Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Published: April 23, 2017 doi: 10.3791/54984
Automatic Translation
*1,2, *1,2, 1, 1,2,3
1Department of Biomechanical Engineering, Faculty of Mechanical, Maritime, and Materials Engineering, Delft University of Technology (TU Delft), 2Department of Orthopedics, UMC Utrecht, 3Department of Rheumatology, UMC Utrecht
* These authors contributed equally

Summary

Geçenlerde geliştirilen deneysel ve sayısal yöntemlerin yardımıyla eklem kıkırdağının genelinde Yüklü ve yüksüz moleküllerin taşınmasını araştırmak için bir protokol öneriyoruz.

Abstract

Osteoartrit (OA) kıkırdak ve kondral kemik dejenerasyonu ile ilgili olan bir zayıflatıcı bir hastalıktır. Bu büyük bir kimyasal bozunma örneğin, proteoglikan kaybı ve kolajen fibril bozulmasını karşılaşır olarak eklem kıkırdağı dejenerasyonu ölçüde yük taşıma işlevini bozar. OA sırasında kimyasal zarar mekanizmalarını incelemek için ümit verici bir yol, bir dış çözünen kıkırdak örnekleri ortaya çıkarmak ve moleküllerin difüzyon izlemektir. Sağlıklı kıkırdağa kıyasla farklı difüzyon özelliklerine oluşturur eklem kıkırdağı üzerinde hareket ederken, kıkırdak hasarı (örneğin, konsantrasyon ve temel makromoleküllerin konfigürasyonunda) derecesi dış solutların çarpışma enerji kaybı ile ilişkilidir. Bu çalışmada, çeşitli adımlardan oluşur ve daha önce geliştirilen deneysel mikro C dayanan bir protokol, tanıtmak14px; "> omputed T omography (mikro-CT) ve sonlu eleman modeli ilk olarak iki fazlı-çözünen ve difüzyon katsayılarını elde etmek için çok fazlı sonlu eleman modelleri üzerine tatbik edilmesi izler mikro-CT, kullanılarak kaydedilir yüklenmiş ve yüklenmemiş iyotlu moleküllerin taşınması. ve kıkırdak dilimleri arasında yük yoğunlukları sabit.

Introduction

Moleküler taşıma dile eklemlerin homeostazı hayati bir rol oynar, artiküler tedavilerin teslim kıkırdak ve kontrastlı kıkırdak görüntüleme 1, 2, 3. Bu tür kıkırdak entegrasyonu ve eksiklik, çözünen yük ve boyut olarak osmolalitesi ve nakil oranı 4, 5, 6 etkileyebilir kıkırdak ile temas içinde banyo konsantrasyonu gibi faktörler. Her bölge farklı konsantrasyonlarda ve büyük ekstrasellüler matris moleküllerin yönelimlerinin oluşur, çünkü nötr ya da yüklü, ya çözünen, nakliyesi, eklem kıkırdağı bölgeleri arasında farklı olabilir, yani proteoglikanlar (PG) ve kollajen tip II, 1, 7, 8, 9,lass = "xref"> 10, 11. Daha da önemlisi, yüklü çözünen taşıma eklem kıkırdağının 8, 9 boyunca artar hücre dışı matris içinde negatif sabit yük ihtiva proteoglikanlar konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlı olabilir. Osteoartrit (OA), böylece kıkırdak boyunca difüzyonu çalışmanın önemini gösteren, ilerledikçe Bu parametreler özellikle de sabit yük yoğunluğu (FKH), kolajen fibrilleri ve kıkırdak arasında su içeriği varyasyon yönünü değişiklik olabilir.

Bu çalışmada, bir protokol 6, 8, 9 doğru difüzyon sonlu banyosu modelinde nötr ve yüklü çözünen maddeleri kullanılarak çeşitli sınır şartları altında difüzyon araştırmak için önerilmektedir daha önce kurulmuş deney ve bilgisayar çalışmalara dayanmaktadır. To yöntemler kıkırdak ve gelişmiş iki fazlı-çözünen ve çok fazlı sonlu eleman modelleri ile desteklenen bir sonlu banyosunda içeren bir sistemin, mikro-bilgisayarlı tomografi görüntüleme (mikro-CT) oluşmaktadır önerilmiştir. Bu modeller, eklem kıkırdağının çeşitli dilimleri arasında nötr ve yüklü moleküllerin yanı sıra FCDs difüzyon katsayılarını elde etmek sağlar. bu modelleri kullanarak, bir kıkırdak ve bindirilirken sonlu banyosu arasındaki etkileşimleri incelemek için kullanılabilir difüzyon nötr ve yüklü moleküllerin davranışlarının daha iyi anlayabilirsiniz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: Burada sunulan protokol son araştırma makaleleri 6, 8, 9, deneysel ve hesaplamalı prosedürlerden benimsenmiştir. Protokol, Şekil 1 'de gösterilmektedir.

kadavra malzemeler Utrecht Üniversitesi Veteriner fakültesi izniyle toplanmıştır.

