Abstract
ويهدف الطب التجديدي لهندسة المواد اللازمة لاستبدال أو استعادة الأجهزة التالفة أو المريضة. الخواص الميكانيكية مثل هذه المواد يجب أن تحاكي الأنسجة البشرية التي تهدف إلى استبدال. لتوفير الشكل التشريحي المطلوبة، يجب أن تكون قادرة على الحفاظ على القوات الميكانيكية وسوف تواجهك عند زرعها في موقع خلل المواد. على الرغم من أن الخواص الميكانيكية السقالات الأنسجة المهندسة ذات أهمية كبيرة، العديد من الأنسجة البشرية التي تخضع لاستعادة مع المواد مهندسة لم تتميز-الحيوي بشكل كامل. وذكرت عدة ضغطي والشد بروتوكولات للمواد تقييم، ولكن مع تقلب كبير فمن الصعب مقارنة النتائج بين الدراسات. وما يزيد من الدراسات والطبيعة في كثير من الأحيان مدمرة من الاختبارات الميكانيكية. في حين فهم فشل الأنسجة مهم، فمن المهم أيضا أن يكون على معرفة خصائص المرونة واللزجة تحت مزيد من الفيزيولوجياظروف التحميل ogical.
ويهدف هذا التقرير إلى توفير بروتوكول المدمرة الحد الأدنى لتقييم خصائص الضغط والشد من الأنسجة الرخوة الإنسان. كأمثلة على هذه التقنية، ووصف اختبار الشد للجلد واختبار الضغط من الغضروف. ويمكن أيضا أن هذه البروتوكولات يتم تطبيقها مباشرة على المواد الاصطناعية لضمان أن الخصائص الميكانيكية مماثلة لأنسجة الأم. بروتوكولات لتقييم الخصائص الميكانيكية للأنسجة الأم البشرية سيسمح مقياسا يمكن من خلاله خلق بدائل مناسبة الأنسجة المهندسة.
Introduction
المرضى الذين ينتظرون على نحو متزايد لمختلف عمليات زرع الأعضاء لعلاج الفشل أو إصابة الأعضاء. ومع ذلك، مع نقص الأعضاء المتبرع مناسبة، الطب التجديدي تهدف إلى إيجاد حلول بديلة للمرضى الذين يعانون من فشل في نهاية المرحلة الجهاز. ويهدف الطب التجديدي لتلبية هذه الحاجة السريرية من المواد الهندسية لتكون بمثابة بدائل الأنسجة، بما في ذلك الأنسجة الرخوة، مثل الغضاريف والجلد. لإنشاء المواد الناجحة لاستعادة الأنسجة التالفة، يجب على استبدال المواد تحاكي خصائص النسيج الأصلي هو ذاهب لتحل محل 1-2. مرة واحدة زرعها جراحيا، فإن المواد تحتاج إلى توفير الشكل التشريحي للخلل الأنسجة وبالتالي، فإن الخواص الميكانيكية للمواد حيوية 1. على سبيل المثال، يجب أن يكون مادة استبدال غضروف الأذن الخواص الميكانيكية المناسبة لمنع ضغط عن طريق الجلد المغطي 2. وبالمثل، وهو مادة لتحل محل السيارة الأنفيةtilage سوف تحتاج إلى الخواص الميكانيكية الكافية لمنع انهيار أثناء التنفس 3. ومع ذلك، على الرغم من أهمية الخواص الميكانيكية عند تصنيع مواد لزرع، ركزت القليل من الأدلة على وصف الخصائص الميكانيكية للأنسجة البشرية المختلفة.
أنظمة اختبار الميكانيكية يمكن استخدامها لإنشاء الضغط، الشد، والانحناء، أو خصائص القص من الأنسجة. الجلد هو متباين الخواص للغاية، اللزجة، وما يقرب من المواد ينضغط 4-9. يتم اختبار الجلد رفعه عادة باستخدام منهجيات الشد ذو محورين، حيث استحوذت على شريط شكل مناسب من الجلد عند كلا الطرفين وامتدت في حين سجلت الحمل والإرشاد 4-9.
منذ عنصرا رئيسيا في جميع الأنسجة الرخوة هو الماء الخلالي، واستجابة الميكانيكية من الغضروف هي ذات الصلة بقوة لتدفق السوائل من خلال الأنسجة 10-11. الأنسجة الرخوة مثل الغضروف حافي تم اختبار تقليديا باستخدام اختبار ضغط. طرق للاختبار في ضغط متنوعة جدا، مع ضيق، غير محصورة، والمسافة البادئة هي الأكثر انتشارا (الشكل 1). ضمن ضغط ضيق، يتم وضع عينة الغضروف في منيع، وأيضا وتحميلها من خلال لوحة مسامية مملوءة بسائل. منذ البئر غير قابلة للاختراق، وتدفق على الرغم من أن الغضروف هو في الاتجاه الرأسي 12-13. في ضغط غير محصورة، يتم تحميل الغضروف باستخدام لوحة غير قابلة للاختراق على غرفة غير قابلة للاختراق، مما اضطر تدفق السوائل لتكون في الغالب شعاعي 12-13. المسافة البادئة هو الأسلوب الأكثر استخداما لتقييم خصائص النشاط الحيوي من الغضروف 12-13. وهو يتكون من إندينتر، أصغر من سطح العينة التي يجري اختبارها، وهذا هو اسقطت على العينة. المسافة البادئة لديها العديد من المزايا أكثر من غيرها من أساليب الضغط، بما في ذلك حقيقة لا يمكن أن يؤديها أن المسافة البادئة في الموقع، enabliنانوغرام الاختبار أن يكون أكثر الفسيولوجية (الشكل 1) 12-13.
