Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Murine Tendonunun Biyomekanik Testi

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

Protokol, özel uyumlu 3D baskılı armatürleri kullanarak rürinten tülonlar için etkili ve tekrarlanabilir gerilebilir biyomekanik test yöntemlerini tanımlar.

Abstract

Tendon bozuklukları yaygındır, her yaştan insanları etkiler ve genellikle zayıflatıcıdır. Anti-inflamatuar ilaçlar, rehabilitasyon ve cerrahi onarım gibi standart tedaviler genellikle başarısız olur. Tendon fonksiyonunu tanımlamak ve yeni tedavilerin etkinliğini göstermek için, hayvan modellerinden tendonların mekanik özellikleri doğru bir şekilde belirlenmelidir. Murine hayvan modelleri artık yaygın tendon bozuklukları çalışma ve tendinopatiiçin yeni tedavileri değerlendirmek için kullanılır; ancak fare tendonunun mekanik özelliklerini belirlemek zor olmuştur. Bu çalışmada, supraspinatus tendonu ve aşil tendonu mekanik olarak test etmek için humerus ve calcaneus atomlarına tam olarak uyan 3D baskılı armatürleri içeren tendon mekanik testleri için yeni bir sistem geliştirilmiştir. Bu armatürler yerli kemik anatomisi, katı modelleme ve katkı maddesi imalatı nın 3Boyutlu rekonstrüksiyonları kullanılarak geliştirilmiştir. Yeni yaklaşım, artifactual kavrama hatalarını (örneğin, tendon yerine büyüme plakası arızası) ortadan kaldırmıştır), genel test süresini azaltmıştır ve tekrarlanabilirliği artırmıştır. Ayrıca, bu yeni yöntem kolayca diğer hayvanların diğer murine tendonu ve tendonu test etmek için uyarlanabilir.

Introduction

Tendon bozuklukları yaygın ve son derece yaşlanma arasında yaygındır, atletik, ve aktif popülasyonlar1,2,3. Amerika Birleşik Devletleri'nde, 16.4 000.000 bağ dokusu yaralanmaları her yıl4 rapor ve tüm yaralanma ile ilgili hekim ofis ziyaretlerinin% 30 için hesap3,5,6,7, 8 . En sık etkilenen bölgeler rotator manşet, Aşil tendonu ve patellar tendon9'uiçerir. Anti-inflamatuar ilaçlar, rehabilitasyon ve cerrahi onarım da dahil olmak üzere çeşitli ameliyat dışı ve operatif tedaviler araştırılmış olmasına rağmen, sonuçlar kötü kalır, fonksiyon sınırlı dönüş ve başarısızlık yüksek oranlarıile 5, 6 . Bu kötü klinik sonuçlar, tendinopatiyi anlamaya ve yeni tedavi yaklaşımları geliştirmeye yönelik temel ve çevirisel çalışmaları motive edilmiştir.

Çekme biyomekanik özellikleri tendon fonksiyonunu tanımlayan birincil kantitatif sonuçlardır. Bu nedenle, tendinopati ve tedavi etkinliğinin laboratuvar karakterizasyonu tendon çekme özelliklerinin titiz bir test içermelidir. Çok sayıda çalışma sıçan, koyun, köpek ve tavşan10,11,12gibi hayvan modellerinden tendonları biyomekanik özelliklerini belirlemek için yöntemler tarif var. Ancak, birkaç çalışma, öncelikle çekme testi için küçük dokuların kavrama zorlukları nedeniyle, murine tendonun biyomekanik özelliklerini test ettik. Murine modelleri, genetik manipülasyon, kapsamlı reaktif seçenekleri ve düşük maliyetli, biyomekanik test murine dokuları için doğru ve verimli yöntemlerin geliştirilmesi de dahil olmak üzere, tendinopati çalışma için mekanistik çalışma için çok sayıda avantajı vardır.

Tendonların mekanik özelliklerini doğru bir şekilde test edebilmek için, doku kavrama arabiriminde kayma veya eklemyırtı veya büyüme plakasının kırılması olmadan etkili bir şekilde kavranmalıdır. Birçok durumda, özellikle kısa tendonların için, kemik bir ucunda kavradı ve tendon diğer ucunda kavradı. Kemikler genellikle epoksi reçine13 ve polimetilmetakrilat14,15gibi malzemelere yerleştirilerek sabitlenir. Tendonlar genellikle iki kat zımpara kağıdı arasına yerleştirilir, siyanoakrilat ile yapıştırılır ve sıkıştırma kelepçeleri kullanılarak (kesit düzse) veya donmuş bir ortamda (kesit büyükse)15,16,17 . Bu yöntemler biyomekanik test murine tendonu için uygulanmıştır, ancak zorlukları örneklerin küçük boyutu ve18kemiker asla büyüme plaka, uyum uşur nedeniyle ortaya çıkar. Örneğin, murine humeral başının çapı sadece birkaç milimetre, böylece kemik kavrama zor hale. Özellikle, murin supraspinatus tendon-kemik örneklerinin gerilme testi genellikle tendon veya tendon entezi yerine büyüme plakasında başarısızlıkla sonuçlanır. Benzer şekilde, Aşil tendonunun biyomekanik testi zordur. Aşil tendonu diğer murine tendonlara göre daha büyük olmasına rağmen, calcaneus küçüktür, bu kemik kavrama zor hale. Kemik çıkarılabilir, ardından iki tendon ucu tutularak; ancak bu, tendon-kemik eki testini engellemez. Diğer gruplar özel yapım armatürleri kullanarak calcaneus kemik kavrama rapor19,20, kelepçeler ile demirleme21, kendi kendine kür plastik çimento22 sabitleme veya konik şekil yuvasıkullanarak 22, henüz bu önceki yöntemler düşük tekrarlanabilirlik, yüksek kavrama başarısızlık oranları ve sıkıcı hazırlık gereksinimleri ile sınırlı kalır.

