Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Biomekanisk testning af murine sener

Published: October 15, 2019 doi: 10.3791/60280
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1, 1,2
1Department of Orthopedic Surgery, Columbia University, 2Department of Biomedical Engineering, Columbia University

Summary

Protokollen beskriver effektive og reproducerbare træk biomekaniske testmetoder til murine sener gennem brug af Custom-Fit 3D trykt inventar.

Abstract

Sene lidelser er almindeligt, påvirker mennesker i alle aldre, og er ofte invaliderende. Standard behandlinger, såsom anti-inflammatoriske lægemidler, rehabilitering, og kirurgisk reparation, ofte mislykkes. For at definere senen funktion og demonstrere effekten af nye behandlinger, skal de mekaniske egenskaber af sener fra dyremodeller bestemmes nøjagtigt. Murine dyremodeller er nu almindeligt anvendt til at studere sene lidelser og evaluere nye behandlinger for tendinopathies; Men, bestemme de mekaniske egenskaber af mus sener har været udfordrende. I denne undersøgelse, et nyt system blev udviklet til senon mekaniske test, der omfatter 3D-trykte inventar, der svarer nøjagtigt til anatomier af humerus og calcaneus til mekanisk test supraspinatus sener og Achilles sener, hhv. Disse armaturer blev udviklet ved hjælp af 3D rekonstruktioner af indfødte knogle anatomi, solid modellering, og additiv produktion. Den nye metode eliminerede kunstige gribe fejl (f. eks. fejl ved vækst pladens fiasko i stedet for i senen), reducerede den samlede testtid og øgede reproducerbarhed. Endvidere, denne nye metode er let at tilpasse til afprøvning andre murine sener og sener fra andre dyr.

Introduction

Sene lidelser er almindelige og meget udbredt blandt de aldrende, atletiske, og aktive populationer1,2,3. I USA, 16.400.000 bindevævs skader indberettes hvert år4 og tegner sig for 30% af alle skades-relaterede læge kontor besøg3,5,6,7, 8. De mest almindeligt berørte steder omfatter rotator cuff, achilles senen, og laterale senen9. Selv om en række af ikke-operative og operative behandlinger er blevet udforsket, herunder anti-inflammatoriske lægemidler, rehabilitering, og kirurgisk reparation, resultater forbliver fattige, med begrænset tilbagevenden til funktion og høje grader af fiasko5, 6. Disse dårlige kliniske resultater har motiveret grundlæggende og translationelle undersøgelser, som søger at forstå tendinopati og udvikle nye behandlingsmetoder.

Træk biomekaniske egenskaber er de primære kvantitative resultater, der definerer senen funktion. Derfor, laboratorie karakterisering af tendinopati og behandling effektivitet skal omfatte en streng afprøvning af sene trækkende egenskaber. Talrige undersøgelser har beskrevet metoder til at bestemme de biomekaniske egenskaber af sener fra dyremodeller såsom rotter, får, hunde, og kaniner10,11,12. Men, få undersøgelser har testet biomekaniske egenskaber af murine sener, primært på grund af vanskelighederne med at gribe de små væv til trækprøvning. Som murine modeller har talrige fordele for mekanisk studere tendinopati, herunder genetisk manipulation, omfattende reagens muligheder, og lave omkostninger, udvikling af nøjagtige og effektive metoder til biomekatisk test murine væv er nødvendig.

For korrekt at teste de mekaniske egenskaber af sener, skal vævet være grebet effektivt, uden glider eller artifaktuel rive på grebet interface eller frakturering af vækstpladen. I mange tilfælde, især for korte sener, er knoglen grebet i den ene ende og senen er grebet på den anden ende. Knogler er typisk sikret ved at indlejre dem i materialer som epoxyharpiks13 og polymethylmethacrylat14,15. Sener er ofte placeret mellem to lag af sandpapir, limet med cyanoacrylat, og sikret ved hjælp af kompressions klemmer (hvis tværsnit er fladt) eller i et frosset medium (hvis tværsnit er stor)15,16,17 . Disse metoder er blevet anvendt til biomekatisk test murine sener, men udfordringer opstår på grund af den lille størrelse af prøverne og overholdelse af vækstpladen, som aldrig ossificerer18. For eksempel, diameteren af murine humerus hovedet er kun et par millimeter, hvilket gør gribende af knoglen vanskeligt. Specifikt, trækprøvning af murine supraspinatus sene-til-knogle prøver ofte resulterer i fiasko på vækstpladen snarere end i senen eller på senen afhandling. På samme måde er Biomekanisk testning af achillessene udfordrende. Selvom achillessene er større end andre murine sener, er calcaneus lille, hvilket gør gribende af denne knogle vanskelig. Knoglen kan fjernes, efterfulgt af at gribe de to sene ender; Dette udelukker dog afprøvning af den sene-til-Bone fastgørelse. Andre grupper rapporterer gribe den calcaneus knogle ved hjælp af specialfremstillede inventar19,20, forankring af klemmer21, fastsættelse i selvhærdende plastik cement22 eller ved hjælp af en konisk form slot22, men disse tidligere metoder forbliver begrænset af lav reproducerbarhed, høj gribende fejlprocenter, og kedelig forberedelse krav.

Formålet med den nuværende undersøgelse var at udvikle en præcis og effektiv metode til træk Biomekanisk testning af murine sener, med fokus på supraspinatus og Achilles sener som eksempler. Ved hjælp af en kombination af 3D rekonstruktioner fra indfødte knogle anatomi, solid modellering, og additiv produktion, en ny metode blev udviklet til at gribe knoglerne. Disse armaturer effektivt sikrede knoglerne, forhindrede vækst plade fiasko, nedsat præparat forberedelsestid, og øget testning reproducerbarhed. Den nye metode er let at tilpasse til at teste andre murine sener samt sener i rotter og andre dyr.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dyreforsøg blev godkendt af Columbia University institutionel dyrepleje og brug udvalg. Mus, der anvendes i denne undersøgelse var af en C57BL/6J baggrund og blev købt fra Jackson Laboratory (bar Harbor, ME, USA). De blev anbragt i patogenfri barriere betingelser og blev leveret mad og vand ad libitum.

1. udvikling af Custom-Fit 3D trykt inventar til gribende knogle

  1. Knogle billede erhvervelse og 3D knogle model konstruktion
    1. Dissekere knoglen af interesse i forberedelsen til 3D-model skabelse og 3D Bone Grip Printing; humerus og calcaneus bruges som eksempler i den nuværende protokol.
      Bemærk: detaljerede anvisninger til at dissekere knoglesene i musklen til mekanisk testning findes i trin 2.1.1. Følgende trin skal følges for at isolere knogler med henblik på at skabe 3D-trykte knogle håndtag.
      1. Dissektion af humerus: euthanize en mus pr IACUC-godkendt procedure. Fjern øvre ekstremitet hud, fjerne alle muskler over humerus, disartikulere albue og glenohumeral leddene, og forsigtigt fjerne alle bindevæv knyttet til humerus.
      2. Dissektion af calcaneus: euthanize en mus pr IACUC-godkendt procedure. Fjern nedre ekstremitet hud, disartikulere Achilles Tendon-calcaneus joint og leddene mellem calcaneus og andre ben knogler, og forsigtigt fjerne alle bindevæv knyttet til calcaneus.
    2. Udfør en mikroberegnet tomografi scanning af hele knoglen, fx scanne humerus og calcaneus prøver.
      Bemærk: afhængigt af den anvendte scanner vil indstillingerne være forskellige. For den scanner, der anvendes i det aktuelle studie (tabel over materialer), er de anbefalede indstillinger: Scan ved en energi på 55 KVP, al 0,25 filter, med en opløsning på 6 μm.
      1. Bland agopstået pulver i ultrarent vand og mikroovn til 1-3 min indtil agopat er helt opløst. Det er nyttigt at mikrobølge til 30-45 s, stop og Swirl, og derefter fortsætte mod en koge. Fyld kryorørene op til tre fjerdedele fyldt med agopstået. Lad agopstod køligt i ca. 5-10 min.
      2. Indsæt knogle i agrose gel (dette vil forhindre bevægelse artefakter under scanningen). Indsæt et kryotube med knogle i scanneren.
        Bemærk: for den scanner, der anvendes i det aktuelle studie, blev der anvendt en automatisk prøve skifter med 16 positioner til alle scanninger. Denne scanner kan automatisk vælge forstørrelse i henhold til en prøvens størrelse og form.
    3. Rekonstruere mikroberegnede tomografi Scan projektion billeder i tværsnit billeder. Brug anbefalede parametre for experimenter-kombinationen af scanner og software.
      Bemærk: for det program, der anvendes i den aktuelle undersøgelse (tabel over materialer) anbefales det at bruge følgende rekonstruktion parametre: udjævning: 0-2, stråle hærdning korrektion: 45, ring artefakt reduktion: 4-9 og at rekonstruere skiver i 16-bit TIFF Format.
    4. Opret en 3D-model, og Gem i et standard STL-format, der er kompatibelt med de fleste 3D-printere og Rapid prototyping. For det program, der anvendes i den aktuelle undersøgelse (tabel over materialer), skal du gøre følgende:
      1. Vælg den kommandofil , > åben for at åbne fildatasætfilen. Åbn dialog filen > Indstillinger , og vælg fanen Avanceret .
      2. Brug algoritmen adaptive rendering til at konstruere 3D-modellerne. Denne algoritme minimerer antallet af facet trekanter og giver jævnere overflade detaljer. Brug 10 som lokalitet parameter; Denne parameter definerer afstanden i pixel til det tilstødende punkt, der bruges til at finde objektkanten. Minimer tolerance til 0,1 for at formindske filstørrelsen.
        Bemærk: når du har åbnet datasættet, vises billederne på siden "RAW-billeder".
      3. Hvis du vil angive mængden af interesse (VOI), skal du manuelt vælge to billeder, der skal angives som øverst og nederst i det valgte VOI-område.
      4. Flytte til den anden side, interesseområde. Manuelt vælge interesseområdet på et enkelt kryds sektions billede.
        Bemærk: det valgte område vil blive fremhævet med rødt (dvs. det humerus tværsnitsareal).
      5. Gentag det foregående trin hver 10 – 15 tværsnit billeder.
      6. Flytte til den tredje side binære markering. Klik på fra datasæti menuen histogram. Histogram fordelingen af lysstyrke fra alle billeder af datasættet vil blive vist. Også i histogram menuen, klik på Opret en 3D-model fil menuen.
    5. Gem en 3D-model af knoglen i STL-filformat.
    6. Forfine masken: manipulere Mesh til at reducere størrelsen af STL-fil og gøre det kompatibelt med enhver solid modellering Computer Aided designprogram. For det program, der anvendes i den aktuelle undersøgelse (tabel over materialer), skal du følge nedenstående trin:
      1. Importer mesh, og vælg alle, du vil redigere. Vælg Reducer fra Værktøjset Edit. Vælg derefter trekants budget fra værktøjset Reducer målet. Reducer Tri Count og Accepter ændringer. Gem den nyligt reducerede fil i STL-format igen ved at vælge Eksporter som...
  2. Design af Custom-Fit knogle inventar
    1. Supraspinatus Tendon-humeral knogle
      1. Brug en solid modellering Computer-Aided designprogram til at skabe en tilpasset pasform model af humerus gribe armatur (figur 1, supplerende filer).
        Bemærk: det program, der anvendes i den aktuelle undersøgelse er opført i tabellen over materialer.
      2. Åbn STL format fil af humerus Bone i en solid modellering program og gemme som en del fil.
        Bemærk: for den software, der bruges i det aktuelle studie (tabel over materialer), blev 3D-knogle objektet gemt i SLDPRT-format.
      3. Åbn del-filen og manuelt oprette tre anatomisk relevante fly (dvs., sagittal, koronal, tværgående).
        1. Manuelt definere sagittale flyet til at skære gennem supraspinatus senen vedhæftet fil på større tuberosity. Sørg for, at 3D-blokken indeholder sagittalplanet som et symmetriplan. For at opnå dette skal du tilføje eller klippemateriale fra blokken, hvis det er nødvendigt.
          Bemærk: denne symmetriplan sikrer, at når prøven er indsat i inventar senen og sener fastgørelse er placeret i den centrale akse af armaturet.
      4. Mål dimensioner af knoglen langs hvert af de tre planer (dvs., højde, bredde, længde).
      5. Mål dimensionerne af de mekaniske test greb, hvor 3D trykt armatur vil blive vedhæftet.
      6. Begynd med at designe en solid blok del (f. eks. en solid cylinder).
        1. Sørg for, at hver dimension af blokken er mindst 5 mm større end dimensionerne af humerus.
        2. Højde for designbegrænsninger fra mekaniske test greb (dvs. sikre, at 3D trykt armatur kan samles og demonteres frit i de mekaniske test greb).
      7. Opret en montage model med to komponenter: den massive blok og enten højre eller venstre humerus knogle. Definer retningen af knoglen i blokken (dvs. vinklen mellem senen og knoglen). Sørg for, at hele knogle volumenet passer ind i blokken.
      8. Opret et hulrum i blokken ved hjælp af humerus Bone som skimmelsvamp. Hvis du bruger den software, der er angivet i tabellen over materialer, skal du følge nedenstående trin:
        1. Indsæt konstruktionsdelen (humerus) og skimmel bunden (cylinder blokken) i en midlertidig samling. Vælg blokken i montage vinduet, og klik på Rediger komponent på montage værktøjslinjen.
        2. Klik på indsæt > funktioner > hulrum. Vælg ensartet skalering , og Indtast 0% som den værdi, du vil skalere i alle retninger.
      9. Undertrykke knogle delen og gemme assemblyen som en del.
      10. Åben del (cylinder med hulrum). Skær delen langs sagittale planet for at skabe to symmetriske komponenter, der passer til knoglen anteriorly og bagtil (f. eks. to halve cylindre, som det ses i figur 1).
        Bemærk: to komponenter er designet, der passer til knoglen anteriorly og posteriorly. Den forreste komponent omfatter en halvkugle formet hulrum forlænget fra den forreste side af det humerus hoved op til supraspinatus sene fastgørelse. Den bageste komponent hulrum er formet som den bageste del af humerus (dvs. posterior side af det humerus hoved, deltoide tuberosity, og mediale og laterale epicondyle).
      11. Gem hver komponent som en separat fildel.
      12. For den forreste komponent, Sørg for, at det humerus hoved er indlejret i hulrummet af delen ved at definere passende tolerancer.
        Bemærk: i den nuværende undersøgelse, ved hjælp af den software, der er angivet i tabellen over materialer, foreslås det at følge nedenstående trin:
        1. Lav et drejet snit for at udjævne hulrummets maske geometri. Lav en skitse til snittet ved at emulere hulrums geometrien og tilføje en lokaliseringsfremmende clearance.
          Bemærk: clearance giver mulighed for fri montage og demontering mellem knoglen og den forreste komponent.
      13. Ændre den bageste komponent til at efterligne hulrummet geometri til at skabe et snit, der tilføjer clearance, som beskrevet ovenfor for den forreste komponent.
      14. Lav et snit i det tværgående plan begyndende fra toppen af den bageste komponent op til toppen af den større/mindre tuberkel.
        Bemærk: som det ses i figur 1 og figur 2, indeholder den bageste komponent et snit, der skaber en åbning ved senen-tilbehøret.
      15. Opret en tætsiddende pasform mellem de to komponenter for at give mulighed for fri montage og demontering.
        Bemærk: der blev skabt en hul-aksel pasform med en løs løbe afstand for armaturerne i den aktuelle undersøgelse.
      16. Opret 3D spejl modeller for hver komponent af armaturet for den modsatte ekstremitet (dvs., venstre eller højre).
      17. Tilføj en etch på bunden af inventar til at skelne mellem venstre og højre side.
      18. Gem alle Armaturdele i STL standardfilformat som forberedelse til 3D-udskrivning.
    2. Achilles Tendon-calcaneus knogle
      1. Følg de samme trin som beskrevet ovenfor for supraspinatus-humeral hoved armatur.
        Bemærk: kun ét sæt inventar er nødvendigt for Achilles-calcaneal, da anatomi af venstre og højre calcaneus knogler er næsten symmetrisk.

2. Biomekanisk testning af murine sener

  1. Klargøring af præparatet og måling af tværsnitsareal
    1. Dissekere musklen-Tendon-Bone af interesse i forberedelse til træk mekanisk prøvning. I den nuværende undersøgelse, supraspinatus muskel-sene-humerus knogle prøver (N = 10, 5 mandlige, 5 kvindelige) og gastrocnemius muskel-achilles sene-calcaneus knogle prøver (N = 12, 6 mand, 6 kvindelige) blev isoleret fra 8 uger gamle C57BL/6J mus.
      1. Dissektion af supraspinatus muskel-senen-humerus knogle prøve
        1. Euthanize en mus pr IACUC-godkendt procedure. Placer musen i en udsat position. Lav et snit i huden fra over albuen af brystben mod skulderen.
        2. Fjern forsigtigt huden med stump dissektion, så muskulaturen af skulderen er synlig. Fjern vævet omkring humerus, indtil knoglen er eksponeret og kan holdes sikkert med tang.
        3. Hold humerus med tang og fjern forsigtigt deltoideerne og trapezius musklerne for at udsætte coracoacromial Arch. Identificer akromioclavicular leddet, og Adskil forsigtigt kravebenet fra akromion med et skalpel blad.
        4. Pas på ikke at beskadige supraspinatus sene og dens knogle fastgøring, Fjern musklen fra dens skulderblads fastgørelse ved hjælp af en skalpel klinge. Pas på ikke at beskadige supraspinatus senen og dens knoglen fastgørelse, løsrive det humerus hoved fra Glenoid; ved hjælp af en skalpel klinge, lacerate den fælles kapsel og infraspinatus, subscapularis, og teres mindre sener.
        5. Disartikulere albueleddet for at adskille humerus fra ulna og radius. Isoler humerus-supraspinatus senen-muskel prøven og rengør overskydende blødt væv på humerus og humerus hoved.
      2. Dissektion af Achilles senen-calcaneus knogle prøve
        1. Euthanize en mus pr IACUC-godkendt procedure. Placer musen i en udsat position. Pas på ikke at beskadige akillessene og dens knogle fastgøring, Fjern huden med stump dissektion, så muskulaturen omkring anklen og knæleddene er eksponeret.
        2. Ved hjælp af en skalpel klinge, startende ved achilles senen-calcaneus vedhæftet fil, forsigtigt løsne gastrocnemius musklen fra sine proksimale vedhæftede filer.
        3. Forsigtigt disartikulere calcaneus fra de forskellige tilstødende knogler. Isoler achilles senen-calcaneus-prøven og rengør overskydende bløde væv.
    2. Bestem tværsnitsarealet af senen ved hjælp af mikroberegnet tomografi.
      Bemærk: for den scanner, der anvendes i det aktuelle studie (tabel over materialer), er de anbefalede indstillinger: Scan ved en energi på 55 KVP, al 0,25 filter, med en opløsning på 5 μm.
      1. Bland agopstået pulver i ultrarent vand og mikroovn til 1-3 min indtil agopat er helt opløst. Det er nyttigt at mikrobølge til 30-45 s, stop og Swirl, og derefter fortsætte mod en koge. Fyld kryorørene op til tre fjerdedele fyldt med agopstået. Lad agopstod køligt i ca. 5-10 min.
      2. Prøven suspenderes i kryorøret ved at indsætte knoglen på hovedet.
        Bemærk: kun knoglen skal være i agrose gel. Senen og musklen skal suspenderes udenfor.
    3. Efter scanningen, forsigtigt fjerne muskler fra sener ved hjælp af skalpelblade. Indsæt prøven i 3D-printet armatur.
      Bemærk: grebene er genanvendelige for hver test. Brug ikke lim eller epoxy i armaturet; knoglen holdes i en presse pasform.
    4. Indsæt og lim senen mellem et foldet tyndt vævs papir (2 cm x 1 cm) og klem konstruktionen ved hjælp af tynde film håndtag. Fastgør 3D-printet armatur med prøven i prøve grebene.
    5. Stikprøven og grebene ind i et udvandingbad af fosfatbuffer saltvand (PBS) ved 37 °C (dvs. muse kropstemperatur23).
  2. Trækprøvning
    1. Udfør træk mekanisk prøvning på en materiale test ramme.
      Bemærk: for den test ramme, der anvendes i den aktuelle undersøgelse (tabel over materialer), er den anbefalede protokol:
      1. Definer måleren længde som afstanden fra senen fastgørelse til det øvre greb.
      2. Forudsætning med 5 cyklusser mellem 0,05 N og 0,2 N.
      3. Hold nede i 120 s.
      4. Brug en spænding til fiasko på 0,2%/s.
    2. Indsamle data om belastnings deformation.
    3. Beregn stammen som forskydning i forhold til den oprindelige måler længde af senen.
    4. Beregn stress som kraften divideret med den oprindelige sene tværsnitsareal (målt fra microCT).
    5. Hvis du er interesseret i viskoelastisk opførsel, udføre en stress afslapning før spændings testen til fiasko og bruge data til at beregne parametre som A, B, C, tau1, og tau2 fra den quasilinear viskoelastisk model24.
    6. Fra belastnings deformation kurve, beregne stivhed (hældning af lineær del af kurven), den maksimale kraft, og arbejdet med at give (området under kurven op til udbytte kraft).
      1. Identificer den lineære del ved at vælge et vindue med punkter i belastnings deformations kurven, der maksimerer R2 -værdien for en lineær mindste kvadraters regression25.
      2. Bestem stivheden som hældningen af den lineære del af belastnings forskydnings kurven25,26.
    7. Fra stress stamme kurven, beregne modulus (hældning af lineær del af kurven), styrken (maksimal stress), og modstandsdygtigheden (område under kurven op til at give stress).
      Bemærk: ved hjælp af RANSAC-algoritmen defineres udbytte belastningen (x-værdi) som det første punkt, når y-fit har afregnet mere end 0,5% af den forventede stress værdi (y-værdi). Afkast stress er den tilsvarende y-værdi af udbytte stammen.
      Bemærk: ud over den monotoniske træk ladning til fiasko, der er beskrevet i den aktuelle undersøgelse, kan cyklisk belastning give vigtige oplysninger om senen træthed og/eller viskoelastiske egenskaber. For eksempel, Freedman et al. rapporterede træthed egenskaber af murine Achilles sener27.
    8. Efter afslutning af trækprøvning, udføre en mikrocomputer tomografi scanning af hele knoglen, f. eks, scanne humerus og calcaneus prøver.
      Bemærk: for den scanner, der anvendes i det aktuelle studie (tabel over materialer), er de anbefalede indstillinger: Scan ved en energi på 55 KVP, al 0,25 filter, med en opløsning på 6 μm.
      1. Gentag trin 1.1.2.1 – 1.1.2.2.
    9. Gentag trin 1.1.3.
    10. Brug et 3D-visualiserings program, der er kompatibelt med scanneren, til at oprette en 3D-model af det scannede objekt, der gengives med volumen.
      Bemærk: det program, der anvendes i den aktuelle undersøgelse er opført i tabellen over materialer.
    11. Bestem området fejltilstand og fejl på webstedet ved at inspicere 3D-objektet.
  3. Statistisk analyse: Vis alle prøveresultater som middel ± standardafvigelse (SD). Foretag sammenligninger mellem grupper ved hjælp af elevens t-tests (to-sidet og ikke-parret). Angiv betydning som p < 0,05.
    Bemærk: den statistiske software, der anvendes i den aktuelle undersøgelse, er opført i tabellen over materialer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

3D-trykte inventar blev brugt til at teste 8-ugers gamle murine supraspinatus og Achilles sener. Alle mekanisk testede prøver mislykkedes ved enthesis, som karakteriseret ved microCT scanninger, visuel inspektion, og video analyse efter trækprøvning. En en-til-en sammenligning af de tidligere og nuværende metoder til supraspinatus sene test i vores laboratorium er vist i figur 3. I den tidligere metode28,29,30, var humerus knoglen indlejret i epoxy og en papirclips blev placeret over det humerus hoved i et forsøg på at forhindre vækst plade fraktur. 4-6 timer var nødvendige for at gøre det muligt for epoxy til fuldt ud at helbrede (figur 3), så kun 6-8 prøver at blive testet på en typisk dag. En yderligere begrænsning af tilgangen var den brugerafhængige effektivitet af papirclips placeringen for at forhindre vækst plade fraktur. Testresultaterne ved hjælp af disse tidligere metoder var meget varierende, med Variationskoefficienter på rækkefølgen på 30% for de fleste parametre og vækst plade fejlrater på ca. 10% – 20%. Som opsummeret i figur 3blev præparat tilberedningstid ved hjælp af de nye metoder reduceret til 5-10 minutter, hvilket gør det praktisk at teste 16 – 20 prøver pr. dag. Desuden blev vækst plade fiaskoer elimineret.

Sammenlignet med metoder rapporteret af andre til afprøvning af murine sener14,15,17,25,28,29,30,31 ,32,33, de nye metoder var mere effektive og reproducerbare. Ved supraspinatus-sener har strukturelle egenskaber såsom maksimal belastning (3,8 ± 0,6 N) og stivhed (12,7 ± 1,8 N/mm) samt normaliserede materialeegenskaber såsom maksimal stress (8,7 ± 3,0 MPa) og modulus (51,7 ± 13,5 MPa) betydeligt lavere koefficienter for variationer i forhold til resultaterne fra litteraturen (tabel 1). For achillessene havde mekaniske egenskaber såsom maksimal belastning (7,8 ± 1,1 n) og stivhed (13,2 ± 1,9 n/mm) lavere Variationskoefficienter sammenlignet med resultaterne fra litteraturen19,21,22 ,32,33,34,35,36,37,38, hvorimod det maksimale stress (24,2 ± 5,4 MPA) og modulus (73,2 ± 22,1 MPa) havde Variationskoefficienter svarende til dem, der er indberettet i litteraturen (tabel 2).

Animal sex havde en signifikant virkning på de mekaniske egenskaber af supraspinatus og Achilles sener (figur 4). Ved sammenligning af mandlige og kvindelige supraspinatus sener, var der betydelige stigninger i maksimal kraft (p = 0,002) og arbejde for at give (p = 0,008). Der var tendenser mellem de to grupper for stivhed (p = 0,057), stress (p = 0,068), modulus (p = 0,061) og modstandsdygtighed (p = 0,078). Ved sammenligning af mandlige og kvindelige Akillessener, var der betydelige stigninger i maksimal stress (p = 0,0006) og modstandsdygtighed (p = 0,0019). Der var tendenser mellem de to grupper for arbejde til at give udbytte (p = 0,079), og modulus (p = 0,074) og ingen forskel for maksimal kraft (p = 0,1880) og stivhed (p = 0,6759).

Figure 1
Figur 1: repræsentative 3D-modeller af inventar til humerus (øverste række) og calcaneus (nederste række). (A) 3D-modeller af knoglerne. B) afmonterede modeller af inventar. C) monterede modeller af inventar. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: repræsentative 3D trykte inventar. (A) armatur til Biomekanisk testning af supraspinatus-sener på 8-ugers gamle mus i en vinkel på 180 ° mellem humerus-og supraspinatus-senen. (B) armatur til Biomekanisk testning af supraspinatus-sener på 8-ugers gamle mus i en vinkel på 135 ° mellem humerus-og supraspinatus-senen. (C) armatur til Biomekanisk testning af murine Akillessener i en vinkel på 120 ° mellem calcaneus og achillessene. D) armatur til Biomekanisk testning af supraspinatus sener af voksne Sprague dawley rotter i en vinkel på 180 ° mellem humerus og supraspinatus sene. Skala bjælke: 5 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: sammenligning af tidligere og nuværende metoder til mekanisk afprøvning af murine supraspinatus sener. (A) tidligere præparat metoder anvendt i vores laboratorium før mekanisk testning: humerus blev podet i epoxy op til det humerus hoved for at stabilisere knoglen, en papirclips blev placeret over det humerus hoved for at forhindre vækst plade fraktur, og for epoxy at helbrede, blev prøverne efterladt i stuetemperatur i 4-6 timer før mekanisk testning. B) præparat metoder, der anvendes i den aktuelle undersøgelse (trin 1,2 og 2.1.4): øverst til venstre viser en 3D-repræsentation af inventar som produceres af en solid modellering program. 3D trykt inventar er genanvendelige og let samles og demonteres. Knogle enden af prøven er indsat i inventar, sikring af vækstpladen og udsætter senen for gribende og afprøvning. Senen enden er limet mellem et foldet tyndt vævs papir og indsat i grebene. Tilberedningstid for hver prøve er 10 – 15 minutter. (C) repræsentative belastnings deformation kurver for trækprøvning af supraspinatus sene ved hjælp af nuværende metoder. D) repræsentativ belastnings deformation for trækprøvning af supraspinatus-senen, der viser en fejl i vækstpladen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: køn effekt på de mekaniske egenskaber af supraspinatus (SST) og Achilles (ACHT) sener. Der var en signifikant effekt af sex på mange af de mekaniske egenskaber baseret på uparrede t-tests (* sexeffekt, p < 0,05). Data vist som middel ± standardafvigelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: måling af tværsnitsareal fra Mikroct. A) mindste tværsnitsareal måling langs supraspinatus senens længde. (B) mindste tværsnitsareal måling langs længden af achillessene. Kun senen korrekt bør vælges til måling. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Strukturelle egenskaber Materielle egenskaber
Dyr Max Force (N) Stivhed (N/mm) Max stress (MPA) Modulus (MPa)
Forfatter N Baggrund Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%)
Beason et al. tidsskrift for skulder-og albue kirurgi (2013)15 10 C57Bl/6 0.93 ± 0,34 36,56 95.1 ± 39.8 † 41,85 3.40 ± 1.56 45,88 312.8 ± 127.0 40,60
Bell et al. Journal af ortopædisk forskning (2014)31 6 C57Bl/6 1,22 ± 0,52 42,62 2,37 ± 1,6 67,51 NR NR
Cong et al. Journal af ortopædisk forskning (2018)17 8 C57Bl/6 5,38 ± 2,404 # 44,68 4,25 ± 1,67 # 39,29 NR NR
Connizzo et al. Annals of Biomedical Engineering (2014)32 10 NR (dB/+) NR 84,44 ± 27,23 * † 32,25 NR 476 ± 186,27 * 39,13
Connizzo et al. Journal of Biomedical Engineering (2013)14 NR C57/BL6 NR NR NR 297 ± 148,90 * 50,13
Deymier et al. ACTA Biomaterialia (2019)28 12 CD-1 IGS-mus (WT) 5,0 ± 0,7 14 9,2 ± 2,9 31,52 33 ± 35 106,06 NR
EEKHOFF et al. Journal of Biomedical Engineering (2017)33 13 ELN +/+ NR 8,50 ± 2,95 34,71 5,96 ± 3,23 54,19 101,2 ± 50,8 50,20
Killian et al. FASEB Journal (2016)29 8 C57BL/6 NR NR 7,79 ± 2,61 * 33,50 58,32 ± 31,73 * 54,41
Schwartz et al. Bone (2014)25 20 CD-1 IGS-mus (WT) 4,11 ± 0,79 * 19,22 8,58 ± 3,78 * 44,06 12,29 ± 5,95 * 48,41 133,80 ± 59,41 * 44,40
Schwartz et al. udvikling (2015)30 12 (Rosa-DTA (DTA) x Gli1-CreERT2) ScxCre; Smofl/fl (WT) 4,16 ± 0,29 * 6,97 11,04 ± 1,98 * 17,93 26,24 ± 5,81 22,14 121,89 ± 44,18 36,25
Gennemsnitlig COV 27,34 Gennemsnitlig COV 38,64 Gennemsnitlig COV 51,70 Gennemsnitlig COV 45,02
Ny metode 10 C57BL/6J 3,79 ± 0,62 16,41 12,73 ± 1,81 14,20 8,71 ± 3,04 34,91 51,67 ± 13,54 26,20

Tabel 1: mekaniske egenskaber af supraspinatus sener. Gennemsnitlig ± SD og variationskoefficient (COV) for strukturelle og materielle egenskaber estimeret ved anvendelse af nye metoder sammenlignet med dem, som er indberettet i litteraturen. [NR: ikke rapporteret, * anslået fra figur (r), # standardafvigelse beregnet ud fra rapporterede standardfejl, † målt deformation ved hjælp af optiske pletter linjer].

Strukturelle egenskaber Materielle egenskaber
Dyr Max Force (N) Stivhed (N/mm) Max stress (MPA) Youngs modulus (MPa)
Forfatter N Baggrund Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%) Gennemsnit ± SD COV (%)
Boivin et al. muskler, ledbånd og sener Journal (2014)19 6 Ikke-diabetisk lean Control mus 8,1 ± 0,6 7,41 3,9 ± 0,7 17,95 NR 16 ± 3,7 23,13
Connizzo et al. Annals of Biomedical Engineering (2014)32 10 DB/+ NR 20,39 ± 2,43 * 11,92 NR 152,94 ± 44,12 * 28,85
EEKHOFF et al. Journal af Biomekanisk ingeniørvidenskab (2017)33 8 ELN +/+ NR 18,86 ± 3,37 17,87 10,55 ± 2,97 28,15 443,8 ± 131,7 29,68
Mikic et al. Journal af ortopædisk forskning (2006)34 20 C57BL/6-J x 129SV/J NR NR 18 ± 5 27,78 61 ± 20 32,79
Probst et al. Journal of undersøgende kirurgi (2000)22 20 BALB/c 8,4 ± 1,1 13,10 6,3 ± 1,2 19,05 NR NR
Shu et al. peer J (2018)21 9 C57BL/6 9,6 ± 3,84 39,96 8,19 ± 3,63 44,32 27,55 ± 10,54 38,26 NR
Sikes et al. tidsskrift for ortopædisk forskning (2018)35 7 C57BL/6 NR NR 19,53 ± 7,03 0,36 62,82 ± 20,20 32,16
Wang et al. Journal af ortopædisk forskning (2006)36 9 A/J 8,4 ± 1,2 14,29 12,2 ± 2,8 22,95 78,2 ± 8,6 11,00 713,9 ± 203,7 28,53
Wang et al. Journal af ortopædisk forskning (2006)36 8 C57BL/6J 10,2 ± 1,4 13,73 13,1 ± 2,5 19,08 97,4 ± 11,4 11,70 765,1 ± 179,6 23,47
Wang et al. Journal af ortopædisk forskning (2006)36 7 C3H/HeJ 12,5 ± 1,7 13,60 14,1 ± 3,2 22,70 97,5 ± 10,9 11,18 708,6 ± 127,8 18,04
Wang et al. Journal af ortopædisk forskning (2011)37 7 C57BL/6 6,6 ± 1,7 25,76 8,2 ± 1,4 17,07 13,4 ± 3,7 27,61 86,8 ± 15,5 17,86
Zhang et al. matrix biologi (2016)38 NR CD-1 og C57BL/6J 6,73 ± 3,74 * 55,57 12,03 ± 3,34 * 27,76 25,4 ± 15,14 * 59,61 632,31 ± 113,79 * 18,00
Gennemsnitlig COV 22,93 Gennemsnitlig COV 22,07 Gennemsnitlig COV 23,96 Gennemsnitlig COV 25,25
Ny metode 12 C57BL/6J 7,8 ± 1,08 13,91 13,19 ± 1,86 14,08 24,16 ± 5,42 22,45 73,17 ± 16,14 22,06

Tabel 2: mekaniske egenskaber af Achilles sener. Gennemsnitlig ± SD og COV for strukturelle og materielle egenskaber estimeret ved anvendelse af nye metoder sammenlignet med dem, som er indberettet i litteraturen. [NR: ikke rapporteret, * anslået fra figur (r), # standardafvigelse beregnet ud fra rapporterede standardfejl].

Supplerende filer. Venligst klik her for at downloade denne fil. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Murine dyremodeller er almindeligt anvendt til at studere sener lidelser, men karakterisering af deres mekaniske egenskaber er udfordrende og ualmindelige i litteraturen. Formålet med denne protokol er at beskrive en tidseffektiv og reproducerbar metode til trækprøvning af murine sener. De nye metoder reducerede den tid, der kræves for at teste en prøve fra timer til minutter og elimineret en stor gribende artefakt, der var et almindeligt problem i tidligere metoder.

Flere trin, der er beskrevet i denne protokol er afgørende for at producere effektive armaturer mekanisk afprøvning murine supraspinatus og Achilles sener. Første, trin 1.1.4 er nødvendigt at skabe en 3D-model af den ønskede knogle; men på grund af den typiske høje opløsning, der bruges til denne scanning, kan filstørrelsen være for stor til brug med solide modelleringsprogrammer. Den software, der anvendes i denne protokol med succes reduceret størrelsen af filen (trin 1.1.6) og bevaret objekt geometri, selv om andre software kan også være effektiv til at opnå dette. For det andet, hver anatomiske site har specifikke design kriterier til at overveje for effektiv gribende. For udformningen af supraspinatus sene armatur, er det afgørende at: (i) Fastgør det humerus hoved for at forhindre vækst plade fiasko (trin 1.2.1.12), (II) definere en clearance pasform, der undgår frakoblinger af humerus knogle fra formen under testning (trin 1.2.1.12.1) og (III) orientere humerus knoglen til at danne en 180 ° vinkel med den lange akse af senen (trin 1.2.1.7). For achilles senen armaturdesign, er det afgørende at: (i) definere en clearance pasform, der griber den lille calcaneus knogle uden at glide ud fra armaturet under afprøvning og (II) orientere calcaneus knogle til at danne en 120 ° vinkel (30 ° plantar flexion) med den lange akse af senen. For det tredje er nøjagtig måling af senen tværsnitsarealet (trin 2.1.2) afgørende for korrekt beregning af ingeniør stress til bestemmelse af materialeegenskaber. For at måle tværsnitsarealet af supraspinatus senen, anbefaler vi mikrocomputer tomografi scanninger af knogle-Tendon-muskel prøven suspenderet i en kryotube med en flad bund, med knoglen holdt på hovedet i røret med agopstået. Kun humerus knoglen skal indsættes i den agerede gel, mens det humerus hoved med sener og muskler påsat skal scannes i luft. Som supraspinatus sene har en spredte geometri som det indsætter i knoglen, den mest konsekvente måde at måle tværsnitsarealet er at bestemme den mindste tværsnitsareal langs længden af senen. En lignende procedure bør følges for at måle tværsnitsarealet af achillessene. For achilles sene, høj opløsning Microcomputer tomografi scanninger afslører to særskilte væv: senen korrekt og den omgivende kappe, som vises som en lysere nuance. For konsekvent at estimere det minimale tværsnitsareal for achillessene bør kun senen være valgt til måling (figur 5). Endelig er grebene genanvendelige, og små variationer fra prøven til prøven påvirker ikke deres effektivitet. Hver knogle skal scannes én gang (f. eks. for den aktuelle undersøgelse, venstre humerus, højre humerus, og calcaneus) og en 3D-model bør oprettes for hver knogle. Desuden er knogle geometrien for dyr af samme alder næsten identisk, og derfor kan det samme armatur anvendes til testning af alle prøver. I dette manuskript blev 3D-trykte armaturer, der var specifikke for 8-ugers gamle mus (skeletalt modne voksne mus), brugt til at teste sener. Det var ikke nødvendigt at skabe separate mandlige og kvindeligt inventar. For andre aldersgrupper (f. eks 4-ugers gamle mus) eller mus med unikke knogle fænotyper, anbefales det, at armaturer, der passer til de særlige geometrier af knoglerne er fremstillet.

Efter design og 3D-trykning af inventar, for at sikre reproducerbarhed og effektivitet af tilgangen, 10 sene prøver fra mus af samme baggrund og alder af den planlagte undersøgelse bør typisk testes (den nøjagtige stikprøvestørrelse kan variere afhængigt af væv og dyremodel). De mekaniske egenskaber for disse sener bør bestemmes for at sikre, at variationskoefficienterne for strukturelle og materielle egenskaber ligger inden for det forventede interval som beskrevet i tabel 1 og tabel 2. Disse pilotforsøg bør også bekræfte, at der ikke forekommer kunstige fejl (f. eks. vækst plade svigt). Flere cyklusser af design, prototyping, og validering kan være nødvendig for at opnå de ønskede resultater for sener andre end supraspinatus og Achilles sener beskrevet i det aktuelle papir.

En række grupper har rapporteret de mekaniske egenskaber af murine sener. Variationskoefficienten i disse undersøgelser er typisk høj, hvilket ofte gør det vanskeligt at samle forskellene mellem sammenligningsgrupperne. Desuden gør metodologiske forskelle i vævs gribende blandt de forskellige undersøgelser det vanskeligt at afgøre, om svigt egenskaber er relevante for sener eller på grund af kunstige greb fejl. For at sammenligne de nye testmetoder med eksisterende metoder blev der udført en litteraturgennemgang, og resultaterne fra 20 undersøgelser blev opsummeret (tabel 1 og tabel 2). I litteraturen, for supraspinatus sene mekaniske test, den gennemsnitlige variationskoefficient for maksimal kraft, stivhed, maksimal stress, og modulus var 27%, 39%, 52%, og 45%, hhv. For akillessene mekaniske test, de gennemsnitlige koefficienter for variation for maksimal kraft, stivhed, maksimal stress, og modulus var 23%, 22%, 24%, og 25%, hhv. I den nuværende undersøgelse resulterede den nye metode til afprøvning af murine sener i en 32%-63% reduktion af supraspinatus sene for variation og 6%-39% reduktion i Akillessenpå Variationskoefficienter.

Der er ingen nuværende standardmetode til at gribe knogler, således er det uklart, i hvilket omfang artifaktuel gribende problemer har påvirket rapporterede mekaniske egenskaber af murine sener. De fleste grupper rapporterer om at gribe humerus knoglen ved at anvende epoxyharpiks13, polymethylmethacrylat (PMMA)14,15eller cyanoacrylat16 og sikre det humerus hoved ved at anvende en anden belægning af PMMA14, Brug af Custom armatur39 og/eller indsættelse af en papirclips25,28,30. Tilsvarende, andre grupper rapporterer gribende af den meget mindre calcaneus knogle ved hjælp af specialfremstillede inventar19,20, forankring af klemmer21, fastsættelse i selvhærdende plastik cement22 eller ved hjælp af en konisk form slot22. Disse metoder er dog fortsat begrænset af lav reproducerbarhed, høje kunstige fejlprocenter og tidskrævende forberedelses krav. De nye metoder præsenteret i denne undersøgelse har elimineret kunstige greb fejl og har tredoblet antallet af prøver, der kan testes på en dag. Desuden er disse metoder ikke begrænset til supraspinatus og Achilles sener, da de let er tilpasset til at teste andre murine sener og sener fra større dyremodeller. For at teste sener fra større dyr, dog, modulus af 3D trykt armatur materiale skal være høj nok, at det ikke er kompatibel i forhold til styrken af senen testes.

Flere undersøgelser har vist kønsbaserede forskelle i sene lidelser indikerer, at kvinder har nedsat funktion efter behandling efter senen skade40,41,42. I den nuværende undersøgelse, køn havde en betydelig effekt på de mekaniske egenskaber af murine sener. Som styret af National Institutes of Health (NIH), anbefaler vi regnskab for sex som en biologisk variabel i forskningen design af dyremodeller, hvor sener mekaniske egenskaber vil blive målt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Undersøgelsen blev støttet af NIH/NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Agarose Fisher Scientific BP160-100 Dissovle 1g in 100 ml ultrapure water to make 1% agarose 
Bruker microCT  Bruker BioSpin Corp Skyscan 1272  Used by authors
ElectroForce  TA Instruments 3200 Testing platform
Ethanol 200 Proof Fisher Scientific A4094 Dilute to 70% and use as suggested in protocol
Fixture to attach grips Custom made Used by authors
Kimwipes Kimberly-Clark  S-8115 As suggested in protocol
MicroCT CT-Analyser (Ctan) Bruker BioSpin Corp Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans 
MilliQ water (Ultrapure water) Millipore Sigma QGARD00R1 (or related purifier) 100 ml 
Meshmixer Autodesk http://www.meshmixer.com/ Free engineering software used by authors to refine mesh
Objet EDEN 260VS  Stratasys LTD Precision Prototyping
Objet Studio Stratasys LTD Used by authors with 3D printer
PBS - Phosphate-Buffered Saline ThermoFisher Scientific 10010031 2.5 L of 10% PBS 
S&T Forceps Fine Science Tools 00108-11 Used by authors
Scalpel Blade - #11 Fine Science Tools 10011-00 Used by authors
Scalpel Handle - #3 Fine Science Tools 10003-12 Used by authors
SkyScan 1272 Bruker BioSpin Corp Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans 
Skyscan CT-Vox Bruker BioSpin Corp Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans 
SkyScan NRecon Bruker BioSpin Corp Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans 
SolidWorks CAD Dassault Systèmes SolidWorks Research Subsription Solid modeling computer-aided design used by authors
SuperGlue Loctite 234790 As suggested in protocol
Testing bath Custom made Used by authors
Thin film grips  Custom made Used by authors
VeroWhitePlus Stratasys LTD NA 3D printing material used by authors
WinTest  WinTest Software Used by authors to collect data

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Girish, N., Ramachandra, K., Arun, G. M., Asha, K. Prevalence of Musculoskeletal Disorders Among Cashew Factory Workers. Archives of Environmental & Occupational Health. 67, 37-42 (2012).
  2. Thomopoulos, S., Parks, W. C., Rifkin, D. B., Derwin, K. A. Mechanisms of tendon injury and repair. Journal of Orthopaedic Research. 33, 832-839 (2016).
  3. Scott, A., Ashe, M. C. Common Tendinopathies in the Upper and Lower Extremities. Current Sports Medicine Reports. 5, 233-241 (2006).
  4. Praemer, A., Furner, S., Rice, D. P. Musculoskeletal Conditions in the United States. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , (1992).
  5. Nourissat, G., Berenbaum, F., Duprez, D. Tendon injury: From biology to tendon repair. Nature Reviews Rheumatology. 11, 223-233 (2015).
  6. Galatz, L. M., Ball, C. M., Teefey, S. A., Middleton, W. D., Yamaguchi, K. The outcome and repair integrity of completely arthroscopically repaired large and massive rotator cuff tears. The Journal of Bone and Joint Surgery. 86, 219-224 (2004).
  7. Sher, J. S., Uribe, J. W., Posada, A., Murphy, B. J., Zlatkin, M. B. Abnormal findings on magnetic resonance images of asymptomatic shoulders. The Journal of Bone and Joint Surgery. 77, 10-15 (1995).
  8. Ker, R. F., Wang, X. T., Pike, A. V. Fatigue quality of mammalian tendons. The Journal of Experimental Biology. 203, 1317-1327 (2000).
  9. Wilson, J. J., Best, T. M. Common overuse tendon problems: A review and recommendations for treatment. American Family Physician. 72, 811-818 (2005).
  10. Fleischer, J., et al. Biomechanical strength and failure mechanism of different tubercula refixation methods within the framework of an arthroplasty for shoulder fracture. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 103, 165-169 (2017).
  11. West, J. R., Juncosa, N., Galloway, M. T., Boivin, G. P., Butler, D. L. Characterization of in vivo Achilles tendon forces in rabbits during treadmill locomotion at varying speeds and inclinations. Journal of Biomechanics. 37, 1647-1653 (2004).
  12. Cavinatto, L., et al. Early versus late repair of rotator cuff tears in rats. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 27, 606-613 (2018).
  13. Potter, R., Havlioglu, N., Thomopoulos, S. The developing shoulder has a limited capacity to recover after a short duration of neonatal paralysis. Journal of Biomechanics. 47, 2314-2320 (2014).
  14. Connizzo, B. K., Sarver, J. J., Iozzo, R. V., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Effect of Age and Proteoglycan Deficiency on Collagen Fiber Re-Alignment and Mechanical Properties in Mouse Supraspinatus Tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 135, 021019 (2013).
  15. Beason, D. P., et al. Hypercholesterolemia increases supraspinatus tendon stiffness and elastic modulus across multiple species. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, 681-686 (2013).
  16. Miller, K. S., Connizzo, B. K., Soslowsky, L. J. Collagen fiber re-alignment in a neonatal developmental mouse supraspinatus tendon model. Annals of Biomedical Engineering. 40, 1102-1110 (2012).
  17. Cong, G. T., et al. Evaluating the role of subacromial impingement in rotator cuff tendinopathy: Development and analysis of a novel murine model. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2780-2788 (2018).
  18. Thomopoulos, S., Birman, V., Genin, G. M. Structural Interfaces and Attachments in Biology. Infection and Immunity. 35, Springer. (2013).
  19. Boivin, G. P., et al. Biomechanical properties and histology of db/db diabetic mouse Achilles tendon. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 4, 280-284 (2014).
  20. Ansorge, H. L., Adams, S., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Mechanical, Compositional, and Structural Properties of the Post-natal Mouse Achilles Tendon. Annals of Biomedical Engineering. 39, 1904-1913 (2011).
  21. Shu, C. C., Smith, M. M., Appleyard, R. C., Little, C. B., Melrose, J. Achilles and tail tendons of perlecan exon 3 null heparan sulphate deficient mice display surprising improvement in tendon tensile properties and altered collagen fibril organisation compared to C57BL/6 wild type mice. PeerJ. 6, 5120 (2018).
  22. Probst, A., et al. A new clamping technique for biomechanical testing of tendons in small animals. Journal of Investigative Surgery. 13, 313-318 (2000).
  23. Talan, M. Body temperature of C57BL/6J mice with age. Experimental Gerontology. 19, 25-29 (1984).
  24. Newton, M. D., et al. The influence of testing angle on the biomechanical properties of the rat supraspinatus tendon. Journal of Biomechanics. 49, 4159-4163 (2016).
  25. Schwartz, A. G., Lipner, J. H., Pasteris, J. D., Genin, G. M., Thomopoulos, S. Muscle loading is necessary for the formation of a functional tendon enthesis. Bone. 55, 44-51 (2014).
  26. Gimbel, J. A., Van Kleunen, J. P., Williams, G. R., Thomopoulos, S., Soslowsky, L. J. Long durations of immobilization in the rat result in enhanced mechanical properties of the healing supraspinatus tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 129, 400-404 (2006).
  27. Freedman, B. R., Sarver, J. J., Buckley, M. R., Voleti, P. B., Soslowsky, L. J. Biomechanical and structural response of healing Achilles tendon to fatigue loading following acute injury. Journal of Biomechanics. 47, 2028-2034 (2014).
  28. Deymier, A. C., et al. The multiscale structural and mechanical effects of mouse supraspinatus muscle unloading on the mature enthesis. Acta Biomaterialia. 83, 302-313 (2019).
  29. Killian, M. L., Thomopoulos, S. Scleraxis is required for the development of a functional tendon enthesis. FASEB Journal. 30, 301-311 (2016).
  30. Schwartz, A. G., Long, F., Thomopoulos, S. Enthesis fibrocartilage cells originate from a population of Hedgehog-responsive cells modulated by the loading environment. Development. 142, 196-206 (2015).
  31. Bell, R., Taub, P., Cagle, P., Flatow, E. L., Andarawis-Puri, N. Development of a mouse model of supraspinatus tendon insertion site healing. Journal of Orthopaedic Research. 33, 25-32 (2014).
  32. Connizzo, B. K., Bhatt, P. R., Liechty, K. W., Soslowsky, L. J. Diabetes Alters Mechanical Properties and Collagen Fiber Re-Alignment in Multiple Mouse Tendons. Annals of Biomedical Engineering. 42, 1880-1888 (2014).
  33. Eekhoff, J. D., et al. Functionally Distinct Tendons From Elastin Haploinsufficient Mice Exhibit Mild Stiffening and Tendon-Specific Structural Alteration. Journal of Biomechanical Engineering. 139, 111003 (2017).
  34. Mikic, B., Bierwert, L., Tsou, D. Achilles tendon characterization in GDF-7 deficient mice. Journal of Orthopaedic Research. 24, 831-841 (2006).
  35. Sikes, K. J., et al. Knockout of hyaluronan synthase 1, but not 3, impairs formation of the retrocalcaneal bursa. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2622-2632 (2018).
  36. Wang, V. M., Banack, T. M., Tsai, C. W., Flatow, E. L., Jepsen, K. J. Variability in tendon and knee joint biomechanics among inbred mouse strains. Journal of Orthopaedic Research. 24, 1200-1207 (2006).
  37. Wang, V. M., et al. Murine tendon function is adversely affected by aggrecan accumulation due to the knockout of ADAMTS5. Journal of Orthopaedic Research. 30, 620-626 (2011).
  38. Zhang, K., et al. Tendon mineralization is progressive and associated with deterioration of tendon biomechanical properties, and requires BMP-Smad signaling in the mouse Achilles tendon injury model. Matrix Biology. 52-54, 315-324 (2016).
  39. Rooney, S. I., et al. Ibuprofen differentially affects supraspinatus muscle and tendon adaptations to exercise in a rat model. American Journal of Sports Medicine. 44, 2237-2245 (2016).
  40. Galasso, O., et al. Quality of Life and Functional Results of Arthroscopic Partial Repair of Irreparable Rotator Cuff Tears. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 33, 261-268 (2017).
  41. Sarver, D. C., et al. Sex differences in tendon structure and function. Journal of Orthopaedic Research. 35, 2117-2126 (2017).
  42. Razmjou, H., et al. Disability and satisfaction after Rotator Cuff decompression or repair: A sex and gender analysis. BMC Musculoskeletal Disorders. 12, 66 (2011).

Tags

Bioteknik 3D-udskrivning additiv fremstilling sener murine sener afhandling biomekanik
Biomekanisk testning af murine sener
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kurtaliaj, I., Golman, M., Abraham,… More

Kurtaliaj, I., Golman, M., Abraham, A. C., Thomopoulos, S. Biomechanical Testing of Murine Tendons. J. Vis. Exp. (152), e60280, doi:10.3791/60280 (2019).

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