Method Article

Характеризуя Многомасштабное механических свойств ткани головного мозга Использование атомно-силовой микроскопии, наезд отступы и Реологии

DOI:

10.3791/54201

⸱

September 6th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 2Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 3Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 4Department of Neurology, The F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital, Harvard Medical School

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы представляем набор методов для характеристики вязкоупругих механических свойств мозга на микро-, мезо- и макроуровнях.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Для разработки и инженер материалов, вдохновленные свойствами мозга, будь то для механических имитаторов или для исследований регенерации ткани, сама ткань мозга должны быть хорошо охарактеризованы на различных масштабов длины и времени. Как и многие другие биологические ткани, ткани головного мозга обнаруживает сложную, иерархическую структуру. Тем не менее, в отличие от большинства других тканей, мозг очень низкой механической жесткости, с упругих модулей Юнга Е порядка 100е Па. Такая низкая жесткость может создавать проблемы для экспериментальной характеристике основных механических свойств. Здесь мы покажем несколько механических методов определения характеристик, которые были приспособлены для измерения упругих и вязкоупругих свойств гидратированных, совместимых биологических материалов, таких как ткани мозга, в различных масштабах длины и скоростей нагружения. На микроуровне, мы проводим ползучести соблюдения и релаксации силы эксперименты с использованием атомно-силового микроскопа с поддержкой отступа. На MesosКейл, мы проводим эксперименты с использованием отступов воздействия маятник на основе Instrumented индентора. На макроуровне, мы проводим параллельные пластины Реологии для количественной оценки частоты зависит от модуля упругости при сдвиге. Мы также обсуждаем проблемы и ограничения, связанные с каждым методом. Вместе эти методы позволяют углубленное механическую характеристику ткани головного мозга, которые можно использовать, чтобы лучше понять структуру мозга и инженеру био вдохновленный материалов.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Большинство мягких тканей-содержащие биологические органы механически и структурно сложный, низкой жесткости по сравнению с минерализованной костью или спроектированных материалов, а также обладают нелинейную и зависящих от времени деформации. По сравнению с другими тканями в организме, ткани мозга удивительно соответствует, с модулей упругости Е порядка 100е Па 1. Мозговая ткань проявляет структурную гетерогенность с отчетливым и гребенчатой ​​серого и белого вещества областей, которые также отличаются функционально. Понимание механики ткани мозга поможет в разработке материалов и расчетных моделей для имитации реакции головного мозга при травме,....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Заявление по этике: Все экспериментальные протоколы были одобрены Научно-исследовательского комитета Животный Бостонской детской больницы и выполнять Национальных институтов здравоохранения Руководство по уходу и использованию лабораторных животных.

1. мозга мыши Процедуры ткани Приобретение (для АФМ с поддержкой отступов и ударного вдавливания)

  1. Подготовить кетамин / ксилазин смесь обезболить мышей. Смешайте 5 мл кетамина (500 мг / мл), 1 мл ксилазина (20 мг / мл) и 7 мл 0,9% физиологического раствора.
  2. Вводят мыши (Порода: TSC1 син-Cre; PLP-EGFP; Возраст: p21; Пол: мужчина или женщина) с 7 мкл на грамм веса тела раств....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

На рисунке 4 показана репрезентативную отступы и силу в зависимости от времени реакций (рис 4B, E) на предмет соответствия ползучести и силы экспериментов релаксации, учитывая приложенная сила или глубина вдавливания (рис 4A, D), соответственно. Используя эти данные и геометрию системы, соответствие ползучести J с (т) и силы релаксации модулей G R (T) может быть рассчитана для различных областей мо.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Каждый метод в данной работе измеряет различные аспекты механических свойств ткани мозга в. Creep соблюдение и модулей релаксации напряжений являются мерой зависящих от времени механических свойств. Хранение и потери представляют собой модули скорости зависящие от механических свойств. Воздействие отступа также измеряет скорость высвобождения зависит механическими свойствами, но в контексте диссипации энергии. При характеристике ткани механические свойства, как AFM с поддержкой отступы и реологические свойства обычно ис.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы признательны за поддержку этой работы Национальным обществом рассеянного склероза и Центром социального мозга Саймонса. BQ выражает признательность за поддержку в рамках программы стипендий для выпускников Национальной оборонной науки и техники США.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
КсилазинЛлойд Лабораторныйрецептурный препарат
КетаминАнаСед Инъекции рецептурныйпрепарат
Вибратом (микротом вибрационного лезвия)LeicaVT1200
Hibernate-A MediumGibcoA1247501CO2-независимая нейронная среда для тканей взрослого человека
Атомно-силовой микроскоп, MFP-3D-BIOAsylumResearch-Нагреватель
чашки ПетриAsylumResearch-AFM
Probe, 0,03 н/м, 10  &микро; м радиус боросиликатной сферыNovascanPT.
Cell-TakCorning354240биоадгезив, полученный из мидий
бикарбонат натрияSigma-AldrichS5761альтернативные поставщики могут быть использованы
гидроксид натрия, 1 N Sigma-Aldrich59223Cальтернативные поставщики могут быть использованы
Instrumented Indenter, NanoTest VantageMicro Materials Ltd.-наконечник щупа должен быть обработан (стальной плоский пуансон, 1  диаметр мм, 4-5  мм длина)
NanoTest Liquid CellMicro Materials Ltd.-
Реометр с параллельными пластинами MCR501Anton-Parr-PP25
 Плоская измерительная пластинаAnton-Parr-25
Клей Наждачная бумагаMcMaster-Carr4184A48можно использовать альтернативных поставщиков
Loctite 4013 Instant AdhesiveHenkel20268можно использовать альтернативных поставщиков
GS, мм диаметром

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling. Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).
  2. Liu, F., Tschumperlin, D. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Brain Tissue CharacterizationAtomic Force MicroscopyImpact IndentationRheometryViscoelastic PropertiesMechanical CharacterizationCreep ComplianceForce RelaxationFrequency SweepHydrated Tissue

Related Articles