لفهم خصائص الضغط والشد من الأنسجة، وعادة ما يحسب معامل المرونة للشباب عن طريق تحليل جزء خطية من منحنى الإجهاد والانفعال، مما يدل على مقاومة مرنة لضغط أو توتر، بغض النظر عن حجم العينة 12. كلا النظامين الشد واختبار الضغط يمكن أن تختلف وفقا لحمولة أو تشوه التطبيقية ونسبة كل من هذه المعالم. في الوقت الحاضر، هناك العديد من بروتوكولات الاختبار المختلفة لتقييم ميكانيكا الأنسجة، مما يجعل من الصعب للغاية لتفسير أو مقارنة النتائج من دراسات مختلفة 6-13. وعلاوة على ذلك، تركز العديد من الطرق الميكانيكية حاليا على وصف الخصائص الميكانيكية للأنسجة عن طريق اختبار العينة إلى الدمار. ونحن نهدف إلى إثبات وجود بروتوكول المسافة البادئة والشد التي توفر، مقارنة غير مدمرة مباشرة من الإنسانالأنسجة الرخوة ويبني الأنسجة المهندسة.
ونحن لشرح الأسلوب الذي يحد من الاختبارات الميكانيكية للإجهاد حتى الآن لا يزال يحصل على معامل يونج (أ) المرونة في الضغط والتوتر. وشدد على عينة إما في التوتر أو الضغط إلى قيمة معينة، ومرة واحدة وقد تم التوصل إلى قيمة الضغط المختارة، وسمحت عينة للاسترخاء في حين يتم تسجيل كافة البيانات. هذه الطريقة يلتقط كل من اللزجة والاسترخاء خصائص الأنسجة داخل نفس الاختبار، والتي يمكن تطبيقها مباشرة على المواد الاصطناعية. وقد استخدمنا بروتوكول المسافة البادئة لتقييم الأنسجة الرخوة الإنسان، بما في ذلك الجلد والغضاريف 14-16. ويتم تقييم الغضروف باستخدام اختبار المسافة البادئة ويتم تقييم الجلد باستخدام التوتر اختبار 14-16. الباحثين تهدف إلى مهندس مواد ذات خصائص مماثلة لأنسجة لينة الإنسان يمكن أن تنظر في تنفيذ هذه البروتوكولات.
Protocol
يتبع هذا البروتوكول المبادئ التوجيهية الأخلاقية للبحث البشري المبادئ التوجيهية لجنة أخلاقية مؤسستنا على استخدام وتخزين والتخلص من الأنسجة البشرية. عينات الأنسجة البشرية يمكن رفعه من الهيئات جثي التي تم افقت لأغراض بحثية مع الموافقة الأخلاقية ذات الصلة. ويمكن أيضا عينات يتم تجاهل الأنسجة من المرضى وافق تمر العمليات الجراحية، مع الموافقة الأخلاقية ذات الصلة.
1. إعداد الجلد
- إعداد العينات من قبل تشريح يدويا قبالة الأنسجة الدهنية وطبقة رقيقة من الأدمة العميقة باستخدام شفرة مشرط وملقط. هذه الخطوة مهمة لضمان الاتساق بين العينات 14.
- قطع ورقة الناتجة من الجلد مشطور إلى حجم العينة موحد (على سبيل المثال، 1 سم × 5 سم عينات). تحديد حجم العينة على أساس أبعاد جهاز الفحص. إذا تم أيضا يجري اختبارها على بناء الأنسجة المهندسة، وspecimeيجب أن يكون حجم ن المناسب للمواد التي تهم 14. التخلص من شفرات المشرط في صناديق الأدوات الحادة المناسبة.
- لتمكين الانتهاء من الحسابات الميكانيكية، وقياس سمك الجلد التي يجري اختبارها باستخدام الفرجار الالكترونية قبل وبعد الاختبار الميكانيكي.
2. اختبار الشد
ملاحظة: يجب أن تكون محسوبة جميع آلات اختبار المواد وفقا للمبادئ التوجيهية الشركة المصنعة قبل الاختبار.
- عينات اختبار الجلد في التوتر ذو محورين باستخدام اختبار المواد آلة (الشكل 2A) في درجة حرارة الغرفة (22 درجة مئوية) 14.
- توجيه عينات الجلد في نفس الاتجاه لجميع العينات (على سبيل المثال، عمودي أو في الخط مع خطوط لانغر (خطوط الطوبوغرافية رسمها على خريطة للجسم البشري والتي تشير إلى التوجه الطبيعي للألياف الكولاجين في الأدمة)) 14.
- شل العينة بين المشابك (مشاركرقصة mmercial)، واحد الملصقة على خلية N تحميل 98.07 وأخرى إلى قاعدة لوحة غير المنقولة 14. يجب أن تكون منطقة الناتجة بين المشابك اختبار التوتر ذو محورين 1 سم × 4 سم (الشكل 2).
ملاحظة: استخدمت رقصة التجارية لتجنب تجتاح غير موحدة والأضرار التي لحقت عينة قبل إجراء الاختبار. يتم إصلاح العينة إلى ضيق "الاصبع ضيق". - تغطية منطقة العينة (بعد وضع في الجهاز) على كلا الجانبين مع الفازلين لمنع جفاف العينة.
- برنامج تحميل الشد والاسترخاء اختبار النظام في البرنامج على شكل قائمة من الإجراءات، على النحو التالي: صفر تحميل | الصفر موقع | البحث الاتصال (تحميل الشد) | الانتظار (الاسترخاء).
- بدء الاختبار مع برنامج حاسوبي. تحميل العينة تحت التوتر إلى 29.42 N في 1 ملم / ثانية. استخدام معدل والحمل لا تسبب فشل الجلد (على سبيل المثال، 29.42 N في 1 ملم / ثانية).
- بعد الوصول إلى حمل N 29.42، والسماح للأنسجة للاسترخاءمقابل 1.5 ساعة، وعلى بعد نقطة الوقت الذي لا يوجد أدنى تغيير في السلوك الاسترخاء، التي تسيطر عليها برامج الكمبيوتر (14).
ملاحظة: يتم عقد النزوح المستمر خلال المرحلة استرخاء، وليس هذا العبء. - حساب خصائص المرونة واللزجة وفقا للمبادئ التوجيهية قسم التحليل. والخواص الميكانيكية التحقيق تمثل متوسط خصائص مكونات الجلد مشطور (البشرة والأدمة) 14.
ملاحظة: لا توجد أية حمولة الفارغة محددة، كما هو واضح من البيانات الخام عندما تشوه يحدث، وبالتالي، يتم تضمين فقط هذه النقاط البيانات.
3. إعداد الغضروف
- إزالة الجلد ولفافة من العينة الغضروف باستخدام شفرة مشرط وملقط 15 و 16.
- تقسيم العينات الغضروف في حجم عينة موحد (على سبيل المثال، وكتل 1.5 سم) باستخدام شفرة مشرط وملقط. لجميع العينات، واستخدام semicircuعلى شكل لار إندينتر (الشكل 2B) التي تحتوي على القطر وسمك لا يقل عن 8 أضعاف حجم العينة الغضروف. هذه النسبة يضمن أن إندينتر لا يتأثر أي آثار الحافة من إعداد العينات 15. التخلص من شفرات المشرط في صناديق الأدوات الحادة المناسبة.
- لتمكين الانتهاء من الحسابات الميكانيكية، وقياس سماكة الغضروف ليتم تحميلها باستخدام الفرجار الالكترونية قبل وبعد الاختبار الميكانيكي 15، 16.
4. الضاغطة المسافة البادئة اختبار
- ضغط عينات الغضروف باستخدام آلة اختبار المواد في البيئة المائية في درجة حرارة الغرفة. تغطية عينة الغضروف مع الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) قبل وأثناء اختبار ضغط للتأكد من أن العينة رطب.
ملاحظة: برنامج تلفزيوني لا تتطابق تماما مع البيئة الفسيولوجية، لكنه يسمح كل من المواد والأنسجة لتكون كومقلص بالتساوي 15 و 16. - توجيه العينة الغضروف حتى السطح هو عمودي على إندينتر. وهذا يسمح للضغط ليكون ذو محورين ويحد من أي تحميل القص 15.
- برنامج التحميل الضغط والاسترخاء اختبار النظام في البرنامج على شكل قائمة من الإجراءات، على النحو التالي: صفر تحميل | الصفر موقع | البحث الاتصال (تحميل الانضغاط) | الانتظار (الاسترخاء).
- بدء الاختبار باستخدام برنامج حاسوبي. تحميل العينة تحت ضغط إلى 2.94 N في 1 ملم / ثانية 15 و 16.
ملاحظة: كان هذا العزم على أن يكون الحمل غير المدمرة التي تعتبر حساسة بما فيه الكفاية لتحديد كل من خصائص المرونة واللزجة من غضروف 15. - بعد الوصول إلى حد 2.94-N، والسماح للغضروف إلى الاسترخاء لمدة 15 دقيقة، وهي نقطة الوقت الذي لا يوجد أدنى تغيير في السلوك الاسترخاء، وذلك باستخدام برامج الحاسوب 15 و 16.
ملاحظة: الشكليظهر 2C-D مجموعة نموذجية تصل للضغط والشد اختبار عينات الأنسجة البشرية. ويمكن بعد ذلك البروتوكولات نفسها أن تطبق على المواد الحيوية الاصطناعية لتتناسب مع خصائص النشاط الحيوي للأنسجة الأم التي يجري تحليلها. على سبيل المثال، الشكل 2E-F يظهر الضغط والشد اختبار الأنسجة البشرية مطابقة بشكل وثيق خصائص المواد الاصطناعية في النشاط الحيوي.
5. حساب معامل مرونة الشباب لمسافة بادئة واختبار الشد
- جمع البيانات الخام بما في ذلك الوقت (ق)، والنزوح (مم)، والحمل (N) من المواد اختبار الجهاز 14-16.
- حساب الضغط (باسكال) وسلالة (٪) باستخدام الصيغ هو موضح في الشكل (3).
ملاحظة: إذا تم استخدام إندينتر نصف كروية خلال اختبار ضغط، وتقسيم قوة من جانب منطقة مستعرضة يعطي الاسمي (المتوسط) والإجهاد، ولكن ليس في ذروة التوتر. - استخدام مؤامرة مبعثر الخطيةلرسم الإجهاد ميجا باسكال (المحور الصادي) ضد سلالة (محور س). تحديد تناسب منحنى خطي. منحنى تناسب الخطي يساوي ص = م × + ب مع قيمة R منها.
ملاحظة: يتم تضمين كافة البيانات تشير إلى تحقيق قيمة الحد الأدنى R> 0.98. قيمة م هو المنحدر، والتي تتطابق مع معامل الضغط على سلالة، مشيرا إلى مقاومة الضغط أو مقاومة التوتر في ميجا باسكال (أي معامل يونغ). إذا كانت قيمة R ليست> 0.98، ثم تولي تميز السلوك اللزجة الخطية غير صالح. - لتحديد الخصائص اللزجة التي تدفق السوائل من التعرض للتشويه وصلت التوازن، ونسبة الضغط على مر الزمن على مدى 200 ق الأخيرة من الاختبارات الميكانيكية ومستوى الضغط النهائي في نهاية التجربة تحسب.
ملاحظة: مع زيادة الوقت، فإن مستوى الضغط ينخفض (الاسترخاء)، وتدفق السوائل تصل التوازن 17 و 18. رد indicat سريع الإجهاد الاسترخاءوفاق أنه من الصعب الحفاظ على الضغوط العالية داخل العينة 17، 18.
6. خصائص الاسترخاء
- الإجهاد مؤامرة في ميجا باسكال (المحور الصادي) مع الزمن في الصورة (محور س) على مؤامرة مبعثر الخطية.
- تحديد توفيق منحنى خطي لحساب معدل من الاسترخاء. منحنى تناسب الخطي يساوي ص = م × + ب مع قيمة كل منها 200 ق الماضية. قيمة م هي معدل الاسترخاء.
- تشمل جميع نقاط البيانات للحصول على قيمة الحد الأدنى R> 0.98. الإجهاد النهائي (الأم) في 1.5 ساعة للبشرة و 15 دقيقة لغضروف هو القيمة المطلقة الاسترخاء النهائية.
Representative Results
أرقام 4 و 5 تقديم أمثلة من البيانات التي تم الحصول عليها عن طريق المسافة البادئة واختبار الشد. يوضح الشكل (4) القيم النموذجية التي تم الحصول عليها بعد الغضروف البشري اختبار المسافة البادئة. الشكل 4A هو مثال نموذجي مؤامرة سلالة مقابل الإجهاد التي تم الحصول عليها بعد اختبار المسافة البادئة. للحصول على معامل يونغ، يتم تضمين كافة القيم حتى تناسب منحنى خط له قيمة R الحد الأدنى من 0.98 (الشكل 4B). قيمة م هي مؤشر معامل يونغ في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في هذه البيانات، والغضاريف لديها معامل 1.76 ميجا باسكال. ويبين الشكل 4C مؤامرة نموذجية من التوتر مع الزمن لتقييم خصائص الاسترخاء من الغضروف. يتم احتساب معدل الاسترخاء من 200 ق الماضية. وبالمثل، للحصول على معدل من الاسترخاء، يتم استخدام قيمة م تناسب منحنى خط في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في هذه البيانات، والغضاريف لديه معدلتخفيف 8.78 × 10 -6 باسكال / ثانية (الشكل 4D). المستوى النهائي المطلق للاسترخاء هي النقطة النهائية من التوتر في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في مجموعة البيانات هذه، والمستوى النهائي المطلق للاسترخاء سيكون 0.028 ميجا باسكال (الشكل 4D).
ويبين الشكل 5 كيفية تقييم زوجة مطاطية من أنسجة الجلد بعد اختبار الشد. ويتم التحليل حسب اختبار ضغط. يوضح الشكل 5A نموذجية مؤامرة سلالة مقابل الإجهاد تم الحصول عليها من اختبار الشد البروتوكول. للحصول على معامل يونغ في التوتر، يتم تضمين كافة القيم حتى تناسب منحنى خط له قيمة R الحد الأدنى من 0.98 (الشكل 5B). قيمة م هي مؤشر معامل يونغ في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في هذه البيانات، والجلد لديها معامل 0.62 ميجا باسكال. ويبين الشكل 5C مؤامرة نموذجية من التوتر مع الزمن لتقييم خصائص الاسترخاء سو الجلد. يتم احتساب معدل الاسترخاء من 200 ق الماضية. وبالمثل، للحصول على معدل من الاسترخاء، يتم استخدام قيمة م تناسب منحنى خط في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في هذه البيانات، والجلد لديها معدل من الاسترخاء من 3.1 × 10 -5 باسكال / ثانية (الشكل 5D). المستوى النهائي المطلق للاسترخاء هي النقطة النهائية من التوتر في ميغاباسكال. على سبيل المثال، في مجموعة البيانات هذه، فإن مستوى يكون 0.64 ميجا باسكال (الشكل 5D). ويمكن بعد ذلك أن تستخدم نفس التحليل لتحليل المواد الحيوية تحت ضغط واختبار الشد لمطابقة ممتلكاتهم النشاط الحيوي للأنسجة الأم.
الشكل 1: رسم تخطيطي لتوضيح منهجيات ضغط مختلفة. A. المسافة البادئة اختبار. يتم تطبيق الحمل على منطقة صغيرة من الغضروف باستخدام إندينتر غير قابلة للاختراق. B. تحصرد ضغط. يتم وضع عينة الغضروف في السائل مملوءة منيع جيدا. ثم يتم تحميل الغضروف من خلال لوحة مسامية. منذ البئر منيع، وتدفق من خلال الغضروف هو فقط في الاتجاه الرأسي. C. غير محصور ضغط. يتم تحميل الغضروف باستخدام لوحة غير قابلة للاختراق على غرفة غير قابلة للاختراق، مما اضطر تدفق السوائل لتكون في الغالب شعاعي.
الشكل 2: تعيين ما يصل من اختبار آلة ميكانيكية. ألف رسم توضيحي لآلة اختبار. ب. التوضيح من إندينتر يستخدم لتحليل اختبار ضغط. جيم الغضروف يجري تحليلها باستخدام اختبار ضغط المسافة البادئة. D. الأنسجة الجلدية يجري تحليلها تحت الاختبار الشد. E. الشد اختبار مادة بيولوجية الاصطناعية. F.
الشكل (3): الصيغ المستخدمة لحساب الخواص الميكانيكية الضغط والشد من الأنسجة أو بناء الأنسجة المهندسة. الصيغ المستخدمة لحساب قوة (N)، والإجهاد (الأم)، وسلالة (٪).
الشكل 4: مثال لتحليل ضغط الغضروف البشري. ألف تحليل الإجهاد مقابل سلالة. B. القيمة م من منحنى خط تناسب المعادلة مطاطا معامل يونغ في ميغاباسكال. C. تحليل الإجهاد مقابل الوقت لإظهار خصائص الاسترخاء. D. قيمة م منحنى خط تناسب المعادلة تشير إلى معدل الاسترخاء. وفي النهائيمعدل bsolute هي النقطة الأخيرة على الرسم البياني.
الشكل 5: مثال لتحليل الشد من جلد الإنسان. ألف تحليل الإجهاد مقابل سلالة. B. القيمة م من منحنى خط تناسب المعادلة مطاطا معامل يونغ في ميغاباسكال. C. تحليل الإجهاد مقابل الوقت لإظهار خصائص الاسترخاء. D. قيمة م منحنى خط يصلح معادلة تعادل معدل الاسترخاء. معدل المطلق النهائي هو النقطة الأخيرة على الرسم البياني.
Discussion
وقد نشرت عدة بروتوكولات الشد وتسنن لتوصيف الأنسجة الرخوة الإنسان. قدمنا طريقة أخرى، والتي تهدف إلى أن تكون أكثر التشخيص وغير مدمرة. العينات قيد الاختبار الميكانيكي في هذا البروتوكول محدودة بسبب الحمل بدلا من التشرد، ومحولات الطاقة هي أكثر حساسية للتحميل من على النزوح. لذلك، يمكن نسخ التجربة تكون أكثر دقة في الأنسجة والمواد الاصطناعية. باستخدام هذه التقنية، لقد أثبتنا بروتوكول الشد لتقييم أنسجة الجلد، وبروتوكول المسافة البادئة لتحليل الأنسجة الغضروف. كلا البروتوكولين هي سهلة وبسيطة لتنفيذ ويمكن أخذها في الاعتبار لتوصيف الأنسجة الرخوة الإنسان ويبني الأنسجة المهندسة.
واحدة من الخطوات الحيوية للمنهجية للحصول على منحنى الإجهاد والاسترخاء مناسبة للتحليل هو التأكد من أن العينة لا تنزلق أثناء الاختبار. تثبيت الكافي اشتراطاتالطبعه، ولكن هذا يجب أن تكون متوازنة ضد تسبب أي إجهاد على العينات والتأكد من أن إندينتر هو عمودي على السطح لمنع أي تحميل القص. ومن الأهمية بمكان أن تكوين وكذلك حجم وشكل النسيج مماثلة بين العينات. لغضروف، من المهم جدا لاستخدام بروتوكول تشريح للتكرار وأبعاد العينة. للحصول على عينات الجلد، من المهم جدا لإزالة جميع الأنسجة تحت الجلد من أجل الحصول على عينة متكررة. ومن المهم أيضا أن يضمن لجميع العينات، والظروف عينة متطابقة، بما في ذلك الماء، ودرجة حرارة الغرفة، وعملية الذوبان، إذا كان ذلك مناسبا.
هناك بعض القيود على البروتوكولات المعروضة. وقد اقترحت الدراسات أن الخصائص تشوه الجلد والغضاريف وتعتمد على عينة توجه 13. واعترف الجلد ليكون متباين الخواص بقدر ما يعود إلى القرن التاسع 19، مع انجر يتظاهرون في عام 1861 أن الجلد لديه خطوط الطبيعيةمن التوتر، ويشار إلى خطوط لانغر 4. وهكذا، عندما تميز عينات الجلد، فإنه من المهم توجيه جميع العينات موازية أو عمودية على خطوط لانغر لتجنب إدخال تحيز منهجية 4. يظهر الغضروف أيضا خصائص متباين الخواص ويحتوي على خطوط Hultkrantz، التي تعادل خطوط لانغر، وبالتالي فإن الغضروف يمكن أن تشوه مختلف وفقا للاتجاه الذي يتم تحميله 12 و 19. وبالتالي، فمن المهم زيادة حجم العينة للسماح لاختبار الغضروف في اتجاهات مختلفة. كما تختلف خصائص النشاط الحيوي للأنسجة أيضا مع التقدم في السن ونوع الجنس، ينبغي إجراء دراسات مع لفيف المريض التمثيلية للحفاظ على صحة لإعداد سريرية. وعلاوة على ذلك، بعض البروتوكولات الميكانيكية تدعو شروط مسبقة، حيث يخضع الأنسجة تحميل دوري للتأكد من أن الأنسجة في حالة مستقرة لاختبار الميكانيكية لاحق 20. ومع ذلك، فإن الآلية الدقيقة لصتجديد غير واضح والعدد الدقيق للدورات اللازمة لإنتاج استجابة متسقة وقابلة للتكرار يختلف في دراسات مختلفة 20. الباحث أن تنظر أم لا تشمل شروط مسبقة بعد تقييم سبب لأداء اختبار النشاط الحيوي محددة 20.
الجلد هو معقدة، مواد متعددة الطبقات، وتنقسم الى ثلاث طبقات رئيسية: البشرة، الأدمة، واللحمة 4. وقد تم مؤخرا تقييم الخواص الميكانيكية للأنسجة الجلد باستخدام في التقييمات الجسم الحي (4). ومع ذلك، بروتوكولات اختبار الشد يمكن استخدامها لفهم الميكانيكا الحيوية البشرة من الجلد رفعه 4. مثل هذه الاختبارات يمكن أن توفر معلومات لنمذجة العلاقات بين الإجهاد والانفعال، لأن الشروط الحدية يمكن تعريف 4. عادة، في المختبر أنظمة اختبار تستخدم سلالات عالية لتوصيف المواد إلى الفشل، بينما في الجسم الحي استخدام أنظمةويتراوح الضغط المنخفض 4. عند مقارنة قيم النشاط الحيوي للبشرة رفعه في التوتر، وهناك تفاوت كبير بين الدراسات المختلفة، بدءا 2،9 حتي 150 ميجا باسكال (4). ومن المتوقع اختلافات كبيرة بين المواد بسبب الاختلاف البيولوجي الطبيعي، ولكن الاختلافات في الأنظمة بروتوكول يمكن أيضا أن تزيد من تعقيد هذه الاختلافات البيولوجية الطبيعية. على سبيل المثال، فإن الاختلافات في معدلات التحميل بين البروتوكولات يسبب الاختلاف، وأكبر معدلات التحميل تسبب قتا أقل للسائل بالتدفق خارج، مما أدى إلى تصلب أعلى. وبروتوكولات إعداد والختان، والتعامل مع أنسجة الجلد أيضا أن يسبب اختلافات في الخصائص الميكانيكية 4. هذا البروتوكول أظهرت لاختبار الجلد يوفر طريقة بديلة للباحثين لتوصيف أنسجة الجلد. أنها توفر بعض المزايا، بما في ذلك القدرة على التعرف على خصائص المرونة واللزجة من أنسجة الجلد في الاختبار الميكانيكي واحد، مما يسمح للمزيد من الفهم للجلدفي فترة قصيرة من الزمن. وعلاوة على ذلك، يمكن تطبيق نفس الاختبار لاستبدال الأنسجة المهندسة لتصنيع التركيبات مع خصائص النشاط الحيوي مماثلة الجلد الأصلي.
يوفر اختبار المسافة البادئة خيارا جذابا مقارنة اختبار ضغط محصورة لفهم الميكانيكا الحيوية للغضروف 21. المسافة البادئة لديه القدرة على الحفاظ على هيكل الفسيولوجية للغضروف، وبالتالي توفر القيم التي تحاكي تلك عملية إعداد سريرية. باستخدام المسافة البادئة، فمن الممكن أيضا لاختبار الغضروف في حين لا تزال تعلق على العظام الكامنة. المسافة البادئة كما يسمح للاختبار الفسيولوجية الغضروف كما هو الحال في الجسم الحي. عندما تقترب سطحين الغضروف بعضها البعض، والحواف المحيطة مجال الاتصال "انتفاخ" بسبب المياه تحت منطقة التماس تشريدهم أفقيا بعد حدوث تشوه الضغط 17 و 21. يجب أن تتم المسافة البادئة الغضروف مع فيdenter مع دائرة نصف قطرها أصغر من عينة الغضروف للسماح للانتفاخ مماثل. وينبغي أيضا أن يكون حجم إندينتر لا يقل عن 8 أضعاف حجم عينة للتأكد من أن الغضروف يتفاعل كما لو كانت جزءا من عينة غير محددة 22. باستخدام إندينتر أصغر بكثير من نصف قطر قطر عينة يزيل أي آثار حافة الحالية في إنشاء العينة. وبالإضافة إلى ذلك، المسافة البادئة تتجنب الأخطاء التجريبية المحتملة الناجمة عن اختبار عيوب الغضروف التالف عن طريق استخراج عينة. تسنن أيضا لا ينطوي على إعداد نموذج عميق، مثل ضغط محصورة، والسماح، وقطع رقيقة صغيرة من الغضروف لفحصها 17 و 21. وعلاوة على ذلك، فإن هذه الطريقة غير المدمرة المسافة البادئة يعني أن لديها إمكانية تطبيقها في إعداد سريرية حيث تم تنفيذ أداة تشخيصية بعد دراسات المصادقة والتحقق.
هناك افتراضات رئيسية مع تسنن أن المستخدم يجب أن تضمن لappropالنتائج riate. وهناك شرط الحدود الحرجة في تحميل تسنن تتطلب اتصال دائم بين إندينتر وسطح الغضروف (أي أن السطح لا تشوه بعيدا عن إندينتر) 23، 24. ويشمل المسافة البادئة تحميل أيضا شرط الحدود يفترض أن الاتصال بين سطح الغضروف وإندينتر هو غير المدمرة (أي أن إندينتر على اتصال مع السطح ولكن لا تمر عبر السطح؛ لا ينبغي أن تفشل سطح الغضروف تحت إندينتر) 25-26. وقد أظهرت الدراسات أن هذا الشرط الحدود يمكن التحقق من خلال استخدام الحبر الهند، الذي سيكون وصمة عار المناطق المتضررة عند تطبيقها على سطح الغضروف 25 و 26. تفترض شرط الحدود أيضا أن إندينتر يضغط الغضروف عمودي على سطح العينة. اتجاه عمودي للضغط هو كوند الحدود المهمition بسبب ضغط في زاوية، وخاصة في حالة استخدام التحميل الدوري، قد تسبب الانزلاق، والتي ربما تتسبب مكونات القص وتغيير تحميل الميكانيكية. قد تكون هذه الحالة من خلال تركيب معدات اختبار دقيق يصل.
بعد أن تم تحسين البروتوكولات تلخيص لالأنسجة اللينة من الفائدة، سيكون من المفيد للباحثين للنظر في الاختبار الديناميكي من الأنسجة من الاهتمام. تحميل دوري المناسب من العينات يجب أن تحاكي حدود فسيولوجية طبيعية والسلوك، مثل محاكاة المشي أو غيرها من الحركات المتكررة (27). وخلاصة القول، يبين هذا التقرير بسيطة بروتوكولات الاختبار الميكانيكي لتقييم الأنسجة البشرية. وتنفيذ هذه البروتوكولات توفير معلومات أساسية عن خصائص النشاط الحيوي للأنسجة، مما يبني الأنسجة المهندسة لتقليد أفضل أنسجة الأم.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Digitial Vernier Calipers | Machine Mart | 40218046 | Digitial vernier caliper is used to measure sample thickness. |
| Water Bath | Cole Parmer | UY-12504-94 | StableTemp Digital Water Bath Flask Holder used to defrost tissues samples if they are frozen. |
| Mach-1 Material Testing Machine | Biomomentum | V500c | Mechanical Testing Machine used to test the mechancial properties of the tissues. |
| Scalpel Blade | VWR | 233-5335 | Scalpel blades using to cut and dissect the tissues. |
| Forceps | VWR | 470007-554 | Forceps used to dissect the tissues. |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) pH 7.2 | Life Technologies | 20012019 | PBS is used to hydate the tissue samples |
References
- Chan, B. P., Leong, K. W. Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations. Eur Spine J. 17, 467-479 (2008).
- Nimeskern, L., van Osch, G. J., Müller, R., Stok, K. S. Quantitative evaluation of mechanical properties in tissue-engineered auricular cartilage. Tissue Eng Part B Rev. 20, 17-27 (2014).
- Shaida, A. M., Kenyon, G. S. The nasal valves: changes in anatomy and physiology in normal subjects. Rhinology. 38, 7-12 (2000).
- Ní Annaidh, A., Bruyère, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Otténio, M. Characterization of the anisotropic mechanical properties of excised human skin. J Mech Behav Biomed Mater. 5, 139-148 (2012).
- Ottenio, M., Tran, D., Ní Annaidh, A., Gilchrist, M. D., Bruyère, K. Strain rate and anisotropy effects on the tensile failure characteristics of human skin. J Mech Behav Biomed Mater. 41, 241-250 (2015).
- Silver, F. H., Freeman, J. W., DeVore, D. Viscoelastic properties of human skin and processed dermis. Skin Res Technol. 7, 18-23 (2001).
- Karimi, A., Navidbakhsh, M. Measurement of the uniaxial mechanical properties of rat skin using different stress-strain definitions. Skin Res Technol. 21, 149-157 (2015).
- Wilkes, G. L., Brown, I. A., Wildnauer, R. H. The biomechanical properties of skin. CRC Crit Rev Bioeng. 1, 453-495 (1973).
- Hussain, S. H., Limthongkul, B., Humphreys, T. R. The biomechanical properties of the skin. Dermatol Surg. 39, 193-203 (2013).
- Smith, C. D., Masouros, S., Hill, A. M., Wallace, A. L., Amis, A. A., Bull, M. J. A. Mechanical testing of intra-articular tissues. Relating experiments to physiological function. Current orthopaedics. 22, 341-348 (2008).
- Korhonen, R. K., S, S. aarakkala Biomechanics and Modeling of Skeletal Soft Tissues, Theoretical Biomechanics. Klika, V. , InTech. Available from: http://www.intechopen.com/books/theoretical-biomechanics/biomechanics-and-modeling-of-skeletal-soft-tissues (2011).
- Lu, X. L., Mow, V. C. Biomechanics of articular cartilage and determination of material properties. Med Sci Sports Exerc. 40, 193-199 (2008).
- Xia, Y., Zheng, S., Szarko, M., Lee, J. Anisotropic Properties of Bovine Nasal Cartilage. Micros Res Tech. 75, 300-306 (2012).
- Wood, J. M., Soldin, M., Shaw, T. J., Szarko, M. The biomechanical and histological sequelae of common skin banking methods. J Biomech. 47, 1215-1219 (2014).
- Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. Biomechanical characterisation of the human nasal cartilages; implications for tissue engineering. J Mater Sci Mater Med. 27, 11 (2016).
- Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. Biomechanical chacterisation of human auricular cartilages; implications for tissue engineering. Annals of biomedical Engineering. , (2016).
- Shrive, N. G., Frank, C. B. Articular Cartilage. Biomechanics of the Musculo-Skeletal System. , Wiley & Sons. 86-106 (1999).
- Fung, Y. C. Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. 568, Springer. New York. (1993).
- Hultkrantz, W. Ueber die Spaltrichtungen der Gelenkknorpel. Verhandlungen der Anatomischen Gesellschaft. , (1898).
- Cheng, S., Clarke, E. C., Bilston, L. E. J. The effects of preconditioning strain on measured tissue properties. Biomech. 42, 1360-1362 (2009).
- Mow, V. C., Ratcliffe, A. Structure and Function of Articular Cartilage and Meniscus. Basic Orthopaedic Biomechanics. Mow, V. C., Hayes, W. C. , Lippincott-Raven. New York. 113-178 (1997).
- Tavakol, K. Proteoglycan & Collagen degrading activities of neural proteases from fresh and cryopreserved articular cartilage explants and the chondrocytes. An in vitro biochemical study. , University of Calgary. (1989).
- Smeathers, J. E. Cartilage and Joints. Biomechanics: Materials. Vincent, J. F. V. , Oxford University Press. Oxford. 99-131 (1992).
- Smith, C. L., Mansour, J. M. Indentation of an Osteochondral Repair: Sensitivity to Experimental Variables and Boundary Conditions. J Biomech. 33, 1507-1511 (2000).
- Niederauer, G. G., Niederauer, G. M., Cullen, L. C. Jr, Athanasiou, K. A., Thomas, J. B., Niederauer, M. Q. Correlation of Cartilage Stiffness to Thickness and Level of Degeneration Using a Handheld Indentation Probe. Ann Biomed Eng. 32, 352-359 (2004).
- Ball, S. T., Amiel, A. D., Willaims, S. K., Tontz, W., Chen, A. C., Sah, R. L., Bugbee, W. D. The Effects of Storage on Fresh Human Osteochondral Allografts. Clin Orthop Relat Res. 418, 246-252 (2004).
- Park, S., Hung, C. T., Ateshian, G. A. Mechanical response of bovine articular cartilage under dynamic unconfined compression loading at physiological stress levels. Osteoarthritis Cartilage. 12, 65-73 (2004).