Bu çalışmanın amacı, örnek olarak supraspinatus ve Aşil tendonuna odaklanarak, mürin tendonunun gerilme biyomekanik testi için doğru ve verimli bir yöntem geliştirmektir. Yerli kemik anatomisi, katı modelleme ve katkı maddesi üretiminden elde edilen 3Boyutlu rekonstrüksiyonların bir kombinasyonu kullanılarak kemikleri kavramak için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu armatürler kemikleri etkin bir şekilde emniyete aldı, büyüme plakası arızasını önledi, numune hazırlama süresini azalttı ve test tekrarlanabilirliğini artırdı. Yeni yöntem kolayca diğer murine tendonu yanı sıra sıçan ve diğer hayvanlarda tendonu test etmek için uyarlanabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Hayvan çalışmaları Columbia Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu çalışmada kullanılan fareler C57BL/6J arka plan vardı ve Jackson Laboratuvarı (Bar Harbor, ME, ABD) satın alındı. Onlar patojen içermeyen bariyer koşullarında barındırılanın ve yiyecek ve su reklam libitum verildi.

1. Kavrama kemik için özel uygun 3D baskılı armatürlerin geliştirilmesi

  1. Kemik görüntü edinimi ve 3D kemik modeli yapımı
    1. 3D model oluşturma ve 3D kemik kavrama baskı için hazırlık ilgi kemik diseksiyon; humerus ve calcaneus mevcut protokolde örnek olarak kullanılır.
      NOT: Mekanik testler için kemik-tendon-kas örneklerinin incelenmesi için ayrıntılı talimatlar adım 2.1.1'de verilmiştir. 3D baskılı kemik kulpları oluşturmak amacıyla kemikleri izole etmek için aşağıdaki adımlar izlenmelidir.
      1. Humerus diseksiyonu: IACUC onaylı prosedüre göre bir fareyi ötenazi. Üst ekstremite deri kaldırın, humerus üzerinde tüm kasları kaldırmak, dirsek ve glenohumeral eklemleri partikül, ve dikkatle humerus bağlı tüm bağ dokuları kaldırın.
      2. Kalkaneus diseksiyonu: IACUC onaylı prosedür başına bir fare ötenazi. Alt ekstremite cilt kaldırın, aşil tendonu-calcaneus eklem ve calcaneus ve diğer ayak kemikleri arasındaki eklemleri partikül, ve dikkatle calcaneus bağlı tüm bağ dokuları kaldırın.
    2. Humerus ve calcaneus örneklerini tarayabilirsiniz.
      NOT: Kullanılan tarayıcıya bağlı olarak ayarlar farklı olacaktır. Mevcut çalışmada kullanılan tarayıcı için(Malzeme Tablosu),önerilen ayarlar şunlardır: 55 kVP, Al 0.25 filtre, 6 μm çözünürlükte bir enerji de tarayın.
      1. Agarose tamamen çözülene kadar ultrasaf su ve mikrodalga 1-3 dakika agarose tozu karıştırın. Bu mikrodalga 30-45 s, durdurmak ve girdap için yararlı dır ve sonra kaynamaya doğru devam. Cryotube'ları dörtte üçüne kadar agarose ile doldurun. Yaklaşık 5-10 dakika agarose soğumaya bırakın.
      2. Agarose jel içine kemik takın (bu tarama sırasında hareket yapıları önleyecektir). Tarayıcıya kemikli bir kriyotüp yerleştirin.
        NOT: Geçerli çalışmada kullanılan tarayıcı için tüm taramalar için 16 konumlu otomatik numune değiştirici kullanılmıştır. Bu tarayıcı, bir örneğin boyutuna ve şekline göre büyütmeyi otomatik olarak seçebilir.
    3. Mikrobilgisayarlı tomografi nin projeksiyon görüntülerini kesit görüntülerine dönüştürün. Denemenin tarayıcı/yazılım kombinasyonu için önerilen parametreleri kullanın.
      NOT: Mevcut çalışmada kullanılan program için(Malzeme Tablosu)aşağıdaki rekonstrüksiyon parametrelerinin kullanılması tavsiye edilir: Yumuşatma: 0-2, Işın Sertleştirme Düzeltmesi: 45, Halka Artefakt Azaltma: 4-9 ve 16-bit TIFF dilimleri yeniden yapılandırmak için Biçim.
    4. Bir 3B model oluşturun ve çoğu 3B yazıcı ve hızlı prototipleme ile uyumlu standart bir STL biçimine kaydedin. Mevcut çalışmada kullanılan program için(Malzeme Tablosu),aşağıdakileri yapın:
      1. Dosya veri kümesini açmak için Dosya > Aç komutunu seçin. Dosya > Tercihler iletişim kutusunu açın ve Gelişmiş sekmesini seçin.
      2. 3B modelleri oluşturmak için uyarlamalı görüntüleme algoritmasını kullanın. Bu algoritma, fason üçgen sayısını en aza indirir ve daha düzgün yüzey ayrıntısı sağlar. 10'u yerellik parametresi olarak kullanın; bu parametre, pikseller arasındaki komşu noktaya olan uzaklığı nesne kenarlığı bulmak için kullanılır. Dosya boyutunu azaltmak için toleransı 0,1'e küçültün.
        NOT: Veri kümesini açtıktan sonra görüntüler "Ham Görüntüler" sayfasında gösterilir.
      3. İlgi düzeyini (VOI) belirtmek için, seçili VOI aralığının üst ve alt bölümü olarak ayarlamak üzere iki görüntüyü el ile seçin.
      4. İkinci sayfaya taşıyın, İlgi Bölgesi. Tek bir kesit görüntüsünde ilgi çekici bölgeyi el ile seçin.
        NOT: Seçili bölge kırmızı (yani humerus kesit alanı) ile vurgulanır.
      5. Önceki adımı her 10-15 kesit görüntüsünü tekrarlayın.
      6. Üçüncü sayfaya taşıyın İkili Seçim. Histogram menüsünde Dataset'ten'etıklayın. Veri kümesinin tüm görüntülerinden parlaklık histogram dağılımı gösterilir. Histogram menüsünde ayrıca 3B Model oluştur dosya menüsüne tıklayın.
    5. STL dosya biçiminde kemiğin 3B modelini kaydedin.
    6. Kafesi hassaslaştırın: STL dosyasının boyutunu azaltmak ve bilgisayar destekli herhangi bir katı modelleme tasarım programıyla uyumlu hale getirmek için kafesi değiştirin. Mevcut çalışmada kullanılan program için(Malzeme Tablosu),aşağıdaki adımları izleyin:
      1. Kafesi içe aktarın ve düzenleme için tümünü seçin. Araç setinden Azalt'ı seç' i seçin. Ardından, Hedef Azalt araç kümesinden Üçgen Bütçe'yi seçin. Tri Count'u azaltın ve değişiklikleri kabul edin. Yeni indirilen dosyayı STL formatında Dışa Aktar'ı seçerek yeniden kaydedin...
  2. Özel kemik armatürleri tasarımı
    1. Supraspinatus tendon-humeral kemik
      1. Humerus kavrama fikstürözel bir model oluşturmak için sağlam bir modelleme bilgisayar destekli tasarım programı kullanın (Şekil 1, Ek Dosyalar).
        NOT: Mevcut çalışmada kullanılan program Malzeme Tablosu'ndalistelenmiştir.
      2. Humerus kemiğinin STL formatındaki dosyasını sağlam bir modelleme programında açın ve bir parça dosyası olarak kaydedin.
        NOT: Mevcut çalışmada kullanılan yazılım için(Malzeme Tablosu),3D kemik nesnesi SLDPRT formatında kaydedildi.
      3. Parça dosyasını açın ve anatomik olarak alakalı üç düzlem (yani sagittal, koronal, enine) oluşturun.
        1. El ile büyük tuberosity de supraspinatus tendon eki ile kesmek için sagittal düzlemi tanımlayın. 3B bloğun bir simetri düzlemi olarak sagital düzlem içerdiğinden emin olun. Bunu başarmak için, gerekirse bloktan malzeme ekleyin veya kesin.
          NOT: Bu simetri düzlemi, numune fikstürlere yerleştirildiğinde tendon ve tendon eki nin fikstürün orta ekseninde bulunmasını sağlar.
      4. Kemiğin üç düzlemin her biri boyunca (yani yükseklik, genişlik, uzunluk) boyutlarını ölçün.
      5. 3D baskılı fikstürün eklendiği mekanik test kavramalarının boyutlarını ölçün.
      6. Katı bir blok parçası (örneğin, katı bir silindir) tasarlayarak başlayın.
        1. Bloğun her boyutunun humerus boyutlarından en az 5 mm daha büyük olduğundan emin olun.
        2. Mekanik test kavramalarından kaynaklanan tasarım kısıtlamaları için hesap çekin (örneğin, 3D baskılı fikstürün mekanik test kulplarında serbestçe monte edilip sökülebilmesini sağlayın).
      7. İki bileşenli bir montaj modeli oluşturun: katı blok ve sağ veya sol humerus kemiği. Bloğun içindeki kemiğin yönünü tanımlayın (yani tendon ve kemik arasındaki açı). Tüm kemik hacminin bloğun içine uyduğundan emin olun.
      8. Kalıp olarak humerus kemik kullanarak blokta bir boşluk oluşturun. Malzemeler Tablosu'ndabelirtilen yazılımı kullanıyorsanız aşağıdaki adımları izleyin:
        1. Tasarım parçasını (humerus) ve kalıp tabanını (silindir bloğu) geçici bir montaja takın. Derleme penceresinde, bloğu seçin ve Derleme araç çubuğundan Bileşeni Edit'i tıklatın.
        2. Ekle > Özellikler > Boşluk' u tıklatın. Tekdüzen Ölçekleme'yi seçin ve her yöne ölçeklendirilecek değer olarak %0 girin.
      9. Kemik kısmını bastırın ve bir parçası olarak montaj kaydedin.
      10. Açık parça (kavite ile silindir). Kemik anteriora ve posteriora uyan iki simetrik bileşen oluşturmak için sagital düzlem boyunca parçayı kesin (örneğin, şekil 1'degörüldüğü gibi iki yarım silindir).
        NOT: Kemiğe ön ve posteriora uygun iki bileşen tasarlanmıştır. Ön bileşen, humeral başının ön tarafından supraspinatus tendon ekine kadar uzanan yarım küresel şekilli bir oyuk içerir. Posterior komponent boşluğu humerusun arka kısmı şeklindedir (yani, humeral başın arka yüzü, deltoid tüberküloz, ve medial ve lateral epikondil).
      11. Her bileşeni ayrı bir dosya parçası olarak kaydedin.
      12. Ön bileşen için, uygun toleranslar tanımlayarak humeral kafanın parçanın boşluğuna gömülü olduğundan emin olun.
        NOT: Mevcut çalışmada, Malzeme Tablosu'ndabelirtilen yazılım kullanılarak aşağıdaki adımları izlemeleri önerilmektedir:
        1. Boşluğun örgü geometrisini düzeltmek için döndürülmüş bir kesim oluşturun. Boşluk geometrisini taklit ederek ve konumsal açıklık ekleyerek kesim için bir çizim oluşturun.
          NOT: Açıklık, kemik ve ön bileşen arasında serbest montaj ve sökme sağlar.
      13. Ön bileşen için yukarıda açıklandığı gibi, boşluk geometrisini taklit etmek için arka bileşeni değiştirin.
      14. Arka bileşenin üstünden başlayarak daha büyük/küçük yumruğa kadar enine düzlemde bir kesim yapın.
        NOT: Şekil 1 ve Şekil 2'degörüldüğü gibi, posterior bileşen tendon ekinde bir açıklık oluşturan bir kesim içerir.
      15. Serbest montaj ve sökme için iki bileşen arasında rahat bir uyum oluşturun.
        NOT: Mevcut çalışmada armatürler için gevşek çalışma açıklığına sahip bir delik mili oluşturuldu.
      16. Karşı ekstremite için fikstürün her bileşeni için 3D ayna modelleri oluşturun (örn. sol veya sağ).
      17. Sol ve sağ tarafları ayırt etmek için fikstür alt bir etch ekleyin.
      18. 3D yazdırmaya hazırlık olarak tüm fikstür parçalarını STL standart dosya biçiminde kaydedin.
    2. Aşil tendonu-calcaneus kemiği
      1. Supraspinatus-humeral kafa fikstürü için yukarıda açıklandığı gibi aynı adımları izleyin.
        NOT: Sol ve sağ kalkaneus kemiklerinin anatomisi neredeyse simetrik olduğundan, aşil-kalkaneal için sadece bir fikstür seti gereklidir.

