Abstract
Regeneratieve geneeskunde is bedoeld om materialen te vervangen of te herstellen van beschadigde of zieke organen ingenieur. De mechanische eigenschappen van dergelijke materialen moeten de menselijke weefsels er bedoeld ter vervanging bootsen; de gewenste anatomische vorm geven, moeten de materialen in staat zijn om de mechanische krachten zullen optreden wanneer geïmplanteerd in het defectlocatie houden. Hoewel de mechanische eigenschappen van weefselengineering scaffolds van groot belang, veel menselijke weefsels die herstel ondergaat van kunstmatige materialen zijn niet volledig gekarakteriseerd biomechanisch. Verschillende druk- en treksterkte protocollen gegeven voor het beoordelen materialen, maar met grote variabiliteit is het moeilijk om de resultaten te vergelijken tussen studies. Verdere complicerende studies wordt het vaak destructieve soort mechanische testen. Hoewel een begrip van weefsel falen is belangrijk, het is ook belangrijk om kennis van de visco-elastische en elastische eigenschappen hebben onder meer Physiological beladingen.
Dit verslag is bedoeld om een minimaal destructieve protocol bij de druk- en treksterkte-eigenschappen van menselijke zachte weefsels evalueren. Als voorbeelden van deze techniek, de treksterkte testen van de huid en de samendrukkende testen van kraakbeen beschreven. Deze protocollen kunnen ook direct worden aangebracht op synthetische materialen zodat de mechanische eigenschappen zijn vergelijkbaar met de natieve weefsel. Protocollen bij de mechanische eigenschappen van natief menselijk weefsel te beoordelen wordt een benchmark waarmee geschikte tissue engineered vervangers maken.
Introduction
Patiënten worden steeds wachten op diverse orgaantransplantaties voor de behandeling van falende of gewond organen. Echter, met het tekort aan geschikte donororganen, regeneratieve geneeskunde is gericht op alternatieve oplossingen voor patiënten met eindstadium orgaanfalen te creëren. Regeneratieve medicijnen beoogt deze klinische behoefte door technische materialen om als substituten weefsel, waaronder zachte weefsels, zoals kraakbeen en huid voldoen. Om een succesvolle materiaal om beschadigd weefsel te herstellen maakt, moet het vervangende materiaal de eigenschappen van het natieve weefsel het gaat 1-2 vervangen bootsen. Eenmaal chirurgisch geïmplanteerd zal het materiaal moeten anatomische vorm geven aan het weefsel defect en derhalve de mechanische eigenschappen van het materiaal zijn vitale 1. Bijvoorbeeld, zou een materiaal vervangen auriculaire kraakbeen passende mechanische eigenschappen compressie te voorkomen door de bovenliggende huid 2 hebben. Ook een materiaal nasale auto vervangingtilage moet voldoende mechanische eigenschappen te voorkomen instorten tijdens het ademen 3 hebben. Ondanks het belang van de mechanische eigenschappen bij de vervaardiging van materialen voor implantatie, weinig bewijs is gericht op het karakteriseren van de mechanische eigenschappen van verschillende menselijke weefsels.
Mechanische beproeving regimes kunnen worden gebruikt om de druksterkte, trek- vast, buiging of afschuiving eigenschappen van een weefsel. Skin is een zeer anisotroop, visco-elastisch, en bijna onsamendrukbaar materiaal 4-9. Vaak uitgesneden huid wordt getest met behulp van eenassige treksterkte methoden, waarbij een geschikt gevormde strook van de huid wordt gegrepen aan beide uiteinden en uitgerekt, terwijl de lading en de uitbreiding zijn opgenomen 4-9.
