Abstract
Regenerativ medicin syftar till att konstruera material för att ersätta eller återställa skadade eller sjuka organ. De mekaniska egenskaperna hos sådana material bör efterliknar mänskliga vävnader de syftar till att ersätta, att tillhandahålla den nödvändiga anatomiska formen måste materialen kunna upprätthålla de mekaniska krafter de kommer att uppleva när de implanteras i det defekta stället. Även de mekaniska egenskaperna hos vävnadstekniska byggnadsställningar är av stor betydelse, många mänskliga vävnader som genomgår restaurering med Engineered material har inte helt biomekaniskt karakteriserats. Flera tryck- och drag protokoll rapporteras för att utvärdera material, men med stor variation det är svårt att jämföra resultaten mellan studierna. Ytterligare komplicerar studierna är ofta destruktiva natur mekanisk provning. Medan en förståelse för vävnads misslyckande är viktigt, är det också viktigt att ha kunskap om de elastiska och viskoelastiska egenskaper under mer Physiological belastningsförhållanden.
Denna rapport syftar till att ge en minimalt destruktiv protokoll för att utvärdera de tryck- och dragegenskaper mänskliga mjuka vävnader. Som exempel på denna teknik, är dragtestning av huden och den kompressiva testning av brosk beskrivs. Dessa protokoll kan också appliceras direkt på syntetiska material för att säkerställa att de mekaniska egenskaperna är likartade med den nativa vävnaden. Protokoll för att bedöma de mekaniska egenskaperna hos human naturlig vävnad kommer att tillåta en riktmärke för att skapa lämpliga vävnads engineered substitut.
Introduction
Patienter allt väntar på olika organtransplantationer att behandla misslyckas eller skadade organ. Men med bristen på lämpliga donerade organ är regenerativ medicin syftar till att skapa alternativa lösningar för patienter med gravt organsvikt. Regenerativ medicin syftar till att möta denna kliniska behov av konstruktionsmaterial för att fungera som vävnadsersättning, inklusive mjuka vävnader, såsom brosk och hud. För att skapa ett framgångsrikt material för att återställa skadade vävnader, bör ersättningsmaterial härma egenskaperna hos den naturliga vävnaden det kommer att ersätta 1-2. Gång implanteras kirurgiskt, kommer materialet att behöva tillhandahålla anatomisk form till vävnadsdefekten och således är de mekaniska egenskaperna hos materialet är avgörande 1. Till exempel bör ett material som ersätter öron brosk har lämpliga mekaniska egenskaper för att förhindra kompression av den överliggande huden 2. På samma sätt, ett material ersätta nasal biltilage måste ha lämpliga mekaniska egenskaper för att förhindra kollaps under andning 3. Trots betydelsen av mekaniska egenskaper vid tillverkning material för implantation, har få bevis fokuserat på att karakterisera de mekaniska egenskaperna hos olika humana vävnader.
Mekaniska kontrollserier kan användas för att fastställa den sammanpressande, draghållfasthet, böjning, eller skjuvegenskaper hos en vävnad. Huden är en mycket anisotrop, viskoelastiska och nästan inkompressibelt material 4-9. Vanligen utskuren hud testas med användning av enaxliga drag metoder, om en lämpligt formad remsa av huden greppas i båda ändarna och sträckta medan lasten och förlängningen registreras 4-9.