2. Murine tendonunun biyomekanik testi

  1. Numune hazırlama ve kesitsel alan ölçümü
    1. Çekme mekanik testhazırlıklarında ilgi kas-tendon-kemik diseksiyon. Bu çalışmada, supraspinatus kas - tendon - humerus kemik örnekleri (N=10, 5 erkek, 5 kadın) ve gastroknemius kas - Aşil tendonu-calcaneus kemik örnekleri (N=12, 6 erkek, 6 kadın) 8 haftalık C57BL/6J farelerden izole edilmiştir.
      1. Supraspinatus kasının diseksiyonu - tendon - humerus kemik örneği
        1. IACUC onaylı yordam başına bir fare ötenazi. Fareyi yatkın bir konuma getirin. Omzuna doğru ön pençe dirsek yukarıdan deride bir kesi olun.
        2. Omuz kas görünür böylece künt diseksiyon ile dikkatle cilt çıkarın. Kemik maruz kalana kadar humerus çevreleyen doku çıkarın ve forceps ile güvenli bir şekilde tutulabilir.
        3. Forceps ile humerus tutun ve dikkatle korakoakromial kemer ortaya çıkarmak için deltoid ve trapezius kasları kaldırın. Akromioclaviküler eklemi tanımlayın ve köprücük kemiğini neşter bıçakla akrojinden dikkatlice ayırın.
        4. Supraspinatus tendonuna ve kemik ekine zarar vermemeye özen, bir neşter bıçak kullanarak skapular eki kas kaldırmak. Supraspinatus tendonuna ve kemike olan ekine zarar vermemeye özen, glenoid den humeral kafa ayırmak; bir neşter bıçak kullanarak, eklem kapsülü ve infraspinatus, subscapularis yırtır ve küçük tendonu teres.
        5. Humerusu ulna ve radius'dan ayırmak için dirsek eklemini ayırın. Humerus izole - supraspinatus tendon - kas örneği ve humerus ve humeral kafa üzerinde aşırı yumuşak dokuları temizleyin.
      2. Aşil tendonunun diseksiyonu - kalkaneus kemik örneği
        1. IACUC onaylı yordam başına bir fare ötenazi. Fareyi yatkın bir konuma getirin. Aşil tendonuna ve kemik ekine zarar vermemeye özen gösteren deri, ayak bileği ve diz eklemlerinin etrafındaki kasların açığa çıkarak künt diseksiyonla deriyi çıkarın.
        2. Bir neşter bıçak kullanarak, Aşil tendonu başlayarak - calcaneus eki, dikkatle proksimal ekleri gastroknemius kas ayırmak.
        3. Calcaneus'u çeşitli bitişik kemiklerden dikkatlice ayrıştırın. Aşil tendonu izole - calcaneus örneği ve aşırı yumuşak dokuları temizleyin.
    2. Mikrobilgisayarlı tomografi kullanarak tendonun kesit alanını belirleyin.
      NOT: Mevcut çalışmada kullanılan tarayıcı için(Malzeme Tablosu),önerilen ayarlar şunlardır: 5 5 5 kVP, Al 0.25 filtre, 5 μm çözünürlükte bir enerji de tarayın.
      1. Agarose tamamen çözülene kadar ultrasaf su ve mikrodalga 1-3 dakika agarose tozu karıştırın. Bu mikrodalga 30-45 s, durdurmak ve girdap için yararlı dır ve sonra kaynamaya doğru devam. Cryotube'ları dörtte üçüne kadar agarose ile doldurun. Yaklaşık 5-10 dakika agarose soğumaya bırakın.
      2. Kemiği baş aşağı takarak kriyotubedaki numuneyi askıya alın.
        NOT: Sadece kemik agarose jel olmalıdır. Tendon ve kas dışarıda askıya alınmalıdır.
    3. Talandan sonra, neşter bıçağı kullanarak tendonun kaslarını hafifçe çıkarın. Numuneyi 3D baskılı fikstüre yerleştirin.
      NOT: Kulplar her test için yeniden kullanılabilir. Fikstürde tutkal veya epoksi kullanmayın; kemik bir basın uygun tutulur.