1. Numune ve Banyo Hazırlama

  1. Serin fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) püskürtme sırasında aşırı ısınma ve daha sonra kıkırdak hasarı önlemek için ölçüye göre matkap ucu (Şekil 1) kullanılarak kadavra at femoral kondil silindirik osteokondral tapaları (8.5 mm çap) delin.
  2. üst üste bindirilmiş banyosunun yanal yayılmanın en aza indirmek için kılıfı küçülen bir plastik ile osteokondral fişleri Termo büzülme.
    1. th kıkırdak ile osteokondral fiş monteE plastik küçülen yen içinde başlangıçta üst ve ona sıcak hava üfleyerek uygulayın. ısıyla ilgili zarar görmesini önlemek için kıkırdağın yüzeyinde ıslak pamuk parçaları ekleyin.
  3. Ayrıca yüklü (örneğin, 650 uL, 420 mM, iyoksaglat, Molekül Ağırlığı (MA) = 1.269 Da, şarj = 1) ve nötr (650 uL, 420 mM, iyodiksanol, MW = 1,550 Da), çözünen sonlu banyoları hazırlayın.
  4. Bir şırınga kullanılarak kıkırdak yüzeyinde hazırlanmış sonlu banyoları yük ve oda sıcaklığında (Şekil 2A) ile deneyler sırasında buharlaşmasını önlemek için sarılmış örnek üzerinde mantar fiş yerleştirin. nötr solüt taşınmasını araştırmak üzere iodixanol banyosu yerleştirin ve kıkırdak yüzeyine negatif yüklü çözünmüş madde taşıma yeri iyoksaglat banyosu incelemek için.

2. Görüntüleme ve Görüntü İşleme

  1. bir mikro-CT motorlu aşamasına bağlı bir ölçüye tutucu üzerinde mantar tapa ile izole sarılmış numuneler. Yeri to kadar kontrast maddesi çözeltisi yukarı bakacak şekilde kaplı olduğu bir kıkırdak yüzey örnek.
  2. Mikro-BT (40 x 40 x 40 um 3 voksel, 2 dakika tarama süresini, 90 kV tüp voltajı ve 180 uA tüp akımı) kıkırdak, subkondral plakadan oluşan bir görüş alanını kullanarak tarama ve sonlu denge durumuna (48 saat kadar) bir kaç zaman noktasında banyo (Şekil 2A) ulaşılır. konsantrasyon değerleri zamanla değişmez zaman denge durumuna ulaşılır.
  3. Üreticinin yazılımını kullanarak İlgi (ROI) Bölge konumlandırılmasını kolaylaştırmak için ilk resme göre farklı zaman noktalarında 3D görüntüler Kayıt (örneğin Analiz).
  4. Dönüştürme 3D üreticinin yazılımını kullanarak bunları işleme önce 2B Tagged Image File Format (TIFF) yığını haline mikro-BT görüntüleri yeniden.
  5. Küresel segmentin (ImageJ> ayarlama> Eşiği) subkondral kemik ve kıkırdak yerindenyazılımda banyosu yalan.
  6. Farklı zaman noktalarında kıkırdak ortalama gri değeri elde edilir önceki adımda oluşturulan kıkırdak maskesi kullanarak (ImageJ>> ölçün analiz).
  7. kıkırdak ilk banyo konsantrasyonu ve ilk kontrast maddesi konsantrasyonu dikkate alındığında, çözünen maddelerin gerçek konsantrasyonu ortalama gri değerleri dönüştürmek için lineer kalibrasyon eğrisi kullanır. Önceki veriler, gri değerler kontrast ajanlarının konsantrasyonu ile doğrusal bir ilişki muhafaza gerçeğini destekler.
  8. Deneysel zaman noktalarında karşı çözünen madde konsantrasyonunu çizilir.

