Abstract
재생 의학은 대체하거나 손상되거나 병든 장기를 복원하는 물질을 설계하는 것을 목표로하고있다. 그들은 대체하는 것을 목표로하고있는 인체 조직을 모방해야 이러한 재료의 기계적 특성; 필요한 해부학 적 형상을 제공하는 재료는 결함 부위에 이식 할 때 발생할 것이다 기계적 힘을 유지할 수 있어야한다. 조직 공학적 지지체의 기계적 특성이 매우 중요하지만, 엔지니어링 재료로 복원을받을 사람의 조직을 완전히 생체 역학적 특징되지 않았다. 여러 압축 및 인장 프로토콜 물질을 평가하기 위해보고되지만 큰 변동과 그 사이의 연구 결과를 비교하는 것은 곤란하다. 또한 기계적 시험의 자주 파괴적인 특성은 연구를한다 복잡. 조직 장애의 이해가 중요한 반면,보다 physiol하에 탄성 및 점탄성 특성의 지식을 갖는 것도 중요ogical 하중 조건.
이 보고서는 인간 연조직의 압축 및 인장 특성을 평가하기위한 최소한의 파괴적인 프로토콜을 제공하는 것을 목적으로한다. 이러한 기술로서는, 피부의 인장 시험 연골의 압축 시험에 대하여 설명한다. 이러한 프로토콜은 직접 기계적 특성이 원래의 조직과 유사되도록 합성 물질에 적용될 수있다. 프로토콜에 적합한 조직 공학적 대체를 생성하여 벤치 마크를 수 있도록 인간의 기본 조직의 기계적 특성을 평가한다.
Introduction
다양한 장기 이식 실패 또는 손상된 장기를 치료하기 위해 환자는 점점 기다리고 있습니다. 그러나, 적절한 공여 장기의 부족으로, 재생 의학은 말기 장기 부전 환자에 대한 대안 솔루션을 개발하는 것을 목표로한다. 재생 의학은 연골과 피부와 같은 부드러운 조직을 포함하여 조직의 대체, 역할을 엔지니어링 재료에 의해이 임상 적 필요를 충족하는 것을 목표로하고있다. 손상된 조직을 복원하는 성공적인 재료를 만들려면 대체 물질은 1-2을 대체 할 것입니다 기본 조직의 특성을 모방한다. 외과 적으로 이식 된 후, 재료는 티슈 결함 해부학 적 형태를 제공 할 필요가 있으므로, 재료의 기계적 특성은 한 중요하다. 예를 들어, 이개 연골 대체 재료를 덮고있는 피부 (2)에 의해 압축을 방지하기 위해 적절한 기계적 특성을 가져야한다. 마찬가지로, 물질은 코 자동차를 대체하는tilage 3 호흡하는 동안 붕괴를 방지하기 위해 적절한 기계적 특성을 가지고해야합니다. 그러나, 이식 재료의 제조 기계적 특성의 중요성에도 불구하고, 증거는 다른 인간 조직의 기계적 특성을 특성화에 초점을 맞추고있다.
기계적 시험 체제는 벤딩 압축 인장을 설정하는 데 사용하거나 조직 전단 등록 할 수있다. 스킨이 높은 이방성, 점탄성, 거의 4-9 비압축성 재료이다. 일반적으로 절제 피부는 부하 및 확장이 4-9를 기록하는 동안 피부의 적절한 모양의 스트립은 양단에 사로 잡혔다 및 연신 단축 인장 방법을 사용하여 시험한다.
모든 연부 조직의 주요 구성 요소가 삽입 물이기 때문에, 연골의 기계적 응답은 조직 10-11을 통한 유체의 흐름에 크게 관련된다. 이러한 연골 시간과 같은 부드러운 조직전통적 압축 시험을 이용하여 시험 한 집결지. 압축 테스트를위한 방법은 제한, 일축하고, 들여 쓰기되는 가장 널리 퍼진 (그림 1)와 매우 다양하다. 제한 압축 내에서, 연골 샘플에 배치되는 불 침투성, 유체 - 채워진 공판을 통해 잘로드. 웰은 비 다공성이므로 연골 수직 방향 (12 ~ 13)로되어 있지만, 흐름. 일축 압축 연골 12-13 주로 반경 방향으로 유체 흐름을 강제 비 다공성 챔버 상에 비 다공성 플레이트를 이용하여 장착된다. 들여 연골 12-13의 역학적 특성을 평가하는 가장 자주 사용되는 방법이다. 그것은 테스트중인 시험편의 표면보다 작은 압자 이루어져, 그 시험편에 내려하게된다. 들여 enabli 들여 쓰기가 현장에서 수행 할 수있는 사실을 포함한 압축 다른 방법에 비해 많은 장점을 갖는다테스트를 ng를하면 (그림 1) 12 ~ 13 이상 생리가 될 수 있습니다.