    4. Katlanmış ince bir kağıt (2 cm x 1 cm) arasında tendon takın ve yapıştırın ve ince film kavramaları kullanarak yapı kelepçe. 3D baskılı fikstürü numuneyle birlikte test kulplarına takın.
    5. Numuneyi ve kulpları 37 °C'de (yani fare vücut sıcaklığı23)fosfat tamponlu salin (PBS) test banyosuna yerleştirin.
  2. Çekme testi
    1. Malzeme test çerçevesi üzerinde çekme mekanik testi gerçekleştirin.
      NOT: Mevcut çalışmada kullanılan test çerçevesi(Malzeme Tablosu)için önerilen protokol:
      1. Gösterge uzunluğunu tendon eki ile üst kavramaya olan uzaklık olarak tanımlayın.
      2. 0,05 N ile 0,2 N arasında 5 döngülü ön koşul.
      3. 120 s. için bekleyin.
      4. %0,2/s'lik bir gerilim kullanın.
    2. Yük-deformasyon verilerini toplayın.
    3. Tendonun ilk ölçü uzunluğuna göre yer değiştirme olarak gerilme hesaplayın.
    4. Gerilimi, ilk tendon kesit alanına bölünen kuvvet olarak hesaplayın (mikroCT'den ölçüldüğü gibi).
    5. Viskoelastik davranış la ilgileniyorsanız, gerilim testinden önce bir stres gevşemesi gerçekleştirin ve yarı doğrusal viskoelastik model24'tenA, B, C, tau1 ve tau2 gibi parametreleri hesaplamak için verileri kullanın.
    6. Yük deformasyon eğrisinden, sertliği (eğrinin doğrusal kısmının eğimi), maksimum kuvveti ve verim için yapılan çalışmayı (eğrinin altındaki alan verim kuvvetine kadar) hesaplayın.
      1. Doğrusal en az kareregresyon 25 için R2 değerini en üst düzeye çıkaran yük deformasyon eğrisinde bir nokta penceresi seçerek doğrusal kısmıtanımlayın.
      2. Yük-deplasmaneğrisi25,26doğrusal kısmının eğim olarak sertlik belirleyin.
    7. Gerilim gerinim eğrisinden modül (eğrinin doğrusal kısmının eğimi), mukavemeti (maksimum gerilim) ve esnekliği (gerilimi vermek için eğrinin altındaki alan) hesaplayın.
      NOT: RANSAC algoritması kullanılarak, verim gerilme (x-değeri) y-fit beklenen gerilim değerinin % 0,5'inden (y-değeri) fazla saptığında ilk nokta olarak tanımlanır. Verim gerilimi, verim geriliminin karşılık gelen y değeridir.
      NOT: Mevcut çalışmada açıklanan arızaya monotonik çekme yüklemesinin yanı sıra, döngüsel yükleme tendon yorgunluğu ve/veya viskoelastik özellikleri hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Örneğin, Freedman ve ark. murine Aşil tendonları27yorgunluk özellikleri bildirdi.
    8. Çekme testi tamamlandıktan sonra, humerus ve calcaneus örneklerini tarayabilirsiniz.
      NOT: Mevcut çalışmada kullanılan tarayıcı için(Malzeme Tablosu),önerilen ayarlar şunlardır: 55 kVP, Al 0.25 filtre, 6 μm çözünürlükte bir enerji de tarayın.
      1. Adımları 1.1.2.1-1.1.2.2'yi yineleyin.
    9. Adımı 1.1.3'ün tekrarlayın.
    10. Taranmış nesnenin birim olarak işlenmiş 3B modelini oluşturmak için tarayıcıyla uyumlu bir 3B görselleştirme programı kullanın.
      NOT: Mevcut çalışmada kullanılan program Malzeme Tablosu'ndalistelenmiştir.
    11. 3B nesneyi inceleyerek hata modunu ve hata sitesi alanını belirleyin.
  3. İstatistiksel analiz: Tüm örnek lem sonuçlarını ortalama ± standart sapma (SD) olarak gösterin. Öğrencinin t-testlerini (iki kuyruklu ve eşleşmemiş) kullanan gruplar arasında karşılaştırmayapın. P < 0,05 olarak önemi ayarlayın.
    NOT: Mevcut çalışmada kullanılan istatistiksel yazılım Lar Tablosu'ndalistelenmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

8 haftalık murin supraspinatus ve Aşil tendonu test etmek için 3D baskılı armatürler kullanıldı. Mekanik olarak test edilmiş tüm numuneler, mikroCT taramaları, görsel inceleme ve çekme testlerinden sonra video analizi ile karakterize edildiği gibi entezte başarısız oldu. Laboratuvarımızda supraspinatus tendon testi için önceki ve güncel yöntemlerin bire bir karşılaştırması Şekil 3'tegösterilmiştir. Önceki yöntemde28,29,30, humerus kemik epoksi gömülü ve büyüme plaka kırık önlemek için bir çaba humeral başının üzerine bir ataş yerleştirildi. Epoksinin tam olarak tedavi edilebilmesi için 4-6 saat gerekliydi(Şekil 3),tipik bir günde sadece 6-8 numunenin test edilmesine olanak sağladı. Yaklaşımın bir diğer sınırlamabüyüme plaka kırık önlemek için ataş yerleştirme kullanıcıya bağımlı etkinliği oldu. Bu önceki yöntemler kullanılarak yapılan test sonuçları son derece değişkendi ve çoğu parametre için %30'luk değişim katsayıları ve yaklaşık %10-%20'lik büyüme plakası arıza oranları vardı. Şekil 3'teözetlendiği gibi, yeni yöntemlerkullanılarak numune hazırlama süresi 5-10 dakikaya düşürülerek günde 16-20 numunenin test edilebilmiştir. Ayrıca, büyüme plaka sıyrıkları ortadan kaldırıldı.

Murine tendonu14, 15,17,25,28,29,30,31 test etmek için başkaları tarafından bildirilen metodoloji ile karşılaştırıldığında ,32,33, yeni yöntemler daha verimli ve tekrarlanabilir edildi. Supraspinatus tendonu için, maksimum yük (3,8 ± 0,6 N) ve sertlik (12,7 ± 1,8 N/mm) gibi yapısal özelliklerin yanı sıra maksimum gerilim (8,7 ± 3,0 MPa) ve modül (51,7 ± 13,5 MPa) gibi normalleştirilmiş malzeme özellikleri önemli ölçüde daha düşük katsayıları vardı. literatür sonuçlarına göre varyasyonlar (Tablo 1). Aşil tendonu için, maksimum yük (7,8 ± 1,1 N) ve sertlik (13,2 ± 1,9 N/mm) gibi mekanik özellikler, literatürdeki sonuçlara göre daha düşük varyasyon katsayılarına sahipti19,21,22 ,32,33,34,35,36,37,38, maksimum stres ise (24.2 ± 5.4 MPa) ve modül (73.2 ± 22.1 MPa) literatürde bildirilenlere benzer varyasyon katsayıları vardı(Tablo 2).

Hayvan cinsiyeti supraspinatus ve Aşil tendonunun mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir(Şekil 4). Erkek ve dişi supraspinatus tendonu karşılaştırıldığında, maksimum kuvvette(p = 0.002) önemli artışlar oldu ve verim için çalışmaya(p = 0.008) verildi. İki grup arasında sertlik(p = 0,057), stres(p = 0,068), modül(p = 0,061) ve esneklik(p = 0,078) eğilimleri vardı. Erkek ve dişi aşil tendonu karşılaştırıldığında maksimum stres(p = 0.0006) ve esneklikte(p = 0.0019) önemli artışlar vardı. İki grup arasında verim için çalışma eğilimleri(p = 0,079) ve modül(p = 0,074) ve maksimum kuvvet(p = 0,1880) ve sertlik(p = 0,6759) için fark yoktu.

Figure 1
Şekil 1: Humerus (üst sıra) ve calcaneus (alt sıra) için fikstür Temsili 3D modelleri. (A) kemiklerin 3D modelleri. (B) Armatürlerin sökülmüş modelleri. (C) Armatürlerin montajlı modelleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Temsilci 3D baskılı armatürler. (A) Humerus ve supraspinatus tendonu arasında 180° açıyla 8 haftalık farelerin supraspinatus tendonunun biyomekanik testlerinin fikstürü. (B) Humerus ve supraspinatus tendonu arasında 135° açıyla 8 haftalık farelerin supraspinatus tendonunun biyomekanik testlerinin fikstürü. (C) Kalkan ve Aşil tendonu arasında 120° açıyla murine Aşil tendonunun biyomekanik testiçin fikstürü. (D) Yetişkin Sprague Dawley sıçanlarının supraspinatus tendonunun humerus ve supraspinatus tendonu arasında 180° açıyla biyomekanik test edilmesi için fikstür. Ölçek çubuğu: 5 mm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: Murine supraspinatus tendonunun mekanik testi için önceki ve güncel yöntemlerin karşılaştırılması. (A) Mekanik testlerden önce laboratuarımızda kullanılan önceki numune hazırlama yöntemleri: humerus kemiği stabilize etmek için epoksi ye kadar epoksi olarak saklanmış, büyüme plakası kırığı önlemek için humeral baş üzerine bir ataş yerleştirilmiş ve, epoksinin tedavisi için numuneler mekanik testten önce 4-6 saat oda sıcaklığında bekletildi. (B) Mevcut çalışmada kullanılan numune hazırlama yöntemleri (Basamak 1.2 ve 2.1.4): Sol üstte, sağlam bir modelleme programı tarafından üretilen armatürlerin 3Boyutlu gösterimi gösterilmektedir. 3D baskılı armatürler yeniden kullanılabilir ve kolayca monte edilip sökülebilir. Numunenin kemik ucu fikstürlere yerleştirilir, büyüme plakası emniyete alınarak tonu kavrama ve test için açığa çıkarır. Tendon ucu katlanmış ince doku kağıt arasında yapıştırılmış ve kulpları içine yerleştirilir. Her numune için hazırlama süresi 10-15 dakikadır. (C) Mevcut yöntemler kullanılarak supraspinatus tendonunun gerilme testi için temsili yük-deformasyon eğrileri. (D) Büyüme plakası arızası gösteren supraspinatus tendonunun gerilme testi için temsili yük-deformasyon eğrisi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Supraspinatus (SST) ve Aşil (ACHT) tendonunun mekanik özellikleri üzerinde cinsiyet etkisi. Cinsiyetin eşleşmemiş t-testlerine (*seks etkisi, p < 0.05) dayalı mekanik özelliklerin çoğu üzerinde önemli bir etkisi vardı. Ortalama ± standart sapma olarak gösterilen veriler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: MikroCT'den kesit seli ölçümü. (A) Supraspinatus tendon uzunluğu boyunca minimum kesit alanı ölçümü. (B) Aşil tendonu uzunluğu boyunca minimum kesit alanı ölçümü. Ölçüm için sadece tendon uygun seçilmelidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Yapısal Özellikler Malzeme Özellikleri
Hayvan Maksimum Kuvvet (N) Sertlik (N/mm) Maksimum Stres (Mpa) Modül (MPa)
Yazar N Arka plan Ortalama ± SD COV(%) Ortalama ± SD COV (%) Ortalama ± SD COV (%) Ortalama ± SD COV (%)
Beason ve ark. Omuz ve Dirsek Cerrahisi Dergisi (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 ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (2014)31 6 C57Bl/6 1.22 ± 0.52 42.62 2,37 ± 1,6 67.51 Nr Nr
Cong ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (2018)17 8 C57Bl/6 5,38 ± 2,404 # 44.68 4.25 ± 1.67 # 39.29 Nr Nr
Biyomedikal Mühendisliği Yıllıkları (2014)32 10 NR (db/+) Nr 84,44 ± 27,23*† 32.25 Nr 476 ± 186,27* 39.13
Connizzo ve ark. Biyomedikal Mühendisliği Dergisi (2013)14 Nr C57/BL6 Nr Nr Nr 297 ± 148,90* 50.13
Deymier ve ark. Acta Biomaterialia (2019)28 12 CD-1 IGS Fare (WT) 5.0 ± 0.7 14 9.2 ± 2.9 31.52 33 ± 35 106.06 Nr
Eekhoff ve ark. Biyomedikal Mühendisliği Dergisi (2017)33 13 Eln +/+ Nr 8.50 ± 2.95 34.71 5,96 ± 3,23 54.19 101.2 ± 50.8 50.20
Killian ve ark. FASEB Dergisi (2016)29 8 C57BL/6 Nr Nr 7,79 ± 2,61* 33.50 58,32 ± 31,73* 54.41
Schwartz ve ark. Bone (2014)25 20 CD-1 IGS Fare (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 ve ark. Geliştirme (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
Ortalama COV 27.34 Ortalama COV 38.64 Ortalama COV 51.70 Ortalama COV 45.02
Yeni Yöntem 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

Tablo 1: Supraspinatus tendonunun mekanik özellikleri. Literatürde bildirilenlere göre yeni yöntemlerkullanılarak tahmin edilen yapısal ve malzeme özellikleri için Ortalama ± SD ve varyasyon katsayısı (COV). [NR: rapor edilmedi, * şekil(ler) tahmini), bildirilen standart hatadan hesaplanan # standart sapma, † optik leke çizgileri kullanılarak ölçülen deformasyon].

Yapısal Özellikler Malzeme Özellikleri
Hayvan Maksimum Kuvvet (N) Sertlik (N/mm) Maksimum Stres (Mpa) Young modülü (MPa)
Yazar N Arka plan Ortalama ± SD COV(%) Ortalama ± SD COV (%) Ortalama ± SD COV (%) Ortalama ± SD COV (%)
Boivin ve ark. Kaslar, Ligamentler ve Tendonlar Dergisi (2014)19 6 Diyabetik olmayan yağsız kontrol fareleri 8.1 ± 0.6 7.41 3.9 ± 0.7 17.95 Nr 16 ± 3.7 23.13
Biyomedikal Mühendisliği Yıllıkları (2014)32 10 db/+ Nr 20,39 ± 2,43* 11.92 Nr 152,94 ± 44,12* 28.85
Eekhoff ve ark. Biyomekanik Mühendisliği Dergisi (2017)33 8 Eln +/+ Nr 18,86 ± 3,37 17.87 10,55 ± 2,97 28.15 443,8 ± 131,7 29.68
Mikic ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (2006)34 20 C57BL/6-J x 129SV/J Nr Nr 18 ± 5 27.78 61 ± 20 32.79
Probst ve ark. Araştırmacı Cerrahi Dergisi (2000)22 20 BALB/c 8.4 ± 1.1 13.10 6.3 ± 1.2 19.05 Nr Nr
Shu ve ark. 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 ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (2018)35 7 C57BL/6 Nr Nr 19,53 ± 7,03 0.36 62,82 ± 20,20 32.16
Wang ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (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 ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (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 ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (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 ve ark. Ortopedik Araştırmalar Dergisi (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 ve ark. Matrix Biyoloji (2016)38 Nr CD-1 ve 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
Ortalama COV 22.93 Ortalama COV 22.07 Ortalama COV 23.96 Ortalama COV 25.25
Yeni Yöntem 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

Tablo 2: Aşil tendonunun mekanik özellikleri. Literatürde bildirilenlere göre yeni yöntemlerkullanılarak tahmin edilen yapısal ve malzemesel özellikler için Ortalama ± SD ve COV. [NR: rapor edilmedi, * şekil(ler) tahmini, # standart sapma bildirilen standart hata dan hesaplanır].

Ek Dosyalar. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayınız. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Murine hayvan modelleri yaygın tendon bozuklukları çalışma için kullanılır, ancak mekanik özelliklerinin karakterizasyonu zor ve literatürde nadirdir. Bu protokolün amacı, mürin tendonlarının gerilme testi için zaman etkin ve tekrarlanabilir bir yöntemi tanımlamaktır. Yeni yöntemler, bir örneği saat dakikasına test etmek için gereken süreyi azalttı ve önceki yöntemlerde yaygın bir sorun olan büyük bir tutucu yapıyı ortadan kaldırdı.

Bu protokolde açıklanan birkaç adım, murine supraspinatus ve Aşil tendonları mekanik olarak test etkili armatürleri üretmek için çok önemlidir. İlk olarak, adım 1.1.4 istenilen kemik bir 3D modeli oluşturmak için gereklidir; ancak, bu taramaya yönelik kullanılan genellikle yüksek çözünürlük nedeniyle, dosya boyutu katı modelleme programlarıyla kullanılamayacak kadar büyük olabilir. Bu protokolde kullanılan yazılım, dosyanın boyutunu (adım 1.1.6) başarıyla azalttı ve nesne geometrisini korudu, ancak diğer yazılımlar da bunu başarmak için etkili olabilir. İkinci olarak, her anatomik site nin etkili kavrama için göz önünde bulundurulması gereken özel tasarım kriterleri vardır. Supraspinatus tendon armatürünün