3. Sayısal Modelleme

NOT: Bu problemde difüzyon deneysel sınır koşulu ile uyumludur (z ekseni boyunca) 1D gerçekleşecek varsayılır. Bu nedenle, geometri keyfi oluşturulabilir.

  1. Sonlu banyosu göre kıkırdak çoklu bölge modelini oluşturmak: 1) Kıkırdak yüzeysel bölgesi oluşan (Toplam kıkırdak kalınlığının% 20), orta bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 50) ve derin bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 30) 12 ve FEBio 13, 14 (Şekil 2B 2) sonlu banyosu).
  2. FEBio kıkırdak ve banyo farklı bölgeleri, mekanik ve fiziksel özellikleri atamak. Young modülü (10 MPa) üstte banyosu ile uygulanan ozmotik basınca dayanıklı ve bu nedenle aşırı deformasyonlar kıkırdak korumak için yeterince yüksek olduğu varsayılmıştır.
    1. 10 -3 mm bir hidrolik geçirgenliği kullanım 4 / Ns ve simülasyonlar 8 banyo 0 kullanımı gerçek çözünen yayılma katsayısının Poisson oranı, 9.
  3. Örgü (8-düğüm trilinear altı yüzlü elemanları) oluşturmak ve sınırların yakın hassaslaştırmada (Şekil 2B)class = "xref"> 8, 9.
  4. Bifazik-çözünen modeli
    1. buna tekabül eden banyo ve etkili bir basınç ilk bir eriyen madde konsantrasyonuna uygulanır. 15 9'da etkili basıncın açıklamaya bakın.
    2. Farklı kıkırdak bölgelerinde öngörülen difüzyon katsayılarına göre zaman eğrileri çözünen konsantrasyonunu elde etmek için geçici bir modda modeli çalıştırın.
  5. multifazik modeli
    Not: banyo ve doku arasındaki elektrik dalgalanma banyo ve doku hem de iki tek değerli karşıt-iyonlar eklenerek atlatılabilir.
    1. kararlı durum modeller için: istenen değere FCD artırırken kıkırdak ve üstte uzanan banyosu içinde aynı etkili sıvı basınçları ve konsantrasyonları kullanır.
    2. Geçici modeller için: yeterince yüksek banyosunda çözünmüë difüzyon katsayısını tutarak iyice karıştırılmış sonlu banyosu oluşturun. enjekte etmekbanyosuna banyo hava arayüzünden çözünen istenen konsantrasyon değerine ulaşmak için.
    3. Geçici: Önceki adımda reçete solüt konsantrasyonu sınır koşulu kaldırıp gerçek difüzyon katsayısına sonlu banyosu difüzyon katsayısını dönmek.
    4. Farklı kıkırdak bölgelerde uygulanan FCDs ve difüzyon katsayılarına göre çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin elde edilmesi için bir model çalıştırın.
  6. FEBio-MATLAB arayüzü
    1. Otomatik FEBio ve arsa konsantrasyonu-zaman eğrilerinin (FEBio-MATLAB arayüzü) 8, 9, simülasyon gerçekleştirmek için bir MATLAB geliştirir.
    2. FEBio-MATLAB arayüzünü kullanarak kıkırdak bölgelerinde difüzyon katsayıları ve FCDs değiştirin. FEBio modelleri çalıştırın ve çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin 9 8 ekstrakte edin.
    3. Deneysel elde çözünen konsantrasyonu-zaman eğrileri karşılaştırMinimum kök göre farklı kıkırdak bölgelerinde veriler ve elde difüzyon katsayılarının setleri ve FCDs kare hata (RMSE) 8, 9 anlamına gelir.

Şekil 1
Şekil 1: Deney Düzeneği. A), ısmarlama bir matkap ucu yardımıyla örnek ekstraksiyon prosedürü. B) Mikro-BT görüntüleme prosedürü difüzyon sürecini izlemek üzere. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

şekil 2
Şekil 2: Şematik.A) Deney tasarımı. Sonlu banyo, kıkırdak ve bunlarla ilgili örgü yüzeysel, orta ve derin bölgelerde oluşan B) Çok bölgeli hesaplama modeli. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Burada sağlanan temsili sonuçları önceki araştırma makaleleri 6, 8, 9, 16 ile kabul edilmiştir.