조직의 압축 및 인장 성질을 이해하기 위해, 영 탄성률은 일반적 시험편 사이즈 (12)에 관계없이, 압축 또는 인장에 대한 탄성 저항을 나타내는 응력 변형 곡선의 직선 부분을 분석함으로써 계산된다. 모두 인장과 압축 시험 제도는 부하 또는 변형 적용 모두 이러한 매개 변수의 속도에 따라 달라질 수 있습니다. 현재, 그것은 매우 곤란 해석하거나 상이한 시험 6-13의 결과를 비교할 수있는 조직 역학을 평가하는 다양한 시험 프로토콜이있다. 또한, 다수의 기계적인 방법은 현재 파괴 시편을 검사하여 조직의 기계적 성질의 특성에 초점을 맞춘다. 우리는 인간의 직접, 비파괴 비교를 제공하는 들여 쓰기 및 인장 프로토콜을 입증하는 것을 목표로부드러운 조직과 조직 공학적 구조.
우리는 여전히 아직 스트레스를 기계적 시험을 제한 압축과 긴장의 영의 탄성 계수를 획득하는 방법을 보여줍니다. 샘플은 특정 값에 인장 또는 압축 중 하나를 강조하고, 선택된 스트레스 값에 도달 한 후, 샘플은 모든 데이터가 기록되는 동안 휴식시킨다. 이 방법은 합성 물질에 직접 적용 할 수있는 동일한 시험 내에서의 조직의 점탄성 특성과 휴식을 모두 포착. 우리는 들여 쓰기 프로토콜을 사용하고 있습니다 피부와 연골 14-16을 포함하여 인간의 부드러운 조직을 평가합니다. 연골 압입 테스트를 사용하여 평가하고, 피부를 긴장 14-16 테스트를 사용하여 평가된다. 연구진은 이러한 프로토콜을 구현 고려할 수 있습니다 인간의 부드러운 조직과 유사한 특성을 가진 물질을 설계하는 것을 목표로.
Protocol
이 프로토콜은 인체 조직의 사용, 저장 및 처분에 우리 기관의 인간 연구 윤리위원회 지침의 윤리적 지침을 따른다. 인체 조직 샘플과 관련된 윤리적 승인 연구 목적 동의 한 사체 본체로부터 절단 될 수있다. 샘플은 관련 윤리적 승인 수술을 받고 동의 한 환자에서 조직을 폐기 할 수있다.
피부의 1. 준비
- 수동으로 지방 조직과 메스 블레이드와 집게를 사용하여 깊은 진피의 얇은 층을 해부하여 표본을 준비합니다. 이 단계는 샘플 (14) 사이의 일관성을 유지하는 것이 중요하다.
- 표준화 된 표본의 크기로 분할 두께 피부의 결과 시트를 잘라 (예를 들어, 5cm 샘플 × 1cm). 시험 장치의 측정 기준에 기초하여 표본의 크기를 결정한다. 조직 공학 구조도 테스트되는 경우, specimen 개의 크기는 관심 (14)의 재료에 적합해야한다. 적절한 날카로운 물건 쓰레기통에 메스 블레이드 폐기하십시오.
- 기계적 계산의 완료를 사용하려면, 피부의 두께가 이전과 기계적 테스트 후 전자 캘리퍼스를 사용하여 테스트중인 측정한다.
2. 인장 시험
참고 : 모든 재료 시험기는 시험을하기 전에 제조업체의 지침에 따라 조정되어야한다.
- 실내 온도 (22 ° C) (14)에서 재료 시험기 (그림 2A)를 사용하여 단축 인장 시험 피부 샘플.