Aangezien het hoofdbestanddeel van alle zachte weefsels poriënwater, de mechanische respons van kraakbeen is sterk gerelateerd aan de stroming van fluïdum door het weefsel 10-11. Zachte weefsels zoals kraakbeen have oudsher getest met behulp van compressie testen. De testmethoden compressie zijn zeer gevarieerd, met beperkt, onbeperkte en inspringing die de meest voorkomende (figuur 1). Binnen beperkt compressie, is een kraakbeen monster geplaatst in een vloeistofdichte, met vloeistof gevulde goed en geladen door middel van een poreuze plaat. Aangezien de put is niet poreus stromen hoewel het kraakbeen in verticale richting 12-13. In onbegrensd compressie, wordt het kraakbeen geladen met een niet-poreuze plaat op een niet-poreus kamer, waardoor de fluïdumstroom voornamelijk radiale 12-13 zijn. Inspringen is de meest gebruikte methode voor het evalueren van de biomechanische eigenschappen van het kraakbeen 12-13. Het bestaat uit een druklichaam, kleiner dan het oppervlak van het monster wordt getest, dat is teruggebracht op het monster. Inkeping vele voordelen boven andere compressiemethoden, waaronder het feit dat inspringing kan worden uitgevoerd in situ, enabling de test meer fysiologisch zijn (figuur 1) 12-13.
De druksterkte en treksterkte eigenschappen van een weefsel te begrijpen, wordt de Young's elasticiteitsmodulus meestal berekend door analyse van het lineaire gedeelte van de trek-rek curve, waarin de elastische weerstand tegen samendrukking of spanning, ongeacht preparaatgrootte 12. Zowel de trek- en druksterkte testen regimes kan variëren naar gelang de belasting of vervorming toegepast, en het tempo van beide dergelijke parameters. Momenteel zijn er veel verschillende testprotocollen weefselmechanica bepalen, waardoor het zeer moeilijk te interpreteren of te resultaten te vergelijken van verschillende onderzoeken 6-13. Bovendien hebben veel mechanische methoden nog gericht op het karakteriseren van de mechanische eigenschappen van het weefsel door het testen van het monster te vernietigen. Wij streven ernaar om een inkeping en trek protocol dat direct, niet-destructieve vergelijking van de mens biedt aan te tonenzachte weefsels en tissue-engineered constructies.
We tonen een werkwijze die de mechanische testen beperkt stress toch verkrijgt Young's elasticiteitsmodulus in druk en trek. Het monster wordt benadrukt hetzij in trek of druk op een bepaalde waarde, en als de gekozen spanning is bereikt, wordt het monster mag ontspannen terwijl alle data is ingelezen. Deze methode legt zowel de visco-elastische eigenschappen en ontspanning van het weefsel in dezelfde test, die rechtstreeks aan de kunststof kan worden aangebracht. Wij hebben de inkeping protocol menselijk zacht weefsel, zoals huid en kraakbeen 14-16 evalueren. Kraakbeen wordt beoordeeld aan de hand inspringen testen en de huid wordt geëvalueerd met behulp van spanning het testen van 14-16. De onderzoekers gericht op materialen met vergelijkbare eigenschappen voor de menselijke zachte weefsels ingenieur zou kunnen overwegen om de uitvoering van deze protocollen.
Protocol
Dit protocol volgt de ethische richtlijnen van de menselijke onderzoek ethische richtlijnen commissie onze instelling op het gebruik, de opslag en de verwijdering van menselijk weefsel. Menselijk weefsel monsters kunnen worden uitgesneden uit postmortale organen die zijn toestemming voor onderzoeksdoeleinden met relevante ethische goedkeuringen. Monsters kunnen ook worden verwijderd weefsel van ingestemd patiënten die een chirurgische procedures, met relevante ethische goedkeuring.
1. Voorbereiding van de huid
- Bereid specimens handmatig ontleden uit het vetweefsel en de dunne laag van diepe dermis met een scalpel en pincet. Deze stap is belangrijk om de samenhang tussen de monsters 14 te waarborgen.
- Snijd de resulterende vel split-dikte van de huid in een gestandaardiseerde steekproefgrootte (bijvoorbeeld 1 cm × 5 cm monsters). Bepaal het monster op basis van de afmetingen van de testapparatuur. Als een tissue engineered construct wordt ook getest, de specimen maat zal geschikt zijn voor het materiaal van belang 14 zijn. Gooi scalpelmesjes in de daarvoor bestemde afvalbakken.
- Zodat de genoemde mechanische berekeningen staat, meet de dikte van de huid getest met behulp van elektronische schuifmaat vóór en na mechanische testen.
2. Trekproeven
LET OP: Alle materialen testen van machines moet worden gekalibreerd volgens de richtlijnen van de fabrikant voor de test.
- Testmonsters huid uniaxiale spanning met een materiaal testmachine (figuur 2A) bij kamertemperatuur (22 ° C) 14.
- Oriënteren de huidmonsters in dezelfde richting voor alle monsters (bijvoorbeeld loodrecht of in lijn met Langer Lines (topologische lijnen getekend op een kaart van het menselijk lichaam en verwijzend naar de natuurlijke oriëntatie van de collageenvezels in de dermis)) 14.
- Immobiliseren van het monster tussen de twee klemmen (een commercial jig), één aangebracht op een 98,07 N load cell en de andere naar een onroerend basisplaat 14. De verkregen tussen het getest uniaxiale spanning klemmen moet 1 cm x 4 cm (figuur 2).
OPMERKING: Een commerciële mal werd gebruikt om ongelijkmatige grijpende en schade te vermijden aan het monster voor het testen. Het monster wordt bevestigd aan een dichtheid "handvast". - Bedek het monstergebied (na plaatsing in de inrichting) aan beide zijden met vaseline preparaat uitdroging te voorkomen.
- Programmeer de trekbelasting en ontspanning testen regime in de software als een lijst met acties, als volgt: Zero Load | Zero Position | Vind Contact (trek belasting) | Wacht (Ontspanning).
- Start de test met het softwareprogramma. Laad het monster onder spanning om 29.42 N bij 1 mm / s. Gebruik een snelheid en lading dat falen van de huid veroorzaakt (bijvoorbeeld 29,42 N met 1 mm / s).
- Na 29,42 N-belasting wordt bereikt, zodat het weefsel te ontspannen1,5 uur een tijdpunt waarop er minimale veranderingen relaxatiegedrag, bestuurd door de computer 14 software.
Opmerking: De verplaatsing wordt constant gehouden tijdens de ontspanningsfase, niet de belasting. - Bereken elastisch en visco-elastische eigenschappen volgens de analyse sectie richtlijnen. De mechanische eigenschappen onderzocht zal de gemiddelde eigenschappen van de split-dikte van de huid bestanddelen (epidermis en dermis) 14 vertegenwoordigen.
Opmerking: Er is geen duidelijke tarralast, zoals blijkt uit de ruwe data wanneer vervorming optreedt en dus zijn alleen deze gegevenspunten opgenomen.
3. Bereiding van kraakbeen
- Verwijder de huid en fascia van het kraakbeen preparaat met scalpel en pincet 15, 16.
- Verdeel het kraakbeen specimens in een gestandaardiseerd monster (bijvoorbeeld een 1,5-cm blokken) met een scalpel en pincet. Voor alle monsters, gebruik dan een semicircular-vormige druklichaam (figuur 2B), die een diameter en dikte van tenminste 8 maal groter dan de grootte van het kraakbeen monster. Deze verhouding zorgt ervoor dat het druklichaam niet wordt beïnvloed door randeffecten van prepareren 15. Gooi scalpelmesjes in de daarvoor bestemde afvalbakken.
- Zodat de genoemde mechanische berekeningen staat, meet de dikte van het kraakbeen te laden met behulp van elektronische schuifmaat vóór en na mechanische testen 15, 16.
4. Druksterkte Inspringen Testing
- Comprimeer het kraakbeen monsters met een materiaalbeproevingsmachine in een gehydrateerde plaats bij kamertemperatuur. Bedek het kraakbeen monster met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) voorafgaand aan en tijdens druktesten zodat het monster wordt gehydrateerd.
LET OP: PBS niet exact overeen met de fysiologische omgeving, maar het maakt het mogelijk zowel de gebruikte materialen en de weefsels te zijn compared even 15, 16. - Oriënteren het kraakbeen monster zodat het oppervlak loodrecht op het druklichaam. Hierdoor kan de compressie uniaxiale en limiteerd schuifbelasting 15.
- Programmeer de drukbelasting en ontspanning testen regime in de software als een lijst met acties, als volgt: Zero Load | Zero Position | Vind Contact (drukbelasting) | Wacht (Ontspanning).
- Start de test met behulp van het softwareprogramma. Laad het monster onder druk om 2,94 N met 1 mm / s 15, 16.
Opmerking: Deze werd bepaald met een niet-destructieve lading die gevoelig genoeg om zowel elastisch en visco-elastische eigenschappen van kraakbeen 15 identificeren. - Na het 2,94-N is bereikt, laat het kraakbeen te ontspannen gedurende 15 minuten werd een tijdpunt waarop er minimale veranderingen relaxatiegedrag via de software 15, 16.
LET OP: Afbeelding2C-D toont een typische set-up voor de compressie en treksterkte testen van menselijke weefselmonsters. Dezelfde protocollen kunnen vervolgens worden toegepast op synthetische biomaterialen aan de biomechanische eigenschappen overeenkomen met het natieve weefsel geanalyseerd. Bijvoorbeeld figuur 2E-F toont compressie en treksterkte testen van menselijk weefsel dicht aansluit bij biomechanische eigenschappen van een synthetisch materiaal.
5. Berekening van Young's elasticiteitsmodulus voor Inspringen en Trekproeven
- Verzamel de ruwe gegevens inclusief de tijd (s), verplaatsing (mm) en belasting (N) van de materialen testen apparaat 14-16.
- Bereken de spanning (MPa) en rek (%) met de in figuur 3 formules.
OPMERKING: Indien een halfbolvormig druklichaam werd gebruikt tijdens compressiebeproeving, delen van de kracht door het dwarsdoorsnedegebied om het nominale (gemiddelde) spanning, maar niet de piekspanning. - Gebruik een lineaire scatterplotte plotten de stress MPa (y-as) tegen de stam (x-as). Bepaal de lineaire curve fit. De lineaire curve fit is gelijk aan y = mx + b met een respectievelijke R-waarde.
LET OP: Alle gegevens punten zijn opgenomen om een minimum R-waarde> 0,98 te bereiken. De waarde m de helling is, die overeenkomt met de modulus van spanning gedurende stam aangeeft druk- weerstand en weerstand tegen spanning in MPa (dwz Young's Modulus). Als de R-waarde is niet> 0,98, dan is de aanname van het karakteriseren van lineaire visco-elastisch gedrag is ongeldig. - De viscoelastische eigenschappen waarin een fluïdumstroming door blootstelling aan vervorming heeft bereikt, de verhouding van spanning gedurende de tijd over de laatste 200 s mechanische tests en de uiteindelijke spanningsniveau aan het einde van het experiment berekende identificeren.
LET OP: Met het verhogen van de tijd, zal de stress te verlagen (relax) als vloeistofstroom bereikt evenwicht 17, 18. Een snelle spanningsrelaxatie respons indicates dat het moeilijk is om hoge spanningen behoudens het monster 17, 18.
6. Ontspanning Properties
- Plot spanning in MPa (y-as) tegen de tijd in s (x-as) op een lineair spreidingsdiagram.
- Bepaal een lineaire curve fit om de snelheid van ontspanning te berekenen. De lineaire curve fit is gelijk aan y = mx + b met een respectievelijke waarde van de laatste 200 s. De m-waarde is de snelheid van ontspanning.
- Inclusief alle datapunten tot een minimum R-waarde> 0,98 te verkrijgen. De finale stress (MPa) bij 1,5 uur voor de huid en 15 min voor het kraakbeen is de laatste absolute ontspanning waarde.
Representative Results
Figuren 4 en 5 voorbeelden van gegevens verkregen via indrukking en trekproeven. Figuur 4 toont typische waarden verkregen na menselijk kraakbeen inspringen testen. Figuur 4A is een voorbeeld van een typische spanning-versus-spanning grafiek verkregen na indrukking testen. Om de Young's Modulus te verkrijgen, zijn alle waarden opgenomen tot de lijn curve fit heeft een minimale R-waarde van 0,98 (Figuur 4B). De m-waarde is de indicator van de Young's Modulus in MPa; bijvoorbeeld in deze gegevens, het kraakbeen heeft een modulus van 1,76 MPa. Figuur 4C toont een typische plot van stress tegen de klok om de versoepeling eigenschappen van het kraakbeen te evalueren. De snelheid van ontspanning wordt berekend uit de laatste 200 s. Ook de snelheid van ontspanning te verkrijgen, wordt de waarde van m een lijn curve fit in MPa gebruikt. Bijvoorbeeld, in deze data, het kraakbeen ligt het percentage vanversoepeling van 8.78 x 10 -6 MPa / s (Figuur 4D). De absolute eindniveau van ontspanning is het laatste punt van stress in MPa. Bijvoorbeeld, in deze dataset, de absolute uiteindelijke niveau van ontspanning zou zijn 0,028 MPa (figuur 4D).
Figuur 5 laat zien hoe de visco-elasticiteit van de huid weefsel te evalueren na trekproeven. De analyse wordt uitgevoerd als per druktesten uitgevoerd. Figuur 5A toont een typische stam-versus-stress-plot verkregen uit de treksterkte testprotocol. Om de Young's Modulus in spanning te verkrijgen, worden alle waarden opgenomen tot de lijn curve fit heeft een minimale R-waarde van 0,98 (figuur 5B). De m-waarde is de indicator van de Young's Modulus in MPa; bijvoorbeeld in deze gegevens, de huid heeft een modulus van 0,62 MPa. Figuur 5C toont een typische plot van stress tegen de klok om de ontspanning eigenschappen te evalueren of huid. De snelheid van ontspanning wordt berekend uit de laatste 200 s. Ook de snelheid van ontspanning te verkrijgen, wordt de waarde van m een lijn curve fit in MPa gebruikt. Bijvoorbeeld, in deze data, de huid heeft een snelheid van relaxatie van 3,1 x 10 -5 MPa / s (figuur 5D). De absolute eindniveau van ontspanning is het laatste punt van stress in MPa. Bijvoorbeeld, in deze dataset, zou het niveau 0,64 MPa (figuur 5D). Dezelfde analyse kan dan gebruikt worden om biomaterialen samengedrukt en trekproeven analyseren om de biomechanische eigenschappen overeenkomen met natief weefsel.
Figuur 1: Schematisch diagram van verschillende compressiemethoden illustreren. A. Inspringen Testing. Een belasting wordt uitgeoefend op een klein gebied van het kraakbeen met een niet-poreus indringlichaam. B. Confined Compressie. Het kraakbeen monster wordt geplaatst in een vloeistofdichte met vloeistof gevulde put. Het kraakbeen wordt dan geladen door een poreuze plaat. Aangezien de put is ondoordringbaar, stroming door het kraakbeen is alleen in de verticale richting. C. Onbeperkte Compression. Het kraakbeen wordt geladen met een niet-poreuze plaat op een niet-poreus kamer, waardoor fluïdumstroom voornamelijk radiaal zijn.
Figuur 2: Set-up van de mechanische testen machine. A. Illustratie van het testen machine. B. Illustratie van het druklichaam voor het druktesten analyse. C. Kraakbeen geanalyseerd middels compressie inspringen testen. D. Huidweefsel geanalyseerd onder trekproeven. E. treksterkte testen van een synthetisch biomateriaal. F.
Figuur 3: formules gebruikt om de druksterkte en treksterkte mechanische eigenschappen van een weefsel of tissue engineered construct berekenen. De formules voor het berekenen kracht (N), stress (MPa) en rek (%).
Figuur 4: Voorbeeld van samendrukking analyse van menselijk kraakbeen. A. Stress-versus-stam analyse. B. De m waarde van de lijn curve fit vergelijking is de Young's elasticiteitsmodulus in MPa. C. Stress-versus-time analyse om ontspanning eigenschappen aan te tonen. D. De m waarde van de lijn curve passende vergelijking geeft de ontspanning tarief. De finale eenbsolute rate is het laatste punt op de grafiek.
Figuur 5: Voorbeeld trek- analyse van menselijke huid. A. Stress-versus-stam analyse. B. De m waarde van de lijn curve fit vergelijking is de Young's elasticiteitsmodulus in MPa. C. Stress-versus-time analyse om ontspanning eigenschappen aan te tonen. D. De m waarde van de lijn curve passende vergelijking gelijk aan de ontspanning tarief. De uiteindelijke absolute tarief is het laatste punt op de grafiek.
Discussion
Verschillende trek- en inspringing protocollen zijn gepubliceerd menselijk zacht weefsel te karakteriseren. We hebben een andere methode, die tot doel heeft meer diagnostische en non-destructief te zijn verstrekt. De monsters ondergingen mechanische tests in dit protocol beperkt door belasting plaats door verdringing, zoals transducers gevoeliger te laden dan verdringing. Daarom kan reproducties van het experiment nauwkeuriger in weefsels en synthetische materialen. Met deze techniek, hebben we een treksterkte protocol voor het evalueren huidweefsel en een indrukking protocol voor de analyse kraakbeenweefsel aangetoond. Beide protocollen zijn gemakkelijk en eenvoudig te implementeren en kan worden beschouwd voor de karakterisering van menselijke zachte weefsels en tissue-engineered constructies.
Een van de essentiële stappen van de methode een spanningsrelaxatie curve voor de analyse te verkrijgen is dat het monster niet verschuift tijdens het testen. Voldoende fixatie is required, maar dit moet worden afgewogen tegen het veroorzaken van spanning op de monsters en zonder dat het druklichaam loodrecht op het oppervlak aan een schuifbelasting voorkomen. Het is essentieel dat de samenstelling en grootte en vorm van het weefsel vergelijkbaar tussen de monsters. Voor kraakbeen, is het essentieel om een herhaalbare dissectie protocol en sample afmetingen gebruiken. Voor huidmonsters, is het essentieel om de onderhuidse weefsels om een monster te verkrijgen herhaalbare verwijderen. Het is ook belangrijk dat alle monsters, het monster omstandigheden identiek, zoals hydratatie, kamertemperatuur en ontdooien, indien van toepassing.
Er zijn een aantal beperkingen aan de gepresenteerde protocollen. Studies hebben gesuggereerd dat vervormingseigenschappen huid en kraakbeen afhankelijk preparaatoriëntatie 13. Huid werd erkend anisotrope zo ver terug als de 19e eeuw, met Langer waaruit blijkt in 1861 dat de huid heeft natuurlijke lijnenspanning, aangeduid als Langer lijnen 4. Wanneer aldus karakteriseren huid monsters, is het belangrijk om alle monsters oriënteren parallel of loodrecht op de Langer Lines voorkomen dat er een methode voorspanning 4. Kraakbeen toont ook anisotrope eigenschappen en bevat Hultkrantz lijnen, die overeenkomt met Langer lijnen, zodat het kraakbeen kan verschillend vervormen volgens de richting waarin het wordt geladen 12, 19. Derhalve is het belangrijk om het monster te vergroten, teneinde de testen van kraakbeen in verschillende richtingen. Als biomechanische eigenschappen van het weefsel ook variëren met de leeftijd en geslacht, moeten studies worden uitgevoerd met een representatieve patiëntenpopulatie de geldigheid behouden om de klinische setting. Bovendien zijn sommige mechanische protocollen bepleiten conditionering, waarbij het weefsel ondergaat cyclische belasting zodat het weefsel in een stabiele toestand voor daaropvolgende mechanische testen 20. De exacte mechanisme van preconditionering is onduidelijk en het exacte aantal cycli die nodig zijn om een consistente en herhaalbare respons varieert in verschillende studies 20. De onderzoeker zou moeten overwegen om al dan niet preconditionering onder meer na de evaluatie van de reden voor het uitvoeren van de specifieke biomechanische testen 20.
Huid is een complexe, multi-gelaagd materiaal, verdeeld in drie lagen: de epidermis, dermis en hypodermis 4. De mechanische eigenschappen van huidweefsel zijn onlangs geëvalueerd met in vivo evaluaties 4. Echter, protocollen trekproef worden gebruikt om de huid biomechanica van uitgesneden huid 4 begrijpen. Dergelijke tests kunnen informatie model spanningsrekdiagram verhoudingen, omdat de randvoorwaarden te definiëren 4. Typisch, in vitro testen regimes maken gebruik van hoge spanningen om het materiaal te karakteriseren te mislukken, terwijl in vivo systemen gebruiklage spanning varieert 4. Bij het vergelijken van biomechanische waarden uitgesneden huid onder spanning, is er een grote variatie tussen verschillende onderzoeken, variërend 2,9-150 MPa 4. Grote verschillen tussen de onderwerpen worden verwacht als gevolg van natuurlijke biologische variatie, maar de verschillen in protocol regimes kunnen ook deze natuurlijke biologische verschillen verergeren. Zo zal verschillen in belasting weer tussen protocollen variatie veroorzaken, een grotere laadsnelheid veroorzaken minder tijd voor het fluïdum te laten stromen, waardoor een hogere stijfheid. De voorbereiding, de besnijdenis, en de behandeling protocollen van het huidweefsel zal ook verschillen in de mechanische eigenschappen 4 veroorzaken. Dit protocol aangetoond voor het testen van de huid biedt een alternatieve methode voor onderzoekers om huidweefsel te karakteriseren. Het biedt een aantal voordelen, zoals de mogelijkheid om de elastische en visco-elastische eigenschappen van huidweefsel identificeren een mechanische beproeving, waardoor een beter begrip van de huidin een korte tijd. Bovendien kan dezelfde test worden toegepast op weefselengineering vervangingen constructen met gelijke biomechanische eigenschappen natieve huid produceren.
Inspringen testen biedt een aantrekkelijke optie in vergelijking met beperkte compressie het testen voor het begrip van de biomechanica van het kraakbeen 21. Inkeping de mogelijkheid om de fysiologische structuur van het kraakbeen te behouden en dus biedt waarden dan die van een klinische omgeving nabootsen. Inspringingen, is het ook mogelijk om het kraakbeen te testen terwijl het onderliggende bot bevestigd. Inkeping maakt ook fysiologische testen van kraakbeen in vivo. Wanneer twee kraakbeenoppervlakken elkaar naderen, worden de randen rond het contactgebied "bobbel" als gevolg van water onder het contactgebied zijdelings samendrukkende vervorming optreedt na 17, 21. Kraakbeen inspringen moeten worden uitgevoerd met een inDVoer met een kleinere straal dan het kraakbeen monster toe te staan voor soortgelijke bolling. De grootte van het druklichaam dient heb 8 maal het monstergewicht zodat het kraakbeen reageert alsof het een deel van onbepaalde monster 22. Met een druklichaam veel kleiner dan de straal van het monster diameter elimineert randeffecten aanwezig specimen creëren. Daarnaast inspringen voorkomt mogelijke fouten in het experiment wordt veroorzaakt door het testen van kraakbeendefecten beschadigd door een monster wordt. Inkeping heeft evenmin betrekking diep monstervoorbereiding, zoals compressie opgesloten, om kleine, dunne stukjes kraakbeen te testen 17, 21. In de non-destructieve methode inkeping betekent dat het een mogelijke toepassing in de klinische setting als diagnostisch hulpmiddel na goedkeuring en verificatie onderzoeken uitgevoerd.
Er zijn belangrijke aannames met inkeping die de gebruiker moet zorgen voor appropriate resultaten. Een kritische randvoorwaarde in inspringen laden vereist constant contact tussen de indringlichaam en het kraakbeen oppervlak (dat wil zeggen, dat het oppervlak niet weg van de indringlichaam niet vervormt) 23 24. Inkeping loading ook de veronderstelde randvoorwaarde dat het contact tussen het kraakbeenoppervlak en indringlichaam niet destructief (dat wil zeggen, dat het druklichaam in contact met het oppervlak maar niet door het oppervlak; het kraakbeenoppervlak niet falen onder de druklichaam) 25-26. Studies hebben aangetoond dat deze randvoorwaarde kan worden gecontroleerd door het gebruik van Indische inkt, die beschadigde gebieden vlekken na aanbrengen in het kraakbeenoppervlak 25, 26. Een andere randvoorwaarde neemt aan dat het druklichaam comprimeert het kraakbeen loodrecht op het oppervlak van het monster. De loodrechte oriëntatie van de compressie is een belangrijke grens condvulle omdat comprimeren schuin, vooral bij gebruik van cyclische belasting kan slippen, die afschuiving componenten kunnen induceren en veranderen de mechanische belasting veroorzaken. Deze aandoening kan worden gewaarborgd door een zorgvuldige testapparatuur opgezet.
Na samengevat protocollen zijn geoptimaliseerd voor het zachte weefsel van belang, zou het nuttig zijn voor onderzoekers onderzoeken dynamisch testen van het weefsel van belang. Geschikte cyclische laden van monsters moet normale fysiologische grenzen en gedrag, zoals het nabootsen van wandelen of andere repeterende bewegingen 27 na te bootsen. Kortom, dit verslag blijkt eenvoudige mechanische testen protocollen tot menselijke weefsels te evalueren. De uitvoering van deze protocollen zal belangrijke informatie te verstrekken over de biomechanische eigenschappen van de weefsels, waardoor-tissue engineered constructies om de inheemse weefsel beter na te bootsen.
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.
- Hussain, S. H., Limthongkul, B., Humphreys, T. R.
- 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).