OA olarak, eklem kıkırdağı önemli değişiklikler en önemlisi GAG kaybı ve kolajen fibril hasar 17, 18, 19 girer. Bu değişiklikler, eklem kıkırdağının 20, 21 aracılığıyla çözünen dağılır davranışını etkileyebilir. Bu eksensel iki iyotlu kontrast ajanlarının difüzyonunu örneğin, iyodiksanol (şarj = 0) ve iyoksaglat incelenmiştir (şarj = 1), mikro-CT kullanan kadavra at osteokondral fişler. nötr çözünen (iyodiksanol), iki fazlı bir-çözünen modeli ve bir şarj Solu difüzyon işlemini ölçmek için te (iyoksaglat) çok fazlı bir model kıkırdak zonlu bir yapı olarak FEBio geliştirilmiştir. İki fazlı-çözünen madde ve çok fazlı modelleri (Şekil 3) iyodiksanol difüzyonunu tahmin ve eklem kıkırdağında boyunca iyoksaglat olabilir. Bu modeller, farklı kıkırdak bölgeleri 8 9 iyodiksanol (bifazik-çözünen madde) ve yayılma katsayısının difüzyon katsayısının yanı sıra FCD (iyoksaglat) elde edilmesine olanak.

Şekil 3,
Şekil 3, bilgisayar ortam veri Eğri donatılmış. Deneysel veriler ve deneysel veriler (sembol karşı B) burada kesik çok fazlı model uyan ()) 8, 9 karşı kesik A) Çok bölgeli bifazik-çözünen madde ().: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54984/54984fig3large.jpg" target = '_ blank'> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Biz eklem kıkırdağı boyunca nötr ve yüklü çözünenlerin difüzyon çalışması için bir sonlu elemanlar modelleme prosedürü ile kombine deneysel protokol sundu. Son çalışmalara göre, önerilen modeller doğru eklem kıkırdağında 8, 9 farklı bölgeleri arasında nötr (bifazik-çözünen) her ikisinin de taşıma ve negatif yüklü (çok fazlı) çözünmüş tarif olabilir. Yaygın eklem kıkırdağı işlevsel böyle OA ilerlemesi 21, 22, 23, 24 boyunca negatif yüklü GAG makromoleküllerin yanı sıra kollajen fibrilleri olarak hayati bileşenlerin zarara sınırlı hale inanılmaktadır. Bu çalışmada önerilen teknik kullanılarak, bir potansiyel, eklem kıkırdağının sağlıklı olma incelenebilir. Nötr çözünmüş maddenin taşıma OA primerveya olarak arttırılabilir ily çünkü daha düşük çözünmüş arasındaki etkileşimler gibi GAG ve kolajen. Öte yandan, eksi yüklü çözünen maddelerin taşıma böylece OA ilerlemesi düzeyine bakılmaksızın bazı göstergesi vererek Proteoglikanların sabit ücretlerin konsantrasyonu bakımından bilgi sahibi olmalarına yardımcı olabilir.

geliştirilen önceki çalışmalara göre sonlu banyosu kavramının ortaya çıkışı dayanıyordu bifazik-solüt ve multifazik modelleri eklem kıkırdağının bölgeli özelliklerinin doğru tahmin sağlanabilir hangi platformlarda olarak hizmet verebilir. Kontrast maddeleri, büyük banyoları ile ilişkili sınırlamalar yani mümkün ışın sertleştirme eserler ve kıkırdak 7, 20, 25, 26, 27, 28, artiküler tek difüzyon katsayısı atama> 29 lass = "xref", 30 akım geliştirmeye yönelik araştırmaları motivasyon sürdü. Gelecekteki OA araştırmada, bizim geliştirilen modeller potansiyel erken OA tanısı için uygulamalar bulabilir.

Deneylerde ve hesaplama simülasyonları hem gerekli bazı kritik adımlar vardır. Deneyler sırasında kıkırdak bütünlüğünü korumak için, bir sonraki enzimatik aktiviteleri önlemek için proteaz inhibitörlerinin yeterli miktarda ilave edilmesi gerektirir. Birden fazla deney için bir örnek kullanılması durumunda, dengeleme sonrası nüfuz çözünen için yıkama çıkış süresi yaklaşık olarak 48 saattir. Yıkama aşımı verimlilik mikro CT kullanılarak kontrol edilmelidir. at kıkırdak kullanan bizim setini kullanırken, sonsuz bir banyoya örten küvet eşdeğer minimum hacmi kıkırdak hacminin beş katından daha fazla olduğu hesaplandı. Dahası, difüzyon sonlu elemanlar modellemesi gerçekleştirmek için, gerçek çözünen difüzyon coeffic uygulamak için kritik öneme sahiptirBu sapma beri banyosunda ient sonuçlarını etkileyebilir.