- 모든 샘플 (예를 들어, 수직 또는 인라인 랑거 라인 (위상 라인은 인체의지도에 그려지고 진피 콜라겐 섬유)의 자연적인 배향을 참조) (14)와 동일한 방향으로 피부 샘플을 배향.
- (공동 두 클램프 사이에 샘플을 고정mmercial 지그)와, 98.07 N로드 셀에 부착 된 하나 움직일베이스 플레이트 (14)에 다른. 단축 인장 시험 클램프 사이에 생성 된 지역은 1cm의 X 4cm (그림 2)이어야한다.
참고 : 상업 지그 테스트하기 전에 샘플 비 균일 그립과 손상을 방지하기 위해 사용되었다. 샘플은 "손으로 조인"압박감에 고정된다. - 시험편 탈수를 방지하기 위해 석유 젤리 양면 (장치의 배치 후) 샘플 영역을 커버.
- 다음과 같이 작업 목록과 소프트웨어에 정권을 테스트 인장 하중과 휴식을 체험 프로그램 : 제로로드 | 제로 위치 | 연락 (인장 하중) 찾기 | (휴식) 기다립니다.
- 소프트웨어 프로그램 테스트를 시작한다. 1mm / s로 29.42 N에 긴장에서 샘플을로드합니다. 피부의 실패를 초래하지 않는 속도와 부하를 사용 (예를 들어, 29.42 N 1mm / s의).
- 29.42 N 하중에 도달 한 후에, 조직을 이완 허용1.5 시간 동안, 시간 점되는 컴퓨터 소프트웨어 (14)에 의해 제어되는 완화 동작 최소한의 변화가있다.
참고 : 변위가 이완 단계가 아닌로드하는 동안 일정하게 유지된다. - 분석 부 지침에 따라 탄성 및 점탄성 특성을 계산합니다. 조사 기계적 성질은 분할 두께 피부 구성 성분 (표피와 진피) (14)의 평균 특성을 나타냅니다.
참고 : 변형이 발생하므로, 이들 데이터 포인트가 포함 된 원시 데이터로부터 명백한 바와 같이 더 정의 테어 부하가 없다.
연골 3. 준비
- 메스 블레이드와 집게 (15, 16)를 사용하여 연골 시료에서 피부와 근막을 제거합니다.
- 메스 블레이드와 집게를 사용하여 표준화 된 샘플 크기 (예를 들면, 1.5 cm 블록)에 연골 표본을 나눈다. 모든 샘플 들어 semicircu를 사용LAR 형상의 압자 (도 2B) 직경 연골 시료의 크기보다 적어도 8 배 더 큰 두께를 갖는다. 이 비율은 압자가 시험편의 준비 (15)에서 어떤 에지 효과에 의해 영향을받지 않는 것을 보장한다. 적절한 날카로운 물건 쓰레기통에 메스 블레이드 폐기하십시오.
- 기계적인 계산의 완료를 가능하게하기 위해, 기계적 시험 15, 16 전후 전자 캘리퍼스를 사용하여로드 될 연골의 두께를 측정한다.
4. 압축 들여 쓰기 테스트
- 실온에서 수화 된 환경에서 재료 시험기를 이용하여 연골 압축 샘플. 샘플이 수화되도록 사전에 압축 테스트 중에 인산 완충 식염수 (PBS)와 연골 샘플을 커버한다.
주 : PBS 정확히 생리적 환경과 일치하지 않지만, 이는 물질 및 조직 모두 할 수 있도록 COM16 똑같이 15 깎았 다. - 표면이 압자에 직각이되도록 연골 샘플 배향. 이 압축이 단축 될 수 있습니다 및 전단로드 (15)를 제한합니다.
- 다음과 같이 작업 목록과 소프트웨어에 정권을 테스트 압축 하중과 휴식을 체험 프로그램 : 제로로드 | 제로 위치 | 연락 (압축 하중) 찾기 | (휴식) 기다립니다.
- 소프트웨어 프로그램을 사용하여 테스트를 시작한다. 의 15, 16 / 1mm에서 2.94 N에 압축에서 샘플을로드합니다.
주 :이 연골 조직 (15)의 양쪽 탄성 및 점탄성 특성을 식별하기에 충분히 민감 비파괴 부하로 측정되었다. - 2.94 - N의 한계에 도달 한 후, 연골, 15 분 동안 휴식을 취할 수 있도록, 시간 - 포인트되는 컴퓨터 소프트웨어 (15, 16)을 이용하여 이완 동작을 최소한의 변경이있다.
