Abstract
רפואת רגנרטיבית שואפת מהנדס חומרים להחליף או להחזיר איברים פגומים או חולים. התכונות המכאניות של חומרים כאלה צריכים לחקות את הרקמות האנושיות הם מכוונים להחליף; כדי לספק את הצורה האנטומית הנדרשת, החומרי חייב להיות מסוגל לקיים את הכוחות המכאניים הם חווים כאשר מושתלים באתר הפגם. למרות התכונות המכאניות של פיגומי רקמות מהונדסות הן בעלי חשיבות רבה, רקמות אנושיות רבות כי לעבור שיקום עם חומרים מהונדסים שלא היו מלא biomechanically מאופיין. מספר פרוטוקולי דחיסה ו מתיחה מדווחות להערכת חומרים, אבל עם שונות גדולות שקשה להשוות את התוצאות בין מחקרים. שמסבך עוד יותר את המחקרים טבע לעתים קרובות ההרסני של בדיקות מכאניות. בעוד הבנה של כישלון רקמות חשובה, חשוב גם להיות בעל ידע של תכונות אלסטיות viscoelastic תחת יותר Physiolתנאי טעינה ogical.
דו"ח זה נועד לספק פרוטוקול הרסני מינימאלי להעריך את מאפייני דחיסה ו מתיחה של רקמות רכות אדם. כדוגמאות בטכניקה זו, בדיקות מתיחה של העור ואת בדיקות דחיסה של סחוס מתוארים. פרוטוקולים אלה יכולים להיות מיושמים גם ישירות חומרים סינטטיים על מנת להבטיח כי התכונות המכאניות דומות רקמות ילידים. פרוטוקולים כדי להעריך את התכונות המכאניות של רקמות ילידי אדם ייאפשרו אמת מידה שבאמצעותו ליצור תחליפי רקמות מהונדסות מתאימים.
Introduction
חולים מחכים יותר ויותר בנושא השתלות איברים שונות לטיפול באיברים כושלים או נפצעו. עם זאת, עם המחסור באיברים תורמים מתאימים, רפואת רגנרטיבית היא מכוונת כדי ליצור פתרונות חלופיים עבור חולים עם כשל איברים סופנית. רפואה רגנרטיבית שואפת לענות על הצורך הקליני ידי הנדסת חומרים לפעול כתחליף רקמות, כולל רקמות רכות, כגון סחוס ועור. כדי ליצור חומר מוצלח לשחזר רקמות שנפגעו, חומר ההחלפה צריך לחקות את המאפיינים של רקמות הילידים זה הולך להחליף 1-2. לאחר מושתל בניתוח, החומר יצטרך לספק צורה האנטומית לפגם רקמות ובכך, התכונות המכאניות של החומר הן חיוניות 1. לדוגמה, חומר החלפת סחוס אזני צריך את תכונות מכניות הנאותים כדי למנוע דחיסה ידי שמעליה העור 2. באופן דומה, חומר להחליף את מכונת אףtilage תצטרך לקבל תכונות מכניות נאותה כדי למנוע התמוטטות במהלך הנשימה 3. עם זאת, למרות החשיבות של תכונות מכאניות כאשר ייצור חומרי להשתלה, מעט עדויות התמקדו באפיון התכונות המכאניות של רקמות אנושיות שונות.
ניתן להשתמש משטרי בדיקה מכאניים להקים את, מתיחת הדחיסה, כיפוף, או נכסי גזירה של רקמות. העור הוא, viscoelastic איזוטרופי מאוד, חומר דחיס כמעט 4-9. בדרך כלל עור ניכר נבחן באמצעות מתודולוגיות מתיחת uniaxial, שבו נבנו מסלול כהוגן בצורה של עור הוא אחז בשני הקצוות ומתח בעוד העומס וההרחבה נרשמים 4-9.
מאז המרכיב העיקרי של כל רקמות רכות מי ביניים, התגובה המכאנית של סחוס קשורה מאוד את זרימת הנוזל דרך הרקמות 10-11. רקמות רכות כגון h סחוסותעיף נבדק באופן מסורתי באמצעות בדיקות דחיסה. השיטות לבדיקת דחיסה הן מגוונות למדי, עם מוגבל, מוגבלים בשטחם, מהשוליים להיות הנפוץ ביותר (1 איור). בתוך דחיסה מוגבלת, מדגם סחוס מושם אטום, מלא נוזל היטב שנטען באמצעות צלחת נקבובית. מאז גם הוא שאינם נקבובי, לזרום אם כי הסחוס הוא בכיוון האנכי 12-13. בשנת דחיסה מוגבלים בשטחם, הסחוס נטען באמצעות צלחת שאינו נקבובי על תא שאינו נקבובי, מה שאילץ את זרימת הנוזל להיות רדיאלי בעיקר 12-13. זחה היא השיטה הנפוצה ביותר בשימוש על מנת לאמוד את המאפיינים ביומכנית של סחוס 12-13. זה מורכב של indenter, קטן יותר משטח של הדגימה הנבדקת, כי הוא הביא למטה על הדגימה. יש הזחה יתרונות רבים על פני שיטות אחרות של דחיסה, לרבות העובדה הכניסה שניתן לבצע באתרו, enabling המבחן כדי להיות יותר פיזיולוגיים (איור 1) 12-13.
כדי להבין את מאפייני דחיסה ו מתיחה של רקמות, מודולוס האלסטיות של יאנג מחושב בדרך כלל על ידי ניתוח החלק הליניארי של עקומת לחץ-הזן, המציין את התנגדות אלסטית דחיסה או מתח, בלי קשר דגימת גודל 12. שני משטרים המתיחים ובדיקת דחיסה יכולים להשתנות בהתאם לעומס או דפורמציה שיושמה השיעור של שני פרמטרים כאלה. נכון לעכשיו, יש הרבה פרוטוקולי בדיקות שונים כדי להעריך מכניקת רקמות, מה שהופך את זה מאוד קשה לפרש או להשוות תוצאות ממחקרים שונים 6-13. יתר על כן, שיטות מכאניות רבות כרגע להתמקד באפיון התכונות המכאניות של הרקמות ידי בדיקת הדגימה לאבדון. אנו שואפים להדגים פרוטוקול הפנמה מתיח המספק השוואה ישירה, בלתי הרסנית של אדםרקמות רכות ובונה מהונדסים-רקמה.
אנו להדגים שיטה המגבילה את הבדיקות המכאניות ללחץ ועדיין משיגה מודולוס האלסטיות של צעירי דחיסה ומתח. המדגם הוא הדגיש גם במתח או דחיסת לערך מסוים, ופעם ערך המתח נבחר הושג, המדגם מותר להירגע בזמן שאתם כל הנתונים שנרשמו. שיטה זו לוכדת הן המאפיינים viscoelastic והרפיה של רקמות בתוך באותה בדיקה, אשר יכול להיות מיושם ישירות חומר סינתטי. השתמשנו פרוטוקול הזח להעריך רקמות רכות אדם, כוללים עור וסחוס 14-16. סחוס נבחן באמצעות בדיקות הפנמת עור מוערך באמצעות מתח בדיקות 14-16. חוקר במטרה מהנדס חומרים עם תכונות דומות לאלו של רקמות רכות אדם יכול לשקול יישום הפרוטוקולים הללו.
Protocol
פרוטוקול זה עוקב אחר קווים מנחים אתיים של הנחיות ועדת אתיקה המחקר האנושי של המוסד שלנו בנוגע לשימוש, אחסון, וסילוק רקמה אנושית. ניתן ניכרות דגימות רקמה אנושיות מגופי cadaveric כי כבר הסכימו למטרות מחקר עם אישורים אתיים רלוונטיים. דוגמאות ניתן גם להיות מושלך רקמות מחולי סכים שעברו פרוצדורות כירורגיות, באישור אתי רלוונטי.
1. הכנת העור
- הכן דגימות ידי לנתח באופן ידני את רקמת שומן ואת השכבה הדקה של הדרמיס עמוק באמצעות סכין אזמל מלקחיים. שלב זה חשוב כדי להבטיח עקביות בין דגימות 14.
- חותכים את גליון וכתוצאה מכך העור מפוצל עובי לתוך גודל מדגם סטנדרטי (למשל, 1 ס"מ × 5 דגימות ס"מ). לקבוע את גודל הדגימה הבוסס על המאפיינים של מנגנון הבדיקה. אם מבנה מהונדס-רקמות גם נבחן, את specimeגודל n צריך להיות מתאים עבור החומר של עניין 14. השלך להבי אזמל פחי החדים המתאימים.
- כדי לאפשר השלימו החישובים המכאניים, למדוד את עובי העור נבדק באמצעות מחוגה אלקטרונית לפני ואחרי בדיקות מכאניות.
2. בדיקות מתיחות
הערה: כל המכונות לבדיקת חומרים צריכים להיות מכוילות על פי ההנחיות של היצרן לפני הבדיקה.
- דגימות עור מבחן במתח uniaxial באמצעות מכונה לבדיקת חומרים (איור 2 א) בטמפרטורת החדר (22 מעלות צלזיוס) 14.
- להתמצא דגימות העור באותו כיוון עבור כל הדגימות (למשל, בניצב או אונליין עם קווי לנגר (קווי טופולוגי המשוכים על המפה של הגוף האנושי בהתייחסו האוריינטציה הטבעית של סיבי קולגן בדרמיס)) 14.
- לשתק את המדגם בין שני מלחציים (שותףלנענע mmercial), אחד מודבק תא 98.07 N עומס והשני צלחת בסיס מקרקעי 14. השטח המתקבל בין מלחציים נבדק במתח uniaxial צריך להיות 1 ס"מ x 4 ס"מ (איור 2).
הערה: לנענע מסחרי נוצל כדי להימנע מרתק לא אחיד ופגיעה המדגם לפני הבדיקה. המדגם מקובע מועקה "אצבע חזקה". - מכסה את אזור הדגימה (לאחר מיקום במנגנון) משני הצדדים עם וזלין כדי למנוע התייבשות דגימה.
- לתכנת את טעינת מתיחה והרפיה בדיקות המשטר לתוך התוכנה כרשימה של פעולות, כדלקמן: Load Zero | אפס מיקום | מצא קשר (טעינת מתיחה) | חכה (הרפיה).
- הפעל את הבדיקה עם התוכנה. טען המדגם תחת מתח 29.42 N ב 1 מ"מ / s. השתמש קצב לטעון כי אינו גורם לכישלון של העור (למשל, 29.42 N ב 1 מ"מ / s).
- לאחר 29.42 N-העומס הוא הגיע, לאפשר לרקמות להירגעעבור 1.5 שעות, א-נקודת זמן שבה יש שינוי מזערי התנהגות הרפיה, שבשליטת תוכנת מחשב 14.
הערה: עקירת מוחזק קבועה במהלך שלב ההרפיה, לא העומס. - לחשב תכונות אלסטיות viscoelastic לפי ההנחיות בסעיף הניתוח. התכונות המכאניות נחקרו תייצגנה את התכונות הממוצעות של מרכיבי עור-עובי פיצול (האפידרמיס הדרמיס) 14.
הערה: אין עומס טרה מוגדר, כפי שברור מן הנתונים הגולמיים כאשר העיוות מתרחשת ובכך, רק נקודות נתונים אלה כלולות.
3. הכנת סחוס
- הסר את העור fascia מן הדגימה סחוס באמצעות סכין אזמל מלקחיים 15, 16.
- מחלקים את דגימות סחוס לתוך גודל מדגם סטנדרטי (למשל, בלוקים 1.5 ס"מ) באמצעות להב סקלפל מלקחיים. עבור כל הדגימות, להשתמש semicircuLar בצורת indenter (איור 2 ב) בעל קוטר ועובי לפחות 8 פעמים יותר מאשר גודל מדגם הסחוס. יחס זה מבטיח כי indenter אינו מושפע תופעות קצה מן הדגימה כנה 15. השלך להבי אזמל פחי החדים המתאימים.
- כדי לאפשר השלימו החישובים המכאניים, למדוד את עובי הסחוס להיות טעון באמצעות מחוגה אלקטרונית לפני ואחרי בדיקות מכאניות 15, 16.
4. דחיסה זחה בדיקה
- לדחוס את דגימות סחוס באמצעות מכונה לבדיקת חומרים בסביבה hydrated בטמפרטורת החדר. מכסה את מדגם הסחוס עם פוספט שנאגר מלוח (PBS) לפני ובמהלך בדיקות דחיסה על מנת להבטיח כי המדגם הוא התייבשות.
הערה: PBS אינו תואם במדויק את הסביבה הפיזיולוגית, אבל זה מאפשר הן את החומרים ואת רקמות להיות compared שווה 15, 16. - להתמצא מדגם הסחוס כך את פני השטח הוא בניצב indenter. זה מאפשר דחיסה להיות uniaxial ומגביל בכל טעינת גזירה 15.
- לתכנת את טעינת דחיסה והרפיה בדיקות המשטר לתוך התוכנה כרשימה של פעולות, כדלקמן: Load Zero | אפס מיקום | מצא קשר (טעינת דחיסה) | חכה (הרפיה).
- הפעל את הבדיקה באמצעות התוכנה. טען המדגם תחת דחיסה לרמה של 2.94 N ב 1 מ"מ / s 15, 16.
הערה: זה היה נחוש בדעתו להיות עומס בלתי הרסני כי הוא רגיש מספיק כדי לזהות הוא תכונות אלסטיות viscoelastic של סחוס 15. - לאחר מגבלת 2.94-N הוא הגיע, לאפשר סחוס להירגע במשך 15 דקות, זמן-לנקודה שבה יש שינוי מזערי התנהגות הרפיה, באמצעות תוכנת מחשב 15, 16.
הערה: איור2C-D מציג סט טיפוסי עד לבדיקת הדחיסה מתיחה של דגימות רקמה אנושיות. אותו הפרוטוקולים אז יכולים להיות מיושמים על חומרים ביולוגיים סינטטיים כדי להתאים את המאפיינים ביומכנית לרקמת היליד להיות מנותחת. לדוגמה, איור 2E-F מדגים בדיקות דחיסה מתיחה של רקמה אנושית התאמת מקרוב נכסים ביומכנית של חומר סינתטי.
5. חישוב מודולוס האלסטיות של יאנג עבור זחה ובדיקה מתיחה
- אסוף את הנתונים הגולמיים כוללים זמן (ים), עקירה (מ"מ), ועומס (N) מהמכשיר החומר הבדיקה 14-16.
- לחשב את הלחץ (MPA) ומתח (%) תוך שימוש בנוסחאות שמוצג באיור 3.
הערה: אם indenter hemispherical שמש במהלך בדיקת דחיסה, חלוקת הכח על ידי החתך באזור נתן הנומינלי (ממוצע) מתח, אבל לא את לחץ השיא. - השתמש עלילת פיזור ליניאריעלילת המתח מגפ"ס (ציר y) נגד הזן (ציר x). לקבוע את העקומה ליניארי. את העקומה ליניארית שווה y = mx + b עם ערך R בהתאמה.
הערה: כל נקודות הנתונים כלולות כדי להשיג ערך R מינימום> 0.98. השווי מ הוא השיפוע, אשר תואם את מודולוס של מתח על זן, המציין התנגדות דחיסה או התנגדות למתיחות מגפ"ס (כלומר, מודולוס של יאנג). אם הערך R אינו> 0.98, אז ההנחה של אפיון התנהגות viscoelastic ליניארי אינה חוקית. - כדי לזהות את מאפייני viscoelastic שבו זרימת נוזל מחשיפת העיוות הגיעה לשיווי משקל, היחס של מתח לאורך זמן על פני 200 שהעבר של בדיקות מכאניות ואת רמת לחץ הסופית בסוף הניסוי מחושבת.
הערה: עם הגדלת זמן, רמת הלחץ יקטן (להירגע) כמו זרימת הנוזל מגיע לשיווי משקל 17, 18. Indicat תגובת לחץ-הרפיה מהירהes שזה קשה לשמור גבוה מדגיש בתוך המדגם 17, 18.
6. מאפייני הרפיה
- מגרש מתח מגפ"ס (ציר y) נגד הזמן שבסעיף (ציר x) על מגרש פיזור ליניארי.
- לקבוע התאמת עקומה ליניארית לחישוב שיעור של הרפיה. את העקומה ליניארית שווה y = mx + b עם ערך בהתאמה של 200 שעבר. השווי מ הוא שיעור הרפיה.
- כלול את כל נקודות הנתונים על מנת להשיג ערך R המינימום> 0.98. הלחץ הסופי (MPA) ב 1.5 שעות לעור ו -15 דקות עבור סחוס הוא ערך ההרפיה המוחלט הסופי.
Representative Results
איורים 4 ו -5 לספק דוגמאות של נתונים המתקבלים דרך כניסה ובדיקה מתיחה. איור 4 מדגי ערכים טיפוסיים המתקבלים לאחר בדיקות כניסת סחוסים בבני אדם. איור 4 א היא דוגמא מגרש זן-מול-מתח טיפוסי המתקבל לאחר בדיקות כניסה. כדי להשיג את מודולוס של יאנג, כל הערכים כלולים עד עקומת קו יש ערך R מינימום של 0.98 (איור 4 ב). שווי מ הוא האינדיקטור של מודולוס של יאנג ב מגפ"ס; למשל, בנתונים אלה, יש הסחוס מודולוס של 1.76 מגפ"ס. איור 4C מציג עלילה טיפוסית של מתח נגד הזמן כדי להעריך את תכונות הרפיה של הסחוס. שיעור הרפיה מחושב מן 200 של האחרון. באופן דומה, כדי לקבל את שיעור ההרפיה, הערך מ 'של התאמת עקומת שורת מגפ"ס משמש. לדוגמה, בנתונים האלה, הסחוס יש שיעור שלהרפיה של 8.78 x 10 -6 מגפ"ס / s (איור 4D). הרמה הסופית המוחלטת של הרפיה היא הנקודה הסופית של מתח מגפ"ס. לדוגמא, ב מערך נתונים זה, ברמה הסופית המוחלטת של הרפיה תהיה 0.028 MPa (איור 4D).
איור 5 מראה כיצד להעריך את viscoelasticity של רקמת עור לאחר בדיקות מתיחות. הניתוח מבוצע על פי בדיקות דחיסה. איור 5 א ממחישה מגרש זן-מול-מתח טיפוסי המתקבל פרוטוקול הבדיקה מתיחה. כדי להשיג את מודול יאנג במתח, כל הערכים כלולים עד עקומת קו יש ערך R מינימום של 0.98 (איור 5). שווי מ הוא האינדיקטור של מודולוס של יאנג ב מגפ"ס; למשל, בנתונים אלה, העור יש מודול של 0.62 מגפ"ס. איור 5 ג מציג עלילה טיפוסית של מתח נגד הזמן כדי להעריך את תכונות הרפיה oעור f. שיעור הרפיה מחושב מן 200 של האחרון. באופן דומה, כדי לקבל את שיעור ההרפיה, הערך מ 'של התאמת עקומת שורת מגפ"ס משמש. לדוגמה, בנתונים האלה, העור בעל שיעור של הרפיה של 3.1 x 10 -5 מגפ"ס / s (איור 5D). הרמה הסופית המוחלטת של הרפיה היא הנקודה הסופית של מתח מגפ"ס. לדוגמא, ב מערך נתונים זה, הרמה תהיה 0.64 מגפ"ס (איור 5D). באותו ניתוח אז יכול להיות מנוצל כדי לנתח biomaterials תחת דחיסת בדיקות מתיחת התאמת התכונות ביומכנית שלהם רקמות ילידים.
איור 1: תרשים סכמטי כדי להמחיש מתודולוגיות דחיסה שונות. א הזחה בדיקה. עומס מוחלת על שטח קטן של הסחוס באמצעות indenter שאינו נקבובי. ב Confineד דחיסה. דגימת הסחוס מושמת מלא נוזל אטום היטב. הסחוס נטען אז דרך צלחת נקבובית. מאז גם הוא אטום, זרימה דרך הסחוס היא רק בכיוון האנכי. ג unconfined דחיסה. הסחוס נטען באמצעות צלחת שאינו נקבובי על תא שאינו נקבובי, לאלץ את זרימת הנוזל להיות רדיאלי בעיקרה.
איור 2: הגדרה של המכונה בדיקות המכאניות. איור א של מכונת הבדיקה. B. איור של indenter המשמשת לניתוח בדיקות דחיסה. ג סחוס להיות מנותח באמצעות בדיקות כניסת דחיסה. ד רקמת עור להיות מנותחת תחת בדיקות מתיחות. בדיקות א מתיחה של ביולוגי סינטטי. פ
איור 3: נוסחאות המשמשות לחישוב תכונות מכניות דחיסה ו מתיחה של רקמה או מבנה מהונדסים-רקמה. הנוסחאות המשמשות לחישוב כוח (N), מתח (MPA), ומתח (%).
איור 4: דוגמה של ניתוח דחיסה של סחוסים בבני אדם. ניתוח מתח-versus-זן א. .ב הערך מ 'של משוואת עקומת הקו מודולוס האלסטיות של צעירי מגפ"ס. מתח-מול-זמן ג ניתוח להפגין תכונות הרפיה. ד השווה מ 'של המשוואה העקומה קו מציין את שיעור ההרפיה. א הסופישיעור bsolute הוא הנקודה האחרונה על הגרף.
איור 5: דוגמה של ניתוח מתיחה של העור האנושי. ניתוח מתח-versus-זן א. .ב הערך מ 'של משוואת עקומת הקו מודולוס האלסטיות של צעירי מגפ"ס. מתח-מול-זמן ג ניתוח להפגין תכונות הרפיה. ד שווה מ 'של המשוואה העקומה קו השווה ל שיעור ההרפיה. השיעור המוחלט הסופי הוא הנקודה האחרונה על הגרף.
Discussion
מתיחת מהשוליים מספר פרוטוקולים פורסמו לאפיין רקמות רכות אדם. סיפקנו שיטה אחרת, אשר שואפת להיות יותר אבחון ולא הרסנית. הדגימות עוברות בדיקות מכאניות בפרוטוקול זה מוגבלים לפי עומס ולא על ידי עקירה, כמו מתמרים רגישים יותר מאשר לטעון לעקירה. לכן, רפרודוקציות של הניסוי יכולה להיות מדויקת יותר על פני רקמות וחומרים סינטטיים. באמצעות טכניקה זו, הפגנו פרוטוקול מתיח להערכת רקמת עור פרוטוקול כניסה לניתוח רקמת סחוס. פרוטוקולי שניהם קלים ופשוט ליישום יכולים להיחשב לאפיון של רקמות רכות אדם בונה מהונדס-רקמה.
אחד הצעדים החיוניים של מתודולוגיה לקבל עקומת מתח והרפיה מתאימה לניתוח הוא להבטיח כי המדגם לא יחליק במהלך בדיקה. קיבעון נאות הוא required, אבל זה חייב להיות מאוזן על גרימת כל לחץ על הדגימות וההבטחה כי indenter הוא בניצב לפני השטח כדי למנוע טעינת גזירה. זה קריטי, כי הרכב וכן הגודל והצורה של הרקמה דומה בין דגימות. עבור סחוס, הוא חיוני כדי להשתמש בפרוטוקול לנתיחת דיר ממדים מדגמים. לקבלת דוגמיות עור, הוא חיוני, כדי להסיר את כל הרקמה התת עורית על מנת לקבל מדגם דיר. כמו כן, חשוב להבטיח כי עבור כל הדגימות, תנאי הדגימה זהים, כולל הידרציה, בטמפרטורת החדר, ואת תהליך ההפשרה, אם יש צורך בכך.
ישנן מספר מגבלות על הפרוטוקולים שהוצגו. מחקרים הראו כי מאפייני דפורמציה של עור וסחוס תלויים אורינטצית דגימת 13. עור הוכר להיות איזוטרופי לאחור ככל המאה ה -19, עם לנגר הוכחת בשנת 1861 כי העור יש קווים טבעייםמתח, המכונה קווי לנגר 4. לפיכך, כאשר המאפיינים דגימות עור, חשוב להתמצא בכל דגימות במקביל או בניצב קווי לנגר כדי למנוע החדרת הטיה מתודולוגיה 4. סחוס גם מציג מאפייני איזוטרופי ומכיל קווי Hultkrantz, אשר שקולים קו לנגר, כך הסחוס יכול לעוות באופן שונה בהתאם לכיוון שבו הוא טעון 12, 19. לכן, חשוב להגדיל את גודל המדגם על מנת לאפשר בדיקה של סחוס לכיוונים שונים. כפי נכסים ביומכנית של רקמות גם להשתנות עם גיל ומין, מחקרים צריכים להתבצע אצל קבוצה חולה נציג לשמור תוקף הקליני. יתר על כן, פרוטוקולים מכאניים כמה תומכים נפשיים מראש, שבו הרקמה עוברת העמסה מחזורית על מנת להבטיח כי הרקמה נמצאת במצב יציב לבדיקות מכאניות עוקבות 20. עם זאת, המנגנון המדויק של pשפוץ ברור ואת המספר המדויק של מחזורי הדרושים כדי לייצר תגובה עקבית הדיר משתנה במחקרים שונים 20. החוקר צריך לשקול אם או לא לכלול נפשי מראש לאחר הערכת הסיבה לביצוע הבדיקה ביומכנית הספציפית 20.
עור הוא חומר מורכב, רב-שכבתי, מחולק לשלושה רבדים עיקריים: האפידרמיס, הדרמיס, ו hypodermis 4. התכונות המכאניות של רקמות עור לאחרונה הוערכו באמצעות בהערכות vivo 4. עם זאת, פרוטוקולים של בדיקות מתיחה יכולים להיות מנוצלים כדי להבין את ביומכניקה העור של נכרת עור 4. בדיקות כאלה יכולים לספק מידע להדגמת יחסי מתח-זן, מאז תנאי השפה יכולים להיות מוגדרים 4. בדרך כלל, במבחנת משטרי בדיקות להשתמש זנים גבוהים לאפיין את החומר לכישלון, ואילו שימוש מערכות vivo בזן נמוך נע 4. בעת עריכת השוואות ערכי ביומכנית לעור נכרת במתח, קיימת שונות גדולה בין מחקרים שונים, החל 2.9-150 מגפ"ס 4. הבדלים גדולים בין הנושאים צפויים עקב וריאציה ביולוגית טבעית, אבל הבדלים במשטרי פרוטוקול גם יכולים מתחם הבדלים ביולוגיים הטבעיים אלה. לדוגמא, הבדלים בשיעורי טעינה בין הפרוטוקולים יגרמו וריאציה, שיעורי העמסה גדולים לגרום פחות זמן עבור הנוזל לזרום החוצה, וכתוצאה מכך קשיחות גבוהה. ההכנה, כריתה, ופרוטוקולי הטיפול של רקמת העור גם יגרמו הבדלים בתכונות המכאניות 4. פרוטוקול זה הוכיח לעור בדיקות מספק שיטה חלופית עבור חוקרים לאפיין רקמת עור. היא מספקת מספר יתרונות, כולל היכולת לזהות את תכונות אלסטיות viscoelastic של רקמת עור במבחן אחד מכאני, המאפשר הבנה טובה יותר של העורבתוך פרק זמן קצר. יתר על כן, באותה הבדיקה יכולה להיות מיושמת על תחליפי רקמות מהונדסות כדי לייצר מבנים בעלי תכונות ביומכנית דומות כמו עור ילידים.
בדיקות זחות מספקות אופציה אטרקטיבית לעומת בדיקות דחיסה מרותקות להבנת ביומכניקה של סחוס 21. יש הזחה את היכולת לשמר את המבנה הפיזיולוגי של הסחוס ובכך מספק ערכים מחקים אלה של הגדרה קלינית. באמצעות כניסה, אפשר גם לבדוק את הסחוס תוך שהיא עדיין מחוברת לעצם הבסיסי. הזחה גם מאפשר לבדיקות פיזיולוגיות של הסחוס כפי in vivo. כאשר שני משטחי סחוס להתקרב זה לזה, את הקצוות סביב שטח מגע "בליטה" בשל מים מתחת לאזור הקשר שנעקרו רוחבי לאחר דפורמציה הדחיסה מתרחשת 17, 21. כניסת סחוס חייבת להתנהל עם בdenter עם רדיוס קטן יותר מדגם הסחוס כדי לאפשר בולטות דומות. גודלו של indenter צריך להיות גם לפחות 8 פעמים את גודל המדגם על מנת להבטיח כי הסחוס מגיב כאילו היה חלק מדגם בלתי מוגדר 22. שימוש indenter קטן בהרבה רדיוס קוטר המדגם מבטל תופעות קצה נוכחיות בבריאת דגימה. בנוסף, כניסה תמנע שגיאות ניסיון אפשריות שנגרמו על ידי בדיקת פגמי סחוס הפגום על ידי מיצוי מדגם. זחה גם אינה כרוכה הכנת מדגם עמוקה, כגון דחיסה מוגבלת, מה שמאפשר חתיכות קטנות, דקה של סחוס להיבדק 17, 21. יתר על כן, השיטה שאינה הרסנית של זחה אומרת כי יש לו פוטנציאל יישום במסגרת הקלינית ככלי אבחונים לאחר מחקרי אימות ואישור בוצעו.
ישנן הנחות מפתח עם הזחה שהמשתמש חייב להבטיח עבור appropתוצאות riate. כתנאי גבול קריטי טעינת הכניסה דורש קשר רצוף בין indenter ואת משטח הסחוס (כלומר, כי פני השטח לא לעוות הרחק indenter) 23, 24. טעינת זחה כוללת גם מצב בגבול להניח כי הקשר בין משטח הסחוס ואת indenter הוא בלתי הרסני (כלומר, כי indenter נמצא בקשר עם פני השטח, אך לא לעבור את השטח; משטח הסחוס לא צריך להיכשל תחת indenter) 25 - 26. מחקרים הראו כי המצב בגבול זה ניתן לאמת באמצעות שימוש בדיו, אשר יהיה כתם האזורים שנפגעו כאשר מיושם על פני השטח סחוס 25, 26. כתנאי גבול נוספים מניחים כי indenter דוחס את הסחוס בניצב לפני השטח של המדגם. האורינטציה בניצב של הדחיסה היא מנצח גבול חשובition בגלל דחיסה בזווית, במיוחד אם באמצעות העמסה מחזורית, עלול לגרום חלקה, אשר עשוי לגרום רכיבי גז ולשנות את ההעמסה המכאנית. מצב זה עלול להיות מובטח באמצעות ציוד בדיקה זהיר להגדיר.
לאחר הפרוטוקולים סכמו ממוטבים עבור הרקמות הרכות של עניין, זה יהיה שימושי לחוקרים להסתכל לתוך בחינה דינאמית של הרקמה של עניין. טעינה מחזורית מתאימה של דגימות צריכה לחקות גבולות פיסיולוגיים והתנהגות, כגון הליכה מחקה או תנועות חוזרות ונשנות אחרות 27. לסיכום, הדו"ח הזה מוכיח פרוטוקולי בדיקה מכאנית פשוטים להעריך ברקמות אנושיות. יישום פרוטוקולים אלה יספקו מידע חשוב על מאפייני ביומכנית של רקמות, מה שמאפשר בונה רקמות מהונדסות כדי טוב יותר לחקות את רקמות הילידים.
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).