Eftersom den huvudsakliga komponenten i alla mjuka vävnader är porvatten, är den mekaniska svaret av brosk starkt relaterad till fluidflödet genom vävnaden 10-11. Mjuka vävnader såsom brosk have traditionellt testade med användning av kompressionstestning. Metoderna för att testa i kompression är ganska varierande, med begränsad, unconfined och indrag är den vanligaste (Figur 1). Inom begränsad komprimering, är en brosk placerades provet i ett ogenomträngligt, vätskefylld väl och laddades genom en porös platta. Eftersom brunnen är icke-porös, flödes fastän brosket är i den vertikala riktningen 12-13. I friliggande patron kompression matas brosk laddas med användning av en icke-porös platta på en icke-porös kammaren, vilket tvingar vätskeflödet att vara övervägande radiell 12-13. Indrag är den mest använda metoden för att utvärdera de biomekaniska egenskaperna hos brosk 12-13. Den består av en indenter, mindre än ytan av provet som testas, är som fällde på provet. Inbuktning har många fördelar jämfört med andra metoder för kompression, inklusive det faktum att inbuktningen kan utföras in situ, enabling testet vara mer fysiologisk (Figur 1) 12-13.
För att förstå de tryck- och dragegenskaperna hos en vävnad, är Youngs elasticitetsmodul typiskt beräknas genom att analysera den linjära delen av spännings-töjningskurvan, vilket indikerar det elastiska motståndet mot kompression eller spänning, oberoende av provstavens storlek 12. Både drag- och tryckkontrollserier kan variera i enlighet med lasten eller deformation anbringas och graden av båda dessa parametrar. För närvarande finns det många olika testprotokoll för att bedöma vävnads mekanik, vilket gör det extremt svårt att tolka eller jämföra resultat från olika studier 6-13. Dessutom har många mekaniska metoder som för närvarande fokuserar på att karakterisera de mekaniska egenskaperna hos vävnaden genom att testa provet för att förstörelse. Vi strävar efter att visa en fördjupning och dragprotokoll som ger direkt, icke-förstörande jämförelse av humantmjuka vävnader och vävnadstekniska konstruktioner.
Vi visar en metod som begränsar de mekaniska testerna för stress men ändå erhåller en Young-elasticitetsmodul i kompression och spänning. Provet betonas antingen spänning eller kompression till ett visst värde, och när det valda spänningsvärde har uppnåtts, är provet får slappna av medan alla data registreras. Denna metod fångar både viskoelastiska och avkoppling egenskaperna hos vävnaden inom samma test, som kan appliceras direkt på syntetmaterial. Vi har använt indraget protokollet att utvärdera mänskliga mjuka vävnader, inklusive hud och brosk 14-16. Brosk bedöms med hjälp av indrag testa och hud utvärderas med hjälp av spänning testa 14-16. Forskare som syftar till att konstruera material med liknande egenskaper som mänskliga mjuka vävnader kan överväga att genomföra dessa protokoll.
Protocol
Detta protokoll följer de etiska riktlinjerna för vår institutions mänskliga forskningsetiska riktlinjer Utskottet för användning, förvaring och bortskaffande av mänsklig vävnad. Humana vävnadsprover kan skäras ut från avlidna organ som har samtyckt för forskningsändamål med relevanta etiska godkännanden. Prover kan också kastas vävnad från samtyckt patienter som genomgår kirurgiska ingrepp, med relevant etiskt godkännande.
1. Framställning av hud
- Framställa prover genom att manuellt dissekera ut fettvävnaden och det tunna skiktet av djupa dermis med hjälp av ett skalpellblad och pincett. Detta steg är viktigt att säkerställa överensstämmelse mellan prover 14.
- Skär det resulterande arket av delad tjocklek huden i en standardiserad provstorleken (t.ex. 1 cm x 5 cm prover). Bestämma provstavens storlek baserat på dimensionerna hos testapparaten. Om ett vävnadsutvecklad konstruktion testas också, den specimen storlek ska vara lämpliga för materialet av intresse 14. Avyttra skalpellblad i lämpliga vassa kärl.
- För att möjliggöra slutförandet av de mekaniska beräkningar, mäta tjockleken av huden som testas med hjälp av elektroniska skjutmått före och efter mekanisk provning.
2. dragprovning
OBS: Alla materialprovning maskiner bör kalibreras enligt tillverkarens anvisningar före testning.
- Test hudprover i enaxlig spänning med hjälp av en materialtestmaskin (Figur 2A) vid rumstemperatur (22 ° C) 14.
- Orientera de hudprover i samma riktning för alla prover (t.ex., vinkelrätt eller i linje med Langer Lines (topologiska linjer dragna på en karta över den mänskliga kroppen och som hänvisar till den naturliga orienteringen av kollagenfibrer i dermis)) 14.
- Immobilisera provet mellan två klämmor (en commercial jigg), en fäst vid en 98,07 N belastningscell och den andra till en fast basplatta 14. Den resulterande området mellan de testade i enaxlig spänning klämmor bör vara 1 cm x 4 cm (Figur 2).
OBS: En kommersiell jigg användes för att undvika icke-likformig gripande och skador på provet före testning. Provet är fäst vid en "finger-tight" täthet. - Täck provområdet (efter placering i apparaten) på båda sidor med vaselin för att förhindra prov uttorkning.
- Programmera dragbelastning och avkoppling testsystem i mjukvaran som en lista över åtgärder, enligt följande: nollbelastning | Nolläge | Hitta Kontakt (Drag belastning) | Vänta (avslappning).
- Börja testet med programmet. Ladda provet under spänning till 29,42 N vid 1 mm / s. Använd en hastighet och last som inte leder till brott i huden (t.ex. 29,42 N vid 1 mm / s).
- Efter 29,42 N-belastning uppnås, tillåta vävnaden att kopplaunder 1,5 h, en tid-punkt, vid vilken det finns minimal förändring av relaxa beteende, som styrs av datorprogram 14.
Obs: Den förskjutning hålls konstant under relaxafasen, inte lasten. - Beräkna elastiska och viskoelastiska egenskaper som per riktlinjer analyssektion. De mekaniska egenskaperna undersöktes kommer att representera den genomsnittliga egenskaperna hos de delade tjocklek hud beståndsdelar (epidermis och dermis) 14.
Obs: Det finns ingen definierad tara belastning, eftersom det framgår av rådata när deformation sker och därmed är endast dessa datapunkter ingår.
3. Beredning av brosk
- Ta bort skinnet och fascia från brosk prov med ett skalpellblad och pincett 15, 16.
- Dela broskprover i ett standardiserat provstorleken (t.ex. 1,5 cm block) med en skalpell blad och pincett. För alla prover, använd en semicircular formade indenter (figur 2B), som har en diameter och tjocklek minst 8 gånger större än storleken av broskprov. Detta förhållande säkerställer att indenter inte påverkas av eventuella kanteffekter från provberedningen 15. Avyttra skalpellblad i lämpliga vassa kärl.
- För att möjliggöra slutförandet av de mekaniska beräkningar, mäta tjockleken av brosket som skall lastas med hjälp av elektroniska skjutmått före och efter mekanisk provning 15, 16.
4. Tryck Indentation Testing
- Komprimera de broskprover med användning av en materialtestmaskin i ett hydratiserat miljö vid rumstemperatur. Täck broskprov med fosfatbuffrad saltlösning (PBS) före och under komprimering tester för att säkerställa att provet är hydrerad.
OBS: PBS inte exakt motsvarar den fysiologiska miljön, men det gör att både material och vävnader vara compared lika 15, 16. - Orientera brosk provet så att ytan är vinkelrät mot indenter. Detta gör det möjligt för komprimering vara enaxlig och begränsar alla skjuvbelastning 15.
- Programmera tryckbelastning och avkoppling testsystem i mjukvaran som en lista över åtgärder, enligt följande: nollbelastning | Nolläge | Hitta kontakt (tryckbelastning) | Vänta (avslappning).
- Starta testet genom att använda programmet. Ladda provet under tryck till 2,94 N vid 1 mm / s 15, 16.
OBS: Detta bestämdes vara en icke-destruktiv belastning som är tillräckligt känslig för att identifiera både elastiska och viskoelastiska egenskaperna hos brosk 15. - Efter 2,94-N gränsen nås, låta brosk att slappna av 15 minuter, en tidspunkt då det är minimal förändring av avkoppling beteende med hjälp av datorprogram 15, 16.
OBS: Figur2C-D visar en typisk uppsättning upp för komprimering och dragprovning av humana vävnadsprover. Samma protokoll kan sedan appliceras till syntetiska biomaterial för att matcha de biomekaniska egenskaper till den nativa vävnaden som analyseras. Till exempel, figur 2E-F visar kompression och dragprovning av mänsklig vävnad nära matchar ett syntetiskt material är biomekaniska egenskaper.
5. Beräkning av Youngs Elastic Modulus för indrag och dragprovning
- Samla rådata inklusive tid (s), förskjutning (mm), och lasten (N) från materialprovning anordningen 14-16.
- Beräkna stress (MPa) och töjning (%) med användning av de formler som visas i Figur 3.
OBS: Om en halvsfärisk indenter användes under tryckprovning, dela kraften av tvärsnittsarea ger den nominella (genomsnitt) stress, men inte toppen stress. - Använd en linjär punktdiagramför att plotta den stress MPa (y-axel) mot stammen (x-axeln). Bestämma den linjära kurvanpassning. Den linjära kurvanpassning är lika med y = mx + b med en respektive R-värde.
OBS: Alla mätpunkter ingår att uppnå en minimi R-värde> 0,98. M-värdet är lutningen, vilket motsvarar den modul av spänning över stammen, vilket tyder på tryckhållfasthet eller draghållfasthet i MPa (dvs., Youngs modul). Om R-värdet är inte> 0,98, sedan antagandet att karakterisera linjära viskoelastiska beteende är ogiltig. - Att identifiera de viskoelastiska egenskaperna i vilka fluidflödet från exponering för deformation har nått jämvikt, förhållandet mellan spänning över tid under de senaste 200 s av mekanisk provning och den slutliga spänningsnivån vid slutet av experimentet beräknas.
OBS: Med ökande tid, kommer spänningsnivån sjunka (koppla) som vätskeflöde når jämvikt 17, 18. En snabb spänningsrelaxation svars indicates att det är svårt att upprätthålla höga påkänningar i provet 17, 18.
6. Avkoppling Egenskaper
- Plot stress i MPa (y-axel) mot tiden i s (x-axel) på en linjär spridningsdiagram.
- Bestämma en linjär kurvpassning för att beräkna graden av avkoppling. Den linjära kurvanpassning är lika med y = mx + b med en respektive värde av de sista 200 s. M-värdet är graden av avkoppling.
- Inkludera alla datapunkter för att erhålla ett minimum R-värde> 0,98. Den slutliga stress (MPa) vid 1,5 timmar för huden och 15 min för brosk är den sista absolut avkoppling värde.
Representative Results
Figurerna 4 och 5 ger exempel på data som erhållits via indrag och dragprovning. Figur 4 visar typiska värden erhållna efter humant brosk indrag testning. Figur 4A är ett exempel på en typisk stam-versus-stress plot erhållen efter intryck testning. För att erhålla den Youngs modul, är alla värdena inkluderade tills raden kurvanpassning har ett minsta R-värde på 0,98 (Figur 4B). M-värdet är den indikator på Youngs modul i MPa; till exempel, i detta data har brosket en modul av 1,76 MPa. Figur 4C visar en typisk kurva över spänning mot tiden för att utvärdera de relaxationsegenskaper av brosk. Graden av avkoppling beräknas ur de senaste 200 s. På liknande sätt, för att erhålla graden av avslappning, används den m värdet av en linje kurvanpassning i MPa. Till exempel, i detta data har brosket en hastighet avuppmjukning av 8,78 x 10 -6 MPa / s (Figur 4D). Den absoluta slutliga nivån av avslappning är den sista punkten stress i MPa. Till exempel i denna uppsättning data, skulle det absoluta slutliga nivån av avslappning vara 0,028 MPa (Figur 4D).
Figur 5 visar hur man utvärderar viskoelasticiteten av hudlager efter dragprovning. Analysen utförs såsom per kompressionstestning. Figur 5A visar en typisk stam-versus-stress kurva som erhålls från dragprovningsprotokoll. För att erhålla den elasticitetsmodul i spänning, är alla värden ingår tills raden kurvanpassning har ett minsta R-värde på 0,98 (fig 5B). M-värdet är den indikator på Youngs modul i MPa; till exempel, i detta data, har huden en modul av 0,62 MPa. Figur 5C visar en typisk kurva stress mot tiden för att utvärdera de relaxationsegenskaper of hud. Graden av avkoppling beräknas ur de senaste 200 s. På liknande sätt, för att erhålla graden av avslappning, används den m värdet av en linje kurvanpassning i MPa. Till exempel, i detta data, har huden en hastighet av avslappning av 3,1 x 10 -5 MPa / s (figur 5D). Den absoluta slutliga nivån av avslappning är den sista punkten stress i MPa. Till exempel i denna uppsättning data, skulle nivån vara 0,64 MPa (figur 5D). Samma analys kan sedan användas för att analysera biomaterial under kompression och dragprovning för att matcha deras biomekaniska egenskaper till naturliga vävnaden.
Figur 1: Schematiskt diagram för att illustrera olika komprimeringsmetoder. A. Indentation Testing. En belastning anbringas till ett litet område av brosk med användning av ett icke-poröst indenter. B. Confined Compression. Brosket provet placeras i en ogenomtränglig vätskefylld väl. Brosket laddas sedan genom en porös platta. Eftersom brunnen är ogenomtränglig, är flödet genom brosket endast i den vertikala riktningen. C. unconfined Compression. Brosket är laddad med en icke-porös platta på en icke-porös kammaren, vilket tvingar vätskeflödet att vara övervägande radiell.
Figur 2: Set-up av den mekaniska provningsmaskin. A. Illustration av testmaskinen. B. Illustration av indenter användes för analys kompressionstestning. C. Brosk analyseras med hjälp av kompressions indrag testa. D. hudvävnad som analyseras under dragprovning. E. Dragprovning av ett syntetiskt biomaterial. F.
Figur 3: Formler används för att beräkna de tryck- och drag mekaniska egenskaperna hos en vävnad eller vävnadsutvecklad konstruktion. De formler som används för att beräkna kraften (N), stress (MPa), och töjning (%).
Figur 4: Exempel på kompressionsanalys av humant brosk. A. Stress-versus-stam analys. B. m värdet av linjen kurvanpassade ekvationen är Youngs elasticitetsmodul i MPa. C. Stress-mot-tidsanalys för att visa relaxationsegenskaper. D. m värdet av kurvan passade ekvationen indikerar relaxationshastigheten. Den slutliga enbsolute hastighet är den sista punkten på kurvan.
Figur 5: Exempel på drag analys av mänsklig hud. A. Stress-versus-stam analys. B. m värdet av linjen kurvanpassade ekvationen är Youngs elasticitetsmodul i MPa. C. Stress-mot-tidsanalys för att visa relaxationsegenskaper. D. m värdet av kurvan passade ekvationen motsvarar relaxationshastigheten. Den slutliga absoluta hastigheten är den sista punkten på grafen.
Discussion
Flera drag- och indrag protokoll har publicerats för att karakterisera mänskliga mjuka vävnader. Vi har gett en annan metod, som syftar till att vara mer diagnostik och icke-förstörande. Proverna genomgår mekanisk provning i detta protokoll begränsas av lasten snarare än genom förskjutning, som givare är mer känsliga för att ladda än förskjutning. Därför kan reproduktioner av försöket vara mer exakt över vävnader och syntetiska material. Med användning av denna teknik har vi visat en drag protokoll för utvärdering av hudvävnad och en inbuktning protokoll för analys av broskvävnad. Båda protokollen är snabbt och enkelt att implementera och kan övervägas för karakterisering av mänskliga mjuka vävnader och vävnadstekniska konstruktioner.
En av de viktiga steg i metoden för att erhålla en spännings-avlastningskurva lämplig för analysen är att säkerställa att provet inte glider under testning. Adekvat fixering är required, men detta måste vägas mot att orsaka någon stress på proverna och se till att indenter är vinkelrätt mot ytan för att förhindra varje skjuvbelastning. Det är kritiskt att kompositionen såväl som storleken och formen av vävnaden är liknande mellan proven. För brosk, är det viktigt att använda en repeterbar dissektion protokoll och provdimensioner. För hudprover, är det viktigt att avlägsna all den subkutana vävnaden för att erhålla en repeterbar prov. Det är också viktigt att se till att för alla prover, av proven förhållanden är identiska, inklusive hydrering, rumstemperatur, och upptiningsprocessen, om så är lämpligt.
Det finns vissa begränsningar för de protokoll som presenteras. Studier har antytt att deformationsegenskaper av hud och brosk är beroende av preparatorientering 13. Hud erkändes att vara anisotropa så långt tillbaka som den 19: e århundradet, med Langer visar 1861 att huden har naturliga linjerav spänning, kallad Langer linjerna 4. När således karakterisera hudprover, är det viktigt att orientera alla prover parallellt eller vinkelrätt mot de Langer Lines att undvika att introducera en metod förspänning 4. Brosk visar också anisotropa egenskaper och innehåller Hultkrantz linjer, som är likvärdiga med Langer linjer, så brosket kan deformeras olika beroende på i vilken riktning den är laddad 12, 19. Således är det viktigt att öka provets storlek för att medge testning av brosk i olika riktningar. Som biomekaniska egenskaperna hos vävnad varierar också med ålder och kön, bör studier genomföras med ett representativt patientgruppen att bibehålla giltighet till den kliniska miljön. Vidare har vissa mekaniska protokoll språkar förkonditionering där vävnaden genomgår cyklisk belastning för att säkerställa att vävnaden är i ett stationärt tillstånd för efterföljande mekanisk provning 20. Emellertid den exakta mekanismen för prekonditionering är oklar och det exakta antalet cykler som behövs för att producera en konsekvent och repeterbar svar varierar i olika studier 20. Forskaren bör överväga huruvida inkludera förkonditionering efter att ha utvärderat orsaken till att utföra specifika biomekaniska testet 20.
Huden är ett komplext, flerskiktat material, delas in i tre huvudskikt: epidermis, dermis och hypodermis 4. De mekaniska egenskaperna hos hudvävnad har nyligen utvärderats med hjälp av in vivo bedömningar 4. Däremot kan protokoll från dragprovning användas för att förstå huden biomekanik utskuren hud 4. Sådana tester kan ge information för att modellera spänning-töjning relationer, eftersom de randvillkor kan definieras fyra. Typiskt, in vitro-regimer använder höga stammar för att karakterisera materialet att misslyckas, medan in vivo-system användslåg stam varierar 4. Vid jämförelse av biomekaniska värden för utskuren hud i spänning, finns det en stor variabilitet mellan olika studier, som sträcker sig från 2,9 till 150 MPa 4. Stora skillnader mellan individer förväntas på grund av naturliga biologiska variationer, men skillnader i protokoll regimer kan också förvärra dessa naturliga biologiska skillnader. Till exempel, kommer skillnader i lastningshastigheter mellan protokollen orsaka variation, eftersom större lastningshastigheter orsakar mindre tid för vätskan att strömma ut, vilket resulterar i en högre styvhet. Tillredningen, excision, och hanteringsprotokoll hudvävnaden kommer också orsaka skillnader i de mekaniska egenskaperna 4. Detta protokoll visat för att testa hud ger en alternativ metod för forskare att karakterisera vävnaden. Det ger några fördelar, inklusive möjligheten att identifiera de elastiska och viskoelastiska egenskaperna hos hudvävnad i ett mekaniskt test, vilket möjliggör en större förståelse för hudenunder en kort tid. Dessutom kan samma test tillämpas på vävnadstekniska ersättningar för att tillverka konstruktioner med liknande biomekaniska egenskaper som nativt hud.
Indrag test ger ett attraktivt alternativ jämfört med begränsad tryckprovning för att förstå biomekanik brosk 21. Inbuktning har förmågan att bevara den fysiologiska strukturen av brosket och således ger värden som efterliknar de hos en klinisk miljö. Med användning av indrag, är det också möjligt att testa brosket medan den fortfarande fäst till det underliggande benet. Inbuktning möjliggör också fysiologisk testning av brosk som in vivo. När två broskytorna närmar sig varandra, varvid kanterna som omger området för kontakt "bula" på grund av vatten under kontaktområdet förskjuts i sidled efter kompressiv deformation inträffar 17, 21. Brosk indrag måste genomföras med en iDAnge med en mindre radie än broskprov för att möjliggöra liknande utbuktning. Storleken på indenter bör också vara åtminstone 8 gånger provstorleken för att säkerställa att brosk reagerar som om det var en del av en obestämd prov 22. Använda en indenter mycket mindre än radien av prov diameter eliminerar kanteffekter som finns i provet skapas. Dessutom undviker indrag möjliga experimentella fel som orsakas av att testa broskskador som skadats av provet tas. Indrag också inte innebär förberedelse djup prov, exempelvis formpressning, så att små, tunna bitar av brosk som skall testas 17, 21. Dessutom icke-förstörande metod för fördjupningen innebär att den har en potentiell tillämpning i klinisk miljö som ett diagnostiskt verktyg efter validering och verifiering studier har utförts.
Det finns viktiga antaganden indrag som användaren måste säkerställa för appropriate resultat. En kritisk gräns tillstånd indrag belastning kräver ständig kontakt mellan indenter och broskytan (det vill säga att ytan inte deformeras bort från indenter) 23, 24. Indrag lastning innefattar också den antagna randvillkoret att kontakten mellan broskytan och indenter är icke-förstörande (innebärande att indenter är i kontakt med ytan, men inte går genom ytan; broskytan bör inte misslyckas under indenter) 25-26. Studier har visat att det kan kontrolleras detta randvillkor genom användning av tusch, som kommer att fläcka skadade områden när de appliceras på broskytan 25, 26. Ett ytterligare randvillkoret förutsätter att indenter komprimerar brosket vinkelrätt mot ytan av provet. Den vinkelräta orienteringen av kompressionen är en viktig gräns condition eftersom komprimering i en vinkel, särskilt om användning av cyklisk belastning, kan orsaka slirning, vilket kan inducera klippande komponenter och ändra mekanisk belastning. Detta tillstånd kan säkerställas genom noggrann testutrustning inrättas.
Efter de sammanfattade protokoll har optimerats för den mjuka vävnaden av intresse, skulle det vara användbart för forskare att undersöka dynamisk provning av vävnaden av intresse. Lämplig cyklisk laddning av prover bör efterlikna normala fysiologiska gränser och beteenden, till exempel härma promenader eller andra repetitiva rörelser 27. Sammanfattningsvis visar rapporten enkla mekaniska testprotokoll för att utvärdera mänskliga vävnader. Genomförandet av dessa protokoll kommer att ge viktig information om de biomekaniska egenskaperna hos vävnader, vilket möjliggör vävnadstekniska konstruktioner för att bättre efterlikna den naturliga vävnaden.
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).