참고 : 그림2C-D는 인체 조직 표본의 압축 및 인장 시험에 대한 일반적인 설정을 보여줍니다. 동일한 프로토콜은 기본 조직 분석되기 생체 역학적 특성에 맞게 합성 생체 재료에 적용 할 수있다. 예를 들어, 그림 2E-F 밀접하게 합성 물질의 생체 역학적 특성을 일치 인체 조직의 압축 및 인장 테스트를 보여줍니다.
들여 쓰기 및 인장 시험을위한 영의 탄성 계수 5. 계산
- 재료 검사 장치에서 14-16 시간 (S)의 변위 (mm) 및 하중 (N)을 포함하는 원 데이터를 수집한다.
- 도 3에 도시 된 식을 이용하여 응력 (MPA) 및 변형률 (%)를 계산한다.
주 : 반구형 압자가 단면적으로 힘을 분할 압축 테스트 동안 사용되는 공칭 (평균) 응력 아니라 피크 응력을주는 경우. - 선형 산포도를 사용하여변형에 대한 스트레스 MPA는 (y 축) (x 축)을 플롯합니다. 선형 곡선 맞춤을 결정합니다. 선형 곡선 맞춤은 = MX + 각각의 R 값 B, Y와 동일하다.
참고 : 모든 데이터 포인트가 최소 R 값> 0.98를 달성하기 위해 포함되어 있습니다. 상기 M의 값은 MPa의 장력, 압축 저항 또는 저항 (즉, 영률)을 나타내는 균주 위에 응력의 계수에 대응하는 경사면이다. R 값이 없습니다> 0.98 인 경우, 선형 점탄성 동작을 특성화의 가정이 잘못되었습니다. - 변형에 노출되는 유체 흐름을 계산 된 평형에 도달 기계적 테스트 및 실험 끝에 최종 스트레스 수준의 마지막 200의 시간별 위에 응력의 비율 갖고있는 점탄성 특성을 식별한다.
주 : 시간이 증가함에 따라, 응력 레벨이 유체 유동으로 감소 (휴식) 것 평형 17, 18에 도달한다. 빠른 스트레스 이완 반응의 indicat이는 샘플 (17) (18) 내에서 높은 응력을 유지하기 어렵다는 말이지.
6. 휴식 등록
- 선형 분산 형 플롯의 (x 축)의 시간에 대한 MPA는 (y 축)의 플롯 스트레스.
- 휴식의 비율을 계산하는 선형 곡선 맞춤을 결정합니다. 선형 곡선 맞춤은 = MX + 마지막 200 (S)의 각각의 값 (B) (Y)와 동일하다. 상기 M 값은 완화 속도이다.
- 최소의 R 값> 0.98를 획득하기 위해 모든 데이터 포인트를 포함한다. 피부에 1.5 시간 및 연골 15 분에 최종 스트레스 (MPA)는 최종 절대 휴식 값입니다.
Representative Results
도 4 및도 5는 압입 및 인장 시험을 통해 얻은 데이터의 예를 제공한다. 그림 4는 인간의 연골 들여 쓰기 테스트 후의 전형적인 값을 보여줍니다. 도 4a는 압입 시험 후에 얻어지는 전형적인 응력 - 대 - 응력 곡선의 일례이다. 광고 곡선 맞춤 0.98 (도 4b)의 최소 R 값이 될 때까지의 영률 얻기 위해 모든 값이 포함된다. 상기 M 값은 MPa의 영의 계수의 표시이고; 예를 들어, 데이터, 연골 1.76 MPa의 탄성률을 갖는다. 도 4c는 연골의 이완 특성을 평가하는 시간에 대한 스트레스의 전형적인 플롯을 보여줍니다. 휴식의 속도는 지난 200의 계산됩니다. 마찬가지로, 이완 율을 얻기 위해, MPa로의 광고 곡선 맞춤의 m 값이 사용된다. 예를 들어, 데이터에서 연골의 속도를 가지고× 10 -6 8.78 MPa의 / s의 (그림 4D)의 휴식. 휴식의 절대 최종 레벨은 MPa의 응력의 마지막 지점입니다. 예를 들어, 데이터 세트에서 이완의 절대 최종 레벨은 0.028 MPa로 (도 4D)을 할 것이다.
그림 5는 인장 시험 후 피부 조직의 점탄성을 평가하는 방법을 보여줍니다. 분석은 압축 시험에 따라 수행된다. 도 5a는 인장 시험 프로토콜로부터 얻어지는 전형적인 응력 - 대 - 응력 곡선을 보여준다. 라인 곡선 맞춤은 0.98 (그림 5B)의 최소 R 값을 가질 때까지 긴장의 탄성 계수를 구하려면 모든 값이 포함되어 있습니다. 상기 M 값은 MPa의 영의 계수의 표시이고; 예를 들어, 데이터, 피부는 0.62 MPa의 탄성률을 갖는다. 그림 5c는 O를 이완 특성을 평가하기 위해 시간에 대한 스트레스의 전형적인 플롯을 보여줍니다F 피부. 휴식의 속도는 지난 200의 계산됩니다. 마찬가지로, 이완 율을 얻기 위해, MPa로의 광고 곡선 맞춤의 m 값이 사용된다. 예를 들어, 데이터, 피부는 3.1 X 10-5 MPa로 / s (도 5d)의 완화의 속도를 갖는다. 휴식의 절대 최종 레벨은 MPa의 응력의 마지막 지점입니다. 예를 들어, 데이터 세트에서 레벨은 0.64 MPa로 (도 5d)를 할 것이다. 동일한 분석은 다음 기본 조직에 자신의 생체 역학적 특성에 맞게 압축 및 인장 시험 하에서 생체 물질을 분석하는데 이용 될 수있다.
그림 1 : 도식 다이어그램은 다른 압축 방법을 설명합니다. A. 들여 쓰기 테스트. 부하는 비 다공성 인 덴터를 사용하여 연골의 작은 영역에인가된다. B. (제한)D 압축. 연골 표본은 불 침투성 유체로 채워진도에 배치됩니다. 연골은 다음 공판을 통해로드됩니다. 잘 통하지 때문에, 연골 흐르지 만, 수직 방향에있다. C. 일축 압축. 연골은 주로 반경 방향으로 유체 흐름을 강제 비 다공성 챔버 상에 비 다공성 플레이트를 이용하여 장착된다.
그림 2 : 기계적 시험 기계의 설정입니다. 시험기의 A. 그림. B. 압축 시험 분석에 사용 압자의 그림. C. 연골은 압축 들여 쓰기 테스트를 사용하여 분석된다. D. 피부 조직은 인장 시험에서 분석된다. 합성 생체 재료의 E. 인장 시험. 에프.
그림 3 : 조직 또는 조직 공학적 구조의 압축 및 인장 기계적 특성을 계산하는 데 사용되는 수식. 힘을 계산하는 데 사용되는 식 (N), 스트레스 (MPA), 스트레인 (%).
그림 4 : 인간의 연골의 압축 분석의 예. A. 스트레스 - 대 - 변형 분석. B.는 라인 커브 피팅 방정식의 m 값은 MPa로의 영 탄성률이다. C. 스트레스 - 대 - 시간 분석은 휴식 속성을 설명합니다. D.는 라인 커브 피팅 방정식의 m 값은 완화 율을 나타낸다. 마지막bsolute 속도는 그래프의 마지막 지점입니다.
그림 5 : 인간의 피부의 인장 분석의 예. A. 스트레스 - 대 - 변형 분석. B.는 라인 커브 피팅 방정식의 m 값은 MPa로의 영 탄성률이다. C. 스트레스 - 대 - 시간 분석은 휴식 속성을 설명합니다. 광고 커브 피팅 방정식의 D를 m의 값은 완화 속도 총점. 최종 절대 속도 그래프에서 마지막 점이다.
Discussion
여러 인장 및 들여 쓰기 프로토콜은 인간의 부드러운 조직의 특성을 발표했다. 우리는 더 많은 진단 및 비파괴 될 것을 목표로 또 다른 방법을 제공하고 있습니다. 트랜스 듀서는 변위보다로드 더 민감으로이 프로토콜에 기계적 시험을받은 샘플은, 부하에 의해보다는 변위에 의해 제한됩니다. 따라서, 실험의 복제품은 조직 및 합성 물질에 걸쳐 더 정확하게 될 수있다. 이 기술을 사용하여, 우리는 피부 조직 및 연골 조직을 분석 압입 프로토콜을 평가하기위한 인장 프로토콜을 보여 주었다. 두 프로토콜은 구현하기 쉽고 간단하고 인간의 부드러운 조직과 조직 공학적 구조의 특성이 고려 될 수있다.
분석에 적절한 스트레스 이완 곡선을 얻기위한 방법의 중요한 단계 중 하나는 샘플을 테스트하는 동안 슬립하지 않도록하기위한 것이다. 적절한 고정이의 requir입니다에드 만,이 시험편에 스트레스를 야기하고, 압자가 모든 전단 로딩을 방지하기 위하여 표면에 수직 인 것을 보장 대하여 균형을 이루어야한다. 조직의 구성뿐만 아니라 크기와 모양이 샘플 사이에 유사하는 것이 중요합니다. 연골 들어, 반복 박리 프로토콜 및 샘플 크기를 사용하는 것이 중요하다. 피부 샘플의 경우, 반복 샘플을 얻기 위해 모든 피하 조직을 제거하는 것이 중요하다. 이에 적합하면 모든 샘플에 대해, 시료 상태, 수화 실온 및 해동 과정을 포함하여 동일하다는 것을 보장하는 것이 중요하다.
제시된 프로토콜에 대한 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 연구는 피부와 연골의 변형 특성이 시편의 방향 (13)에 의존한다고 제안했다. 피부까지 다시 19 세기로, 랭거와 시연 1861 년 피부가 자연 라인을 가지고 이방성으로 인식되었다긴장, 랭거 라인 (4)라고 함. 피부 샘플을 특성화 할 때 따라서, 방법론 바이어스 (4)을 도입 피하기 위해 랭거 라인에 평행 또는 수직의 모든 샘플을 배향하는 것이 중요하다. 연골도 이방성 특성을 도시 랭거 라인에 상당 Hultkrantz 라인을 포함하므로 연골은 12, 19을 적재하는 방향에 따라 달리 변형 될 수있다. 따라서, 다른 방향에서 연골의 테스트를 허용하는 샘플 크기를 증가시키는 것이 중요하다. 조직의 생체 역학적 특성도 나이와 성별에 따라 변화로서, 연구는 임상으로 유효성을 유지하기 위해 대표 환자 코호트 수행해야합니다. 또한, 일부 기계적인 프로토콜은 조직이 조직 후속 기계적 시험 (20), 정상 상태로되어 있도록 반복 하중을 거쳐 전처리를지지. P는 그러나, 정확한 메커니즘재조정이 불분명하고 일관되고 반복 가능한 응답을 생성하는 데 필요한 사이클의 정확한 수를 다른 연구 (20)에서 변화한다. 있는지 여부를 고려해야 연구원 특정 생체 역학 테스트 (20)를 수행하는 이유를 평가 한 후 전처리를 포함한다.
표피, 진피 및 피하 4 : 피부 세 가지 주요 층으로 나누어, 복잡한 다층 물질이다. 피부 조직의 기계적 특성은 최근 생체 평가 (4)에 사용하여 평가 하였다. 그러나, 인장 시험의 프로토콜은 적출 피부 (4)의 피부 생체 역학을 이해하는 데에 이용 될 수있다. 이러한 테스트는 경계 조건 (4)를 정의 할 수 있기 때문에, 응력 - 변형률 관계를 모델링하는 정보를 제공 할 수있다. 전형적으로, 시험 관내 시험은 생체 체제 시스템을 사용하는 반면, 실패 재료의 특성을 높은 균주를 사용저 변형은 4 범위. 긴장을 절제 피부 생체 역학적 값을 비교하면, MPA는 4 2.9-150에 이르기까지, 다양한 연구 사이에 큰 변화가있다. 피험자간에 큰 차이로 인해 자연적 생물학적 변동이 예상되지만, 프로토콜 체계의 차이는 이러한 차이를 천연 생물학적 화합물있다. 더 부하율이 높은 강성 결과 유체 유출을위한 시간이 덜 발생할 예를 들어, 프로토콜 간의 부하량의 차이는 변화를 야기 할 것이다. 피부 조직의 제조, 절단 및 처리 프로토콜은 기계적 성질 4의 차이가 발생할 것이다. 시험 피부 증명 프로토콜이 연구자들은 피부 조직을 특성화하기위한 다른 방법을 제공한다. 그것은 피부의 큰 이해를 허용 한 기계 시험에서 피부 조직의 탄성 및 점탄성 특성을 식별하는 능력을 포함하는 몇 가지 이점을 제공하는짧은 시간이다. 또한, 동일한 시험을 기본 피부와 유사한 생체 역학적 특성을 갖는 구조를 제조하는 조직 공학 대체품에 적용 할 수있다.
들여 쓰기 테스트는 연골 (21)의 생체 역학을 이해하는 데 국한 압축 테스트에 비해 매력적인 옵션을 제공합니다. 들여 연골의 생리 학적 구조를 유지하는 기능을 가지며, 이에 따라 임상의 그것들을 모방 값을 제공한다. 들여 사용하면, 여전히 기본 뼈에 부착하는 동안 연골을 테스트 할 수있다. 들여 쓰기는 생체와 같은 연골의 생리 학적 테스트 할 수 있습니다. 두 연골면이 서로 접근 할 때 압축 변형은 21, 17 일 후에 발생 인해 접촉 영역 아래의 물에 접촉 "팽창"의 영역을 둘러싸는 에지 측방 변위되어있다. 연골 들여 쓰기는의와 함께 실시해야유사한 팽 있도록 연골 샘플보다 작은 반경 DENTER. 압자의 크기는 또한 불명확 한 샘플 (22)의 일부인 것처럼 연골이 반응하도록 적어도 8 배 샘플 크기이어야한다. 샘플 직경의 반경 시료 작성에 존재하는 에지 효과를 제거보다 훨씬 작은 압자 사용. 또한, 압입 샘플 추출 손상된 연골 결함 검사에 의한 가능한 실험 에러를 방지한다. 들여 쓰기는 연골의 작은 얇은 조각을 허용, 같은 밀폐 된 압축 깊은 샘플 준비를 포함하지 않는, 21 (17)을 테스트 할 수 있습니다. 또한, 들여 쓰기의 비파괴 방법은 검증 및 검증 연구 후 진단 도구가 수행 된대로 임상 설정에서 잠재적 인 응용 프로그램을 가지고 있다는 것을 의미한다.
사용자가 approp에 대해 확인해야합니다 들여 쓰기와 주요 가정이 있습니다riate 결과. 들여 쓰기로드의 중요한 경계 조건은 23, 24 (표면이 떨어져 압자에서 변형되지 않는, 즉) 압자와 연골 표면 사이의 지속적인 접촉을 필요로한다. 압입 하중은 연골 표면과 압자의 접촉은 압자의 표면에 접촉되어, 즉 (비파괴이지만 표면을 통과하지 않는 것으로 상정 경계 조건을 포함하며, 연골면이 아래 실패 안된다 압자) 25-26. 이 연구는 경계 조건이 연골면 (25), (26)에 적용될 때 손상된 부위를 착색한다 먹물의 사용을 통해 입증 될 수 있음을 보여 주었다. 또 다른 경계 조건은 압자가 샘플의 표면에 수직 한 연골을 압축하는 것으로 가정한다. 압축의 수직 배향이 중요하다 경계 CONDition 전단 유도 요소 및 기계적 부하를 변경할 수 미끄러짐을 유발할 수 있고, 반복 하중을 이용하여, 특히 비스듬하게 압축하기 때문이다. 주의 시험 장치는 설정을이 조건을 확보 할 수있다.
요약 프로토콜 관심 연조직에 대해 최적화 된 후에 연구자 관심 조직의 동적 시험을 조사하기 위해 유용하다. 표본의 적절한 순환로드는 흉내 산책을하거나 다른 반복적 인 운동 27 정상 생리 학적 한계와 행동을 모방한다. 요약하면,이 보고서는 인간의 조직을 평가하는 간단한 기계적 시험 프로토콜을 보여줍니다. 이러한 프로토콜을 구현하는 것은 더 나은 기본 조직을 모방하기 위해 조직 공학적 구조를 가능하게 조직의 생체 역학적 특성에 중요한 정보를 제공합니다.
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).