altta yatan sonlu elemanlar modellerinde, çözünmüş madde boyut etkisi uygulanmamış ve bu nedenle çalışılan edilemedi. Bizim teklif edilen sonlu banyosu modeli bazı avantajlar, yani daha uygun artikülasyon eklemlerde anlayış difüzyon süreci ve indirgeyici ışın sertleştirme eserler sunuyor. Pozitif yüklü kontrast ajanlar uygulandığında deney ve hesaplama modelleri birleştirerek Bizim önerilen teknik kıkırdak difüzyon özelliklerini incelemeye olanak tanır. banyoda gerçek çözünen difüzyon katsayısının bilgisi önemli ölçüde eklem kıkırdağının karşısında elde edilen difüzyon katsayılarının doğruluğunu etkileyebilecek kadar önemli olduğu ortaya çıkmıştır. Bu deneysel banyonun difüzyon katsayısını elde veya kolayca kullanarak literatür değerleri ya gerektirecektir.

Sonuç olarak, deneyler oluşan genel bir protokol önerdi vehesaplamalar, eklem kıkırdağının boyunca yüklenmiş ve yüklenmemiş çözünen taşınmasını araştırmak. protokolü kullanarak, bir başarıyla farklı kıkırdak tabakalarında difüzyon katsayıları ve sabit şarj yoğunlukları elde edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Yazarlar osteokondral fişler sürecini sarma katkılarından dolayı UMC Utrecht de gelişme mekaniği grubundan Sn Jeroen van den Berg ve Bay Matthijs Wassink minnettarlıklarını ifade etmek istiyorum. Bu çalışma Hollandalı Artrit Vakfı tarafından Grant tarafından desteklenmiştir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hexabrix Guerbet 15HX005D Negatively-charged contrast agent
Visipaque GE healthcare 12570511 Nuetral contrast agent
PBS (Phosphate-buffered Saline) Life technologies 10010023 Medium
micro-CT Perkin Elmer Monitoring diffusion
Freezing-point osmometer Advanced instruments Measuring solution osmolality

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Arkill, K. P., Winlove, C. P. Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage. Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).
  2. Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. Solute transport across the articular surface of injured cartilage. Arch Biochem Biophys. 535 (2), 241-247 (2013).
  3. Leddy, H. A., Guilak, F. Site-specific effects of compression on macromolecular diffusion in articular cartilage. Biophys J. 95 (10), 4890-4895 (2008).
  4. Leddy, H. A., Guilak, F. Site-Specific Molecular Diffusion in Articular Cartilage Measured using Fluorescence Recovery after Photobleaching. Annals of Biomedical Engineering. 31 (7), 753-760 (2003).
  5. Gu, W. Y., Yao, H. Effects of hydration and fixed charge density on fluid transport in charged hydrated soft tissues. Ann Biomed Eng. 31 (10), 1162-1170 (2003).
  6. Pouran, B., Arbabi, V., Zadpoor, A. A., Weinans, H. Isolated effects of external bath osmolality, solute concentration, and electrical charge on solute transport across articular cartilage. Medical Engineering and Physics. 38 (12), 1399-1407 (2016).
  7. Kulmala, K. A. M., et al. Diffusion coefficients of articular cartilage for different CT and MRI contrast agents. Medical Engineering & Physics. 32 (8), 878-882 (2010).
  8. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Transport of Neutral Solute Across Articular Cartilage: The Role of Zonal Diffusivities. Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), 071001-071001 (2015).
  9. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Multiphasic modeling of charged solute transport across articular cartilage: Application of multi-zone finite-bath model. J Biomech. 49 (9), 1510-1517 (2016).
  10. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Combined artificial neural networks for robust estimation of the diffusion coefficients across cartilage. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).
  11. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Combined inverse-forward artificial neural networks for fast and accurate estimation of the diffusion coefficients of cartilage based on multi-physics models. Journal of Biomechanics. , (2016).
  12. Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. A. The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function. Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).
  13. Holzapfel, G. A., Kuhl, E. Ch. 17. Computer Models in Biomechanics. , Springer. Netherlands. 231-249 (2013).
  14. Ateshian, G. A., Maas, S., Weiss, J. A. Multiphasic Finite Element Framework for Modeling Hydrated Mixtures With Multiple Neutral and Charged Solutes. Journal of Biomechanical Engineering. 135 (11), 111001-111001 (2013).
  15. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Transport of neutral solute across articular cartilage and subchondral plate. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).
  16. Pouran, B., Arbabi, V., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Application of multiphysics models to efficient design of experiments of solute transport across articular cartilage. Comput Biol Med. 78, 91-96 (2016).
  17. Hosseini, S. M., Wu, Y., Ito, K., Donkelaar, C. C. The importance of superficial collagen fibrils for the function of articular cartilage. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 13 (1), 41-51 (2013).
  18. Alexopoulos, L. G., Williams, G. M., Upton, M. L., Setton, L. A., Guilak, F. Osteoarthritic changes in the biphasic mechanical properties of the chondrocyte pericellular matrix in articular cartilage. Journal of Biomechanics. 38 (3), 509-517 (2005).
  19. Felson, D. T., et al. Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors. Ann Intern Med. 133 (8), 635-646 (2000).
  20. Kokkonen, H. T., Jurvelin, J. S., Tiitu, V., Toyras, J. Detection of mechanical injury of articular cartilage using contrast enhanced computed tomography. Osteoarthritis Cartilage. 19 (3), 295-301 (2011).
  21. Raya, J. G., et al. Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage. Radiology. 266 (3), 831-841 (2013).
  22. Tavakoli Nia, H., et al. Aggrecan Nanoscale Solid-Fluid Interactions Are a Primary Determinant of Cartilage Dynamic Mechanical Properties. ACS Nano. 9 (3), 2614-2625 (2015).
  23. Arbabi, V., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Estimation of cartilage properties using indentation tests, finite element models, and artificial neural networks. 11th World Congress on Computational Mechanics & 5th European Conference on Computational Mechanics, Barcelona, Spain, , (2014).
  24. Arbabi, V., Pouran, B., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Determination of the mechanical and physical properties of cartilage by coupling poroelastic-based finite element models of indentation with artificial neural networks. Journal of Biomechanics. 49 (5), 631-637 (2016).
  25. Kokkonen, H. T., et al. Computed tomography detects changes in contrast agent diffusion after collagen cross-linking typical to natural aging of articular cartilage. Osteoarthritis and Cartilage. 19 (10), 1190-1198 (2011).
  26. Decker, S. G., Moeini, M., Chin, H. C., Rosenzweig, D. H., Quinn, T. M. Adsorption and Distribution of Fluorescent Solutes near the Articular Surface of Mechanically Injured Cartilage. Biophysical Journal. 105 (10), 2427-2436 (2013).
  27. Silvast, T. S., Jurvelin, S. J., Tiitu, V., Quinn, T. M., Töyräs, J. Bath Concentration of Anionic Contrast Agents Does Not Affect Their Diffusion and Distribution in Articular cartilage In Vitro. Cartilage. 4 (1), 42-51 (2013).
  28. Silvast, T. S., Jurvelin, J. S., Lammi, M. J., Töyräs, J. pQCT study on diffusion and equilibrium distribution of iodinated anionic contrast agent in human articular cartilage - associations to matrix composition and integrity. Osteoarthritis and Cartilage. 17 (1), 26-32 (2009).
  29. Pouran, B., Arbabi, V., Villamar, J., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Contrast agent's transport across healthy articular cartilage under various bath conditions. Orthopaedic Research Society Annual Meeting, Las Vegas, Nevada, , (2015).
  30. Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Application of a biphasic-solute model in predicting diffusive properties of osteochondral interface. International Workshop on Osteoarthritis Imaging (IWOAI), Oulo, Finland, , (2016).

Tags

Bioengineering Sayı 122 eklem kıkırdağı şarj edilmiş ve nötr çözücüler mikro-bilgisayarlı tomografi bifazik-çözünen madde ve çok fazlı sonlu eleman modelleri osteoartrit sabit yük yoğunluğu difüzyon katsayısı kıkırdak bölgeleri
Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Arbabi, V., Pouran, B., Zadpoor, A.… More

Arbabi, V., Pouran, B., Zadpoor, A. A., Weinans, H. An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage. J. Vis. Exp. (122), e54984, doi:10.3791/54984 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter