Abstract
Regenerativ medicin har til formål at konstruere materialer til at erstatte eller genoprette beskadigede eller syge organer. De mekaniske egenskaber af sådanne materialer bør efterligner humane væv, de søger at erstatte; at tilvejebringe den krævede anatomiske form, skal materialerne være i stand til at opretholde de mekaniske kræfter, som de vil opleve, når implanteret på defektstedet. Selvom de mekaniske egenskaber af væv-manipuleret scaffolds er af stor betydning, mange humane væv, der undergår restaurering med manipuleret materialer er ikke blevet fuldt biomekanisk karakteriseret. Adskillige tryk- og trækstyrke protokoller rapporteres til evaluering materialer, men med stor variation er det vanskeligt at sammenligne resultaterne mellem studier. Yderligere komplicerer undersøgelserne er ofte destruktive karakter af mekanisk test. Mens en forståelse af væv fiasko er vigtigt, er det også vigtigt at have kendskab til de elastiske og viskoelastiske egenskaber under mere Physiological belastningsforhold.
Denne rapport har til formål at give et minimalt destruktiv protokol til at evaluere de tryk- og trækstyrke egenskaber af humane bløde væv. Som eksempler på denne teknik, er den trækprøvning af huden og kompressionskraft test af brusk beskrevet. Disse protokoller kan også påføres direkte på syntetiske materialer for at sikre, at de mekaniske egenskaber ligner det native væv. Protokoller til at vurdere de mekaniske egenskaber af menneskelig indfødte væv vil give et benchmark, som at skabe egnede væv-manipuleret erstatninger.
Introduction
Patienterne er i stigende grad venter på forskellige organtransplantationer til at behandle nødlidende eller tilskadekomne organer. Men med manglen på egnede donororganer, er regenerativ medicin til formål at skabe alternative løsninger til patienter med slutstadiet organsvigt. Regenerativ medicin har til formål at imødekomme denne kliniske behov ved konstruktionsmaterialer til at fungere som væv erstatninger, herunder bløde væv, såsom brusk og hud. At skabe en succesfuld materiale til at genoprette beskadigede væv, bør erstatningsmaterialet efterligne egenskaberne af det native væv det vil erstatte 1-2. Når kirurgisk implanteret, vil materialet skal give anatomiske form til vævsdefekten og således de mekaniske egenskaber af materialet er afgørende 1. For eksempel bør et materiale til erstatning auricular brusk har de passende mekaniske egenskaber til at forhindre kompression af den overliggende hud 2. Ligeledes til et materiale erstatte nasal biltilage skal have tilstrækkelige mekaniske egenskaber til at forebygge kollapse under vejrtrækning 3. Trods betydningen af mekaniske egenskaber ved fremstillingen af materialer til implantering, har få tegn fokuseret på karakterisering af de mekaniske egenskaber af forskellige humane væv.
Mekanisk testning regimer kan anvendes til at fastslå kompressionskraft, trækstyrke, bøjning, eller shear egenskaber af et væv. Hud er en meget anisotropisk, viskoelastiske, og næsten usammentrykkelige materiale 4-9. Almindeligt udskåret hud testes under anvendelse enaksede trækstyrke metoderne, hvor en hensigtsmæssigt formet strimmel af hud gribes i begge ender og strakt mens belastningen og forlængelsen registreres 4-9.
Eftersom hovedbestanddelen i alle bløde væv er interstitiel vand, den mekaniske reaktion af brusk er stærkt relateret til strømningen af fluid gennem vævet 10-11. Blødt væv, såsom brusk have traditionelt været testet ved anvendelse kompressionsprøvning. Metoderne til test i kompression er ganske varieret, med begrænset, unconfined, og indrykning er den mest udbredte (figur 1). Inden begrænset kompression, er en brusk prøve anbringes i en uigennemtrængelig, væskefyldte godt og indlæst gennem en porøs plade. Da brønden er ikke-porøs, flow selvom brusken er i den vertikale retning 12-13. I unconfined kompressionen bliver brusk indlæses ved hjælp af en ikke-porøs plade på et ikke-porøst kammer, tvinger væskestrømmen til at være overvejende radial 12-13. Indrykning er den hyppigst anvendte metode til evaluering af biomekaniske egenskaber af brusk 12-13. Den består af en indrykning, mindre end overfladen af prøven, der testes tilstand bringes ned på prøven. Fordybning har mange fordele frem for andre metoder til kompression, herunder det faktum, at fordybningen kan udføres in situ, enabling testen til at være mere fysiologisk (figur 1) 12-13.
For at forstå de tryk- og strækegenskaber et væv, er Youngs elasticitetsmodul typisk beregnet ved at analysere den lineære del af stress-strain kurve, som angiver den elastiske modstand mod kompression eller spænding, uanset prøvestørrelse 12. Både træk- og trykstyrke test regimer kan variere alt efter belastningen eller deformation påføres og hastigheden af begge sådanne parametre. På nuværende tidspunkt findes der mange forskellige testprotokoller til vurdering væv mekanik, hvilket gør det ekstremt vanskeligt at fortolke eller sammenligne resultaterne fra forskellige undersøgelser 6-13. Endvidere har mange mekaniske metoder øjeblikket fokuserer på karakterisere de mekaniske egenskaber af vævet ved at teste enheden til destruktion. Vi tilstræber at demonstrere en fordybning og træk- protokol, der giver direkte, ikke-destruktiv sammenligning af menneskeligblødt væv og væv-manipuleret konstruktioner.
Vi demonstrerer en metode, der begrænser de mekaniske prøvninger til stress og stadig opnår en Youngs elasticitetsmodul i kompression og spænding. Prøven stresset enten i træk eller tryk til en bestemt værdi, og når den valgte stress værdi er nået, er prøven lov til at slappe af, mens registreres alle data. Denne metode opfanger både de viskoelastiske og afslapning egenskaber af væv i den samme test, som kan anvendes direkte på det syntetiske materiale. Vi har brugt indrykningen protokol at evaluere humane bløde væv, herunder hud- og brusk 14-16. Brusk vurderes ved hjælp indrykning test og hud evalueres ved hjælp af spænding test 14-16. Forskere har til formål at konstruere materialer med lignende egenskaber til humane bløddele kunne overveje at gennemføre disse protokoller.
Protocol
Denne protokol følger de etiske retningslinjer for vores institutionens menneskelige forskning etiske udvalgets retningslinjer for anvendelse, opbevaring og bortskaffelse af humant væv. Menneskelige vævsprøver kan udskæres fra kadaver organer, som har givet samtykke til forskningsformål med relevante etiske godkendelser. Prøver kan også blive kasseret væv fra samtykke patienter, der gennemgår kirurgiske indgreb, med relevant etisk godkendelse.
1. Forberedelse af huden
- Forbered prøver ved manuelt at dissekere off fedtvæv og det tynde lag af dybe dermis under anvendelse af en skalpel og pincet. Dette trin er vigtigt at sikre sammenhæng mellem prøver 14.
- Skær den resulterende ark split-tykkelse hud ind i en standardiseret prøve størrelse (f.eks 1 cm × 5 cm prøver). Bestem prøvestørrelse baseret på dimensionerne af testanordningen. Hvis et væv-manipuleret konstruktion også bliver testet, den specimen størrelse bør være passende for materiale af interesse 14. Bortskaf skalpelblade i de relevante klid skraldespande.
- At muliggøre afslutningen af de mekaniske beregninger, måle tykkelsen af huden, der testes ved hjælp af elektroniske skydelære før og efter mekanisk test.
2. Trækstyrke Afprøvning
BEMÆRK: Alle materialer test maskiner bør kalibreres i henhold til producentens retningslinjer før testning.
- Test hudprøver i uniaksial spænding under anvendelse af en materialeprøvning maskine (figur 2A) ved stuetemperatur (22 ° C) 14.
- Orientere hudprøverne i samme retning for alle prøver (fx vinkelret eller in-line med Langer Lines (topologiske linjer trukket på et kort over det menneskelige legeme henviser til en naturlig orientering af collagenfibre i dermis)) 14.
- Immobilisere prøven mellem to klemmer (en commercial jig), en påsat en 98.07 N belastningscelle og den anden til en fast bundplade 14. Den resulterende området mellem de testede i uniaksial spænding klemmer bør være 1 cm x 4 cm (figur 2).
BEMÆRK: En kommerciel jig blev anvendt for at undgå uensartet gribe- og beskadigelse af prøven før afprøvning. Prøven er fastgjort til en "finger-tight" tæthed. - Dæk prøveområdet (efter placering i apparatet) på begge sider med vaseline for at forhindre modellen udtørring.
- Programmere træk- lastning og afslapning test regime i softwaren som en liste over handlinger, som følger: Zero Load | Zero Position | Find Kontakt (Trækstyrke belastning) | Vent (afslapning).
- Start testen med programmet. Læg prøven under spænding til 29,42 N ved 1 mm / s. Brug en hastighed og belastning, der ikke forårsager svigt af huden (f.eks 29.42 N ved 1 mm / s).
- Efter 29.42 N-belastning er nået, tillade vævet at slappei 1,5 time, en time-punkt, hvor der er minimal ændring i afslapning adfærd, styret af computersoftware 14.
Bemærk: Forskydningen holdes konstant under afslapning fase, ikke belastningen. - Beregn elastiske og viskoelastiske egenskaber som pr retningslinjerne for analyse afsnittet. De mekaniske egenskaber undersøgte vil repræsentere de gennemsnitlige egenskaber af de opdelte-tykkelse hud bestanddele (epidermis og dermis) 14.
Bemærk: Der er ingen definerede tara belastning, som det fremgår af rå data, når deformation forekommer og dermed indgår kun disse datapunkter.
3. Fremstilling af brusk
- Fjerne huden og fascia fra brusk præparatet vha et skalpelblad og pincet 15, 16.
- Opdel brusk enheder i en standardiseret prøve størrelse (f.eks 1,5 cm blokke) med en skalpel og pincet. For alle prøver, bruge en semicircuLAR-formet indrykning (figur 2B), der har en diameter og tykkelse på mindst 8 gange større end størrelsen af brusk prøven. Dette forhold sikrer, at indrykning ikke påvirkes af eventuelle kant effekter fra prøvepræparation 15. Bortskaf skalpelblade i de relevante klid skraldespande.
- At muliggøre afslutningen af de mekaniske beregninger, måle tykkelsen af brusk, der skal indlæses ved hjælp af elektroniske skydelære før og efter mekanisk test 15, 16.
4. Trykstyrke indrykning Testing
- Komprimere brusk prøver under anvendelse af en materialeprøvning maskine i en hydratiseret miljø ved stuetemperatur. Dæk brusk prøven med phosphatbufret saltvand (PBS) før og under kompression test for at sikre, at prøven er hydreret.
BEMÆRK: PBS ikke ligefrem matcher fysiologisk miljø, men det giver både materialer og væv til at være comforhold lige 15, 16. - Orientere brusk prøve så overfladen er vinkelret på indtrykningsanordningen. Dette gør det muligt kompression at være enaksede og begrænser enhver forskydningslast 15.
- Programmere trykbelastning og afslapning test regime i softwaren som en liste over handlinger, som følger: Zero Load | Zero Position | Find Kontakt (trykbelastning) | Vent (afslapning).
- Start testen ved hjælp af softwareprogrammet. Læg prøven under kompression til 2,94 N ved 1 mm / s 15, 16.
BEMÆRK: Det var bestemt til at være en ikke-destruktiv belastning, der er følsom nok til at identificere både elastiske og viskoelastiske egenskaber af brusk 15. - Efter 2,94-N grænse er nået, tillader brusken at slappe i 15 minutter, en time-punkt, hvor der er minimal ændring i afslapning opførsel, ved hjælp af computersoftware 15, 16.
BEMÆRK: Figur2C-D viser et typisk sæt op for kompression og trækstyrke testning af humane vævsprøver. De samme protokoller kan derefter anvendes på syntetiske biomaterialer til at matche de biomekaniske egenskaber til det native væv, der analyseres. For eksempel, figur 2E-F viser kompression og trækprøvning af humant væv nøje matcher en syntetisk materialets biomekaniske egenskaber.
5. Beregning af Youngs elasticitetsmodul for indrykning og trækprøvning
- Indsamle de rå data, herunder tid (s), forskydning (mm), og belastning (N) fra materialeprøvning enhed 14-16.
- Beregn stress (MPa) og stamme (%) ved hjælp af formlerne vist i figur 3.
BEMÆRK: Hvis en halvkugleformet indrykning blev anvendt under kompression test, dividere kraft ved tværsnitsareal giver den nominelle (gennemsnit) stress, men ikke peak stress. - Brug en lineær scatter plotat plotte stress MPa (y-akse) over for stammen (x-aksen). Bestem den lineære kurve pasform. Den lineære kurvetilpasning er lig med y = mx + b med en respektiv R-værdi.
BEMÆRK: Alle datapunkter er medtaget for at opnå et minimum R-værdi> 0,98. Den m værdi er hældningen, hvilket svarer til modulet af stress over stamme, hvilket indikerer bæreevne eller resistens over for spænding i MPa (dvs. Youngs modul). Hvis F værdien ikke> 0,98, så den antagelse at karakterisere lineært viskoelastiske opførsel er ugyldig. - At identificere de viskoelastiske egenskaber, hvor fluidstrømning fra eksponering for deformation har nået ligevægt, er forholdet mellem stress over tid i løbet af de sidste 200 s af mekanisk test, og den endelige stress niveau ved afslutningen af eksperimentet beregnes.
BEMÆRK: Med stigende tid, vil spændingsniveauet falde (slappe) som fluidstrømmen når ligevægt 17, 18. En hurtig stress-afslapning svar indicates, at det er vanskeligt at opretholde høje spændinger i prøven 17, 18.
6. Egenskaber Afslapning
- Plot stress i MPa (y-aksen) mod tid i s (x-aksen) på en lineær scatter plot.
- Bestem en lineær kurve passer til at beregne hastigheden af afslapning. Den lineære kurvetilpasning er lig med y = mx + b med en respektiv værdi af de sidste 200 s. Den m værdi hastigheden af afslapning.
- Medtag alle datapunkter for at opnå et minimum R-værdi> 0,98. Den endelige stress (MPa) ved 1,5 time for hud- og 15 min for brusk er den endelige absolut afslapning værdi.
Representative Results
Figur 4 og 5 giver eksempler på data opnået via indrykning og trækprøvning. Figur 4 viser typiske værdier opnået efter human brusk indrykning test. Figur 4A er et eksempel på en typisk stamme-versus-stress plot opnået efter indrykning test. For at opnå den Youngs Modulus, er alle værdier medtages frem kurve line fit den har en R-værdi på 0,98 (Figur 4B) minimum. Den m værdi er den indikator for Youngs Modulus i MPa; for eksempel i disse data, brusk har et modul på 1,76 MPa. Figur 4C viser en typisk afbildning af stress mod tiden for at evaluere afslapning egenskaber brusk. Satsen for afslapning beregnes ud fra de sidste 200 s. Ligeledes for at opnå hastigheden for afslapning, er m-værdi for en linje kurvetilpasningen i MPa anvendes. For eksempel, i disse data, brusk har en hastighed pålempelse af 8,78 x 10 -6 MPa / s (figur 4D). Det absolutte endelige niveau af afslapning er det sidste punkt af stress i MPa. For eksempel, i dette datasæt, ville det absolutte endelige niveau af afslapning være 0,028 MPa (figur 4D).
Figur 5 viser, hvordan man vurderer viskoelasticitet hudvæv efter trækprøvning. Analysen udføres som pr kompressionsprøvning. Figur 5A viser en typisk stamme-versus-stress plot opnået fra trækprøvning protokollen. For at opnå den Youngs Modulus i spænding, er alle værdier medtages frem kurve line fit den har en R-værdi på 0,98 (figur 5B) minimum. Den m værdi er den indikator for Youngs Modulus i MPa; for eksempel i disse data, huden har et modul på 0,62 MPa. Figur 5C viser en typisk afbildning af stress mod tiden for at evaluere relaksationsegenskaber of hud. Satsen for afslapning beregnes ud fra de sidste 200 s. Ligeledes for at opnå hastigheden for afslapning, er m-værdi for en linje kurvetilpasningen i MPa anvendes. For eksempel, i disse data, huden har en hastighed af afslapning på 3,1 x 10 -5 MPa / s (figur 5D). Det absolutte endelige niveau af afslapning er det sidste punkt af stress i MPa. For eksempel, i dette datasæt, ville niveauet være 0,64 MPa (figur 5D). Samme analyse kan derefter anvendes til at analysere biomaterialer under kompression og trækprøvning at matche deres biomekaniske egenskaber til nativt væv.
Figur 1: Skematisk diagram til at illustrere forskellige kompression metoder. A. indrykning Testing. En belastning påføres et lille område af brusk ved hjælp af en ikke-porøs indrykning. B. Confined Compression. Brusken prøve anbringes i en uigennemtrængelig væskefyldte brønd. Brusken fyldes derefter gennem en porøs plade. Da brønden er uigennemtrængelig, strømning gennem brusken er kun i den vertikale retning. C. unconfined Compression. Brusken er indlæst ved hjælp af en ikke-porøs plade på et ikke-porøst kammer, tvinger fluidstrømning at være overvejende radial.
Figur 2: Set-up af den mekaniske test maskine. A. Illustration af test maskine. B. Illustration af indtrykningsanordningen anvendes til kompressionsprøvning analyse. C. Brusk der analyseres under anvendelse af kompression indrykning test. D. Hudvæv der analyseres under trækprøvning. E. Trækprøvning af en syntetisk biomateriale. F.
Figur 3: Formler anvendes ved beregning af tryk- og trækstyrke mekaniske egenskaber af et væv eller et væv-manipuleret konstruktion. De anvendes til at beregne kraft formler (N), stress (MPa), og stamme (%).
Figur 4: Eksempel på kompression analyse af humant brusk. A. Stress-versus-stammen analyse. B. m værdi af kurven line ligning er Youngs elasticitetsmodul i MPa. C. Stress-versus-tid-analyse for at påvise afslapning egenskaber. D. m værdi af kurven line ligning angiver afslapning sats. Den endelige absolute sats er det sidste punkt på grafen.
Figur 5: Eksempel på trækstyrke analyse af menneskehud. A. Stress-versus-stammen analyse. B. m værdi af kurven line ligning er Youngs elasticitetsmodul i MPa. C. Stress-versus-tid-analyse for at påvise afslapning egenskaber. D. m værdi af kurven line ligning svarer til afslapning sats. Den endelige absolutte sats er det sidste punkt på grafen.
Discussion
Adskillige trækstyrke og indrykning protokoller er blevet offentliggjort at karakterisere humane bløde væv. Vi har givet en anden metode, som sigter mod at være mere diagnostisk og ikke-destruktiv. Prøverne gennemgår mekanisk prøvning i denne protokol er begrænset af belastningen i stedet for ved forskydning, som transducere er mere følsomme over for belastning end til forskydning. Derfor kan reproduktioner af forsøget være mere præcis tværs væv og syntetiske materialer. Under anvendelse af denne teknik har vi vist en trækstyrke protokol for evaluering hudvæv og en fordybning protokol for analyse bruskvæv. Begge protokoller er let og enkel at gennemføre og kan betragtes til karakterisering af humane bløde væv og væv-manipuleret konstruktioner.
Et af de vigtige skridt i den metode til at opnå en stress-afslapning kurve egnet til analyse er at sikre, at prøven ikke glider under testen. Tilstrækkelig fiksering er required, men dette skal afvejes mod forårsage nogen stress på prøverne og sikre, at indtrykningsanordningen er vinkelret på overfladen for at forhindre enhver forskydningsbelastning. Det er afgørende, at sammensætningen samt størrelsen og formen af vævet er ens mellem prøverne. For brusk, er det afgørende at bruge en gentagelig dissektion protokol og prøve dimensioner. For hudprøver, er det vigtigt at fjerne alt det subkutane væv for at opnå en gentagelig prøve. Det er også vigtigt at sikre, at for alle prøver, de specimen er identiske, herunder hydratisering, stuetemperatur, og optøningsprocessen, hvis det er relevant.
Der er nogle begrænsninger for de protokoller, der præsenteres. Undersøgelser har antydet, at deformationsegenskaber af hud og brusk afhænger objektorientering 13. Hud blev anerkendt for at være anisotropisk så langt tilbage som det 19. århundrede, med Langer demonstrerer i 1861, at huden har naturlige linjeraf spænding, benævnt Langer linjerne 4. Således ved karakterisering hudprøver, er det vigtigt at orientere alle prøver parallelt eller vinkelret på Langer Lines at undgå at indføre en metode forspænding 4. Brusk viser også anisotrope egenskaber og indeholder Hultkrantz linjer, som svarer til Langer linjer, så brusken kan deformere forskelligt, alt efter i hvilken retning det er indlæst 12, 19. Således er det vigtigt at øge prøvens størrelse for at muliggøre afprøvning af brusk i forskellige retninger. Som biomekaniske egenskaber af væv også variere med alder og køn, bør undersøgelser udføres med en repræsentant patient kohorte at opretholde gyldighed til den kliniske indstilling. Desuden har nogle mekaniske protokoller går ind forkonditionering hvor vævet undergår cykliske belastning til at sikre, at vævet er i en stabil tilstand for efterfølgende mekanisk test 20. Men den nøjagtige mekanisme af prekonditionering er uklar, og det nøjagtige antal cyklusser nødvendige for at producere en ensartet og gentagelig respons varierer i forskellige undersøgelser 20. Forskeren bør overveje, om ikke at medtage konditionering efter at have evalueret årsagen til at udføre den specifikke biomekaniske test 20.
Skin er en kompleks, multi-lag materiale, opdelt i tre hovedkategorier lag: epidermis, dermis og hypodermis 4. De mekaniske egenskaber af hudvæv er for nylig blevet evalueret under anvendelse in vivo-vurderinger 4. Dog kan protokoller trækprøvning anvendes til at forstå huden biomekanik udskåret hud 4. Sådanne test kan give oplysninger til at modellere stress-strain relationer, da de randbetingelser kan defineres fire. Typisk in vitro-test regimer bruger høje belastninger at karakterisere materialet til fiasko, mens in vivo systemer bruglav belastning spænder 4. Ved sammenligning biomekaniske henblik udskåret hud under spænding, er der en stor variation mellem forskellige undersøgelser, der spænder fra 2.9-150 MPa 4. Store forskelle mellem fag forventes på grund af naturlig biologisk variation, men forskelle i protokol regimer kan også forværre disse naturlige biologiske forskelle. For eksempel vil forskelle i Belastningen mellem protokoller forårsage variation, som større Belastningen forårsage mindre tid for fluidet at strømme ud, hvilket resulterer i en højere stivhed. De forberedelse, excision, og håndtering protokoller i huden væv vil også medføre forskelle i de mekaniske egenskaber 4. Denne protokol demonstreret til test hud giver en alternativ metode til forskere til at karakterisere hud væv. Det giver et par fordele, herunder evnen til at identificere de elastiske og viskoelastiske egenskaber af hudvæv i en mekanisk test, der giver mulighed for en større forståelse af hudeni en kort tid. Endvidere kan den samme test anvendes på væv-manipuleret udskiftninger at fremstille konstruktioner med lignende biomekaniske egenskaber som nativt hud.
Indrykning test giver en attraktiv løsning i forhold til begrænset kompression test for forståelsen biomekanik brusk 21. Fordybning har evnen til at bevare den fysiologiske struktur af brusk og tilvejebringer således værdier, der efterligner dem af et klinisk miljø. Brug af indrykning, er det også muligt at teste brusk, mens den stadig er fastgjort til den underliggende knogle. Indrykning giver også mulighed for fysiologisk test af brusk in vivo. Når to brusk overflader nærmer sig hinanden, idet kanterne omkring kontaktområdet "bule" på grund af vand under kontaktområdet forskydes sideværts efter kompressionskraft deformation 17, 21. Brusk indrykning skal udføres med en iDIndtast med en mindre radius end brusk prøve at tillade tilsvarende udbuling. Størrelsen af indtrykningsanordningen bør også være mindst 8 gange prøvens størrelse for at sikre, at brusk reagerer, som om det var en del af ubestemt prøve 22. Ved anvendelse af en indrykning meget mindre end radius af prøven diameter eliminerer stede i prøven skabelse randeffekter. Desuden indrykning undgår mulige eksperimentelle fejl forårsaget ved at teste bruskskader beskadiget af prøveudtagning. Indrykning også involverer ikke dyb prøveforberedelse, såsom begrænset kompression, hvilket giver små, tynde stykker brusk, der skal testes 17, 21. Desuden den ikke-destruktive metode indrykning betyder, at det har en potentiel anvendelse i kliniske omgivelser som et diagnostisk redskab efter validering og verificering undersøgelser er blevet udført.
Der er væsentlige forudsætninger med indrykning, som brugeren skal sikre for appropriate resultater. En kritisk randbetingelse i fordybningen loading kræver konstant kontakt mellem indtrykningsanordningen og brusken overflade (dvs. at overfladen ikke deformeres væk fra indtrykningsanordningen) 23, 24. Indrykning loading omfatter også antages randbetingelse, at kontakten mellem brusk overflade og indtrykningsanordningen er ikke-destruktiv (dvs. at indtrykningsanordningen er i kontakt med overfladen, men ikke går gennem overfladen, brusk Overfladen skal ikke svigte under indrykning) 25-26. Undersøgelser har vist, at denne randbetingelse kan verificeres ved anvendelse af India-blæk, som vil farve beskadigede områder ved påføring på brusk flade 25, 26. En yderligere randbetingelse antager, at indtrykningsanordningen komprimerer brusk vinkelret på overfladen af prøven. Den vinkelrette orientering af kompression er en vigtig grænse condition fordi komprimere i en vinkel, især hvis hjælp periodisk belastning, kan forårsage skridning, som kan inducere klipning komponenter, og ændre den mekaniske belastning. kan sikres Denne betingelse gennem omhyggelig testudstyr oprettet.
Efter de opsummerede protokoller er blevet optimeret til det bløde væv af interesse, vil det være nyttigt for forskerne at undersøge dynamisk afprøvning af vævet af interesse. Passende cyklisk belastning af prøver skal efterligne normale fysiologiske grænser og adfærd, såsom at efterligne gå eller andre gentagne bevægelser 27. Sammenfattende denne rapport viser simple mekaniske test protokoller til at vurdere de menneskelige væv. Gennemførelsen af disse protokoller vil give vigtige oplysninger om de biomekaniske egenskaber af væv, så væv-manipuleret konstruktioner til bedre efterligne den native væv.
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).
