir a espessura da amostra.&nbsp;</td></tr><tr><td>Banho-maria&nbsp;</td><td>Cole Parmer</td><td>UY-12504-94</td><td>StableTemp Digital Porta-Balão de Banho de Água usado para descongelar amostras de tecidos se estiverem congeladas.&nbsp;</td></tr><tr><td>Máquina de Teste de Material Mach-1</td><td>Biomomentum&nbsp;</td>Máquina de Teste Mecânico <td>V500c</td><td>usada para testar as propriedades mecânicas dos tecidos.&nbsp;</td></tr><tr><td>Lâmina de bisturi&nbsp;</td><td>VWR</td><td>233-5335</td><td>Lâminas de bisturi para cortar e dissecar os tecidos.&nbsp;</td></tr><tr><td>Fórceps&nbsp;</td><td>VWR</td><td>470007-554</td><td>Fórceps usado para dissecar os tecidos.&nbsp;</td></tr><tr><td>Tampão com Fosfato Salino (PBS) pH 7.2</td><td>Life Technologies&nbsp;</td><td>20012019</td><td>PBS é usado para hoddar as amostras de tecido&nbsp;</td></tr></tbody></table>

caracterização biomecânica de tecidos moles humanos usando recuo e testes de tração

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

A medicina regenerativa tem o objetivo de engenheiro de materiais para substituir ou restaurar órgãos danificados ou doentes. As propriedades mecânicas de tais materiais devem imitam os tecidos humanos que são destinadas a substituir; para proporcionar a forma anatómica necessário, os materiais devem ser capazes de suportar as forças mecânicas que irá detectar quando implantado no local do defeito. Embora as propriedades mecânicas dos andaimes engenharia de tecidos são de grande importância, muitos tecidos humanos que sofrem de restauração com Engineered Materials não foram totalmente caracterizados biomecanicamente. Vários protocolos de compressão e de tracção são relatados para avaliação de materiais, mas com grande variabilidade que é difícil comparar os resultados entre os estudos. Para complicar ainda mais os estudos é a natureza muitas vezes destrutiva de testes mecânicos. Embora um entendimento do tecido é importante falha, é também importante ter um conhecimento das propriedades elásticas e viscoelásticas mais sob Physiolcondições de carga ogical. Este relatório tem como objectivo proporcionar um protocolo minimamente destrutiva para avaliar as propriedades de compressão e tração dos tecidos moles humanos. Como exemplos desta técnica, o ensaio de tracção de pele e o teste de compressão de cartilagem são descritos. Estes protocolos podem também ser directamente aplicados aos materiais sintéticos para assegurar que as propriedades mecânicas são semelhantes às do tecido nativo. Protocolos para avaliar as propriedades mecânicas do tecido nativo humano permitirão um ponto de referência para criar substitutos da engenharia de tecidos adequados.

Figuras 4 e 5 fornecem exemplos de dados obtidos através de recuo e testes de tração. A Figura 4 demonstra os valores típicos obtidos após o teste de indentação de cartilagem humana. A Figura 4A é um exemplo de um gráfico típico de tensão-versus-stress obtido após o teste de indentação. Para obter o módulo de Young, todos os valores estão incluídos até que a linha de ajuste curva tem um valor mínimo R de 0,98 (Figura 4B). O valor m é o indicador do Módulo de Young em MPa; Por exemplo, neste dados, a cartilagem tem um módulo de elasticidade de 1,76 MPa. A Figura 4C mostra um gráfico típico de tensão contra o tempo para avaliar as propriedades de relaxação de cartilagem. A taxa de relaxamento é calculado a partir dos últimos 200 s. Da mesma forma, para obter a taxa de relaxamento, o valor de m de uma linha curva de ajuste é usado em MPa. Por exemplo, neste dados, a cartilagem tem uma taxa derelaxamento de 8,78 x 10 -6 MPa / s (Figura 4D). O último nível absoluto de relaxamento é o ponto final de estresse em MPa. Por exemplo, neste conjunto de dados, o nível final de relaxamento absoluto seria 0,028 MPa (Figura 4D). A Figura 5 mostra a forma de avaliar a viscoelasticidade do tecido da pele após o teste de tracção. A análise é levada a cabo de acordo com um ensaio de compressão. Figura 5A demonstra uma trama típica de tensão-versus-stress obtido a partir do protocolo de ensaio de tração. Para obter o módulo de Young em tensão, todos os valores estão incluídos até que a linha de ajuste curva tem um valor mínimo R de 0,98 (Figura 5B). O valor m é o indicador do Módulo de Young em MPa; Por exemplo, neste dados, a pele tem um módulo de elasticidade de 0,62 MPa. Figura 5C mostra um gráfico típico de estresse contra o tempo para avaliar as propriedades de relaxamento opele f. A taxa de relaxamento é calculado a partir dos últimos 200 s. Da mesma forma, para obter a taxa de relaxamento, o valor de m de uma linha curva de ajuste é usado em MPa. Por exemplo, neste dados, a pele tem uma taxa de relaxamento de 3,1 x 10 -5 MPa / s (Figura 5D). O último nível absoluto de relaxamento é o ponto final de estresse em MPa. Por exemplo, neste conjunto de dados, o nível seria de 0,64 MPa (Figura 5D). A mesma análise podem então ser utilizados para analisar biomateriais sob compressão e ensaio de tracção para coincidir com as suas propriedades biomecânicas do tecido nativo. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig1.jpg" /> Figura 1: Diagrama esquemático para ilustrar diferentes metodologias de compressão. A. Recuo Testing. A carga é aplicada a uma área pequena da cartilagem utilizando um penetrador não poroso. B. Confined Compression. O espécime de cartilagem é colocada num fluido-cheia impermeável bem. A cartilagem é então colocado através de um placa porosa. Uma vez que o poço é impermeável, o fluxo através da cartilagem é apenas na direcção vertical. C. Não delimitado Compression. A cartilagem é carregado usando uma placa não poroso sobre uma câmara não poroso, forçando o fluxo de fluido a ser predominantemente radial. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig2.jpg" /> Figura 2: Set-up da máquina de ensaios mecânicos. A. Ilustração da máquina de ensaio. B. Ilustração do penetrador utilizado para a análise de um ensaio de compressão. C. A cartilagem a ser analisado usando o teste de indentação de compressão. O tecido da pele D. sendo analisados sob testes de tração. Testes de E. tração de um biomaterial sintético. F. </strong&gt; testes de compressão de um biomaterial sintético. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig3.jpg" /> Figura 3: fórmulas utilizadas para calcular as propriedades mecânicas de compressão e de tração de um tecido ou construção da engenharia de tecidos. As fórmulas usadas para calcular a força (N), estresse (MPa), e tensão (%). <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig4.jpg" /> Figura 4: Exemplo de análise de compressão de cartilagem humana. Análise A. Stress-versus-tensão. B. O valor m da equação de ajustamento linha curva é Elastic o módulo de Young em MPa. C. Análise de tensões versus tempo para demonstrar as propriedades de relaxamento. D. O valor m da equação de ajustamento linha curva indica a taxa de relaxamento. A uma finaltaxa de bsolute é o último ponto no gráfico. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig5.jpg" /> Figura 5: Exemplo de análise de tracção de pele humana. Análise A. Stress-versus-tensão. B. O valor m da equação de ajustamento linha curva é Elastic o módulo de Young em MPa. C. Análise de tensões versus tempo para demonstrar as propriedades de relaxamento. D. O valor M da equação de ajustamento linha curva equivale à taxa de relaxação. A taxa final do absoluto é o último ponto no gráfico.

A biomecânica tecidual é importante para manter a forma e função celular e para determinar o fenótipo. Este relatório demonstra protocolos mecânicos não destrutivos para caracterizar propriedades elásticas e viscoelásticas de tecidos moles humanos, que podem ser aplicados diretamente a substratos de engenharia de tecidos para permitir uma correspondência próxima de materiais de engenharia com tecidos nativos.

Caracterização biomecânica de tecidos moles Humanos Usando recuo e testes de tração

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

O objetivo geral desta técnica é utilizar testes de indentação e tração para caracterizar as propriedades mecânicas de tecidos moles humanos. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de engenharia de tecidos, como quão rígido devo tornar um implante para substituir um órgão humano falho ou lesionado. As principais vantagens dessas técnicas são que elas são não destrutivas e simples de implementar.Tivemos pela primeira vez a ideia para este método ao projetar implantes sintéticos de orelha e nariz, e nos perguntamos quão rígido deveríamos tornar o material. Geralmente, indivíduos novos neste método terão dificuldades devido à preparação incorreta das amostras e às dificuldades em configurar corretamente os testes. Para começar, obtenha uma amostra de pele ou outro tecido de pacientes que consentiram participar de procedimentos cirúrgicos, ou de cadáveres doados para fins de pesquisa.Coloque a amostra de pele em uma placa de Petri e cubra-a com PBS para manter o tecido úmido. Utilize uma lâmina de bisturi e pinça para dissecar manualmente o tecido adiposo e a fina camada de derme profunda da amostra. Corte a lâmina resultante de pele de espessura parcial em tiras de um por cinco centímetros.Em seguida, descarte as lâminas de bisturi usadas em um recipiente para objetos perfurocortantes. Por fim, utilize paquímetros para medir a espessura da pele. A espessura também precisará ser medida após o ensaio mecânico.Teste amostras de pele em tração uniaxial utilizando uma máquina de ensaio de materiais calibrada à temperatura ambiente. Comece orientando as amostras de pele de modo que a orientação natural das fibras de colágeno esteja na mesma direção, de acordo com as linhas de Langer. Em seguida, posicione a amostra nas garras, de forma que a direção da força aplicada esteja alinhada com as linhas de Langer ou perpendicular a elas.Imobilize a amostra apertando manualmente as garras, de modo que aproximadamente 0,5 centímetros da amostra sejam inseridos em cada garra. Certifique-se de que uma das garras da máquina de ensaio esteja conectada a um transdutor de carga apropriado, e a outra, a uma placa de base imóvel. Após fixação, cubra a área da amostra em ambos os lados com vaselina para evitar a dessecação do espécime.Agora, programe no software o regime de carregamento e relaxamento sob tração, de modo que a amostra seja carregada a uma velocidade de um milímetro por segundo até uma tensão de 29,42 newtons. Uma vez que o tecido atinja uma tensão de 29,42 newtons, configure o programa para manter o deslocamento constante durante uma hora e meia, permitindo que o tecido relaxe, enquanto continua monitorando a variação da tensão. Ao finalizar, utilize um paquímetro novamente para medir a espessura da amostra.Após obter uma amostra de cartilagem de um indivíduo consentido, coloque-a em uma placa de Petri e cubra com PBS. Utilize uma lâmina de bisturi e pinça para remover a pele e a fáscia da amostra. Em seguida, corte as amostras de cartilagem em quadrados de 1,5 centímetro.Após o corte, meça a espessura da cartilagem a ser carregada utilizando paquímetro. O tamanho final da amostra deve ser pelo menos oito vezes maior que o diâmetro do indentador. Centralize a amostra de cartilagem sob o indentador sobre uma base impermeável grande e oriente-a de modo que a superfície fique perpendicular ao indentador.Isso permite que a compressão seja uniaxial e limita qualquer cisalhamento. Em seguida, cubra a cartilagem com PBS e mantenha a amostra hidratada durante todo o teste. Programe no software o regime de carregamento compressivo e ensaio de relaxação, de modo que a amostra seja carregada a um milímetro por segundo até uma força compressiva de 2,94 newtons.Após atingir a carga de 2,94 newton, mantenha o indentador na mesma posição e permita que a cartilagem relaxe por 15 minutos. Após concluído, libere a amostra e meça novamente a espessura da amostra. Para avaliar a viscoelasticidade do tecido cutâneo após o ensaio de tração, todos os valores no gráfico de tensão-deformação são incluídos no cálculo do módulo de Young, até que o ajuste da curva apresente um valor mínimo de R igual a 0,98.O gráfico de tensão versus tempo é usado para avaliar as propriedades de relaxamento da pele. A taxa de relaxamento é calculada a partir dos últimos 200 segundos dos dados coletados, que, para esta amostra, é de 3,1 vezes dez à cinco megapascais por segundo. O gráfico mostrado aqui é um exemplo de dados de tensão versus deformação, exibindo os resultados de testes de indentação em cartilagem humana.Da mesma forma que no cálculo do módulo de Young para a amostra de pele, os valores no final da curva são utilizados para a cartilagem, desde que atendam ao valor mínimo de R de 0,98. A cartilagem apresenta uma taxa de relaxamento de 8,78 vezes dez elevado à menos seis megapascal por segundo e um nível absoluto final de relaxamento de 0,028 megapascal. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em sete horas, se for executada corretamente.Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de adotar um protocolo de dissecação repetível e dimensões padronizadas das amostras. Após este procedimento, podem ser desenvolvidos outros métodos, como carregamento cíclico, com o objetivo de responder perguntas adicionais, como, por exemplo, como os tecidos se comportam sob cargas fisiológicas dinâmicas. Esta técnica abre caminho para pesquisadores na área de biomecânica explorarem o uso desta abordagem não destrutiva para testes mecânicos não invasivos in vivo.Não se esqueça de que o trabalho com tecidos humanos pode ser extremamente perigoso, e precauções como o uso de luvas devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.

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

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Caracterização biomecânica de tecidos moles Humanos Usando recuo e testes de tração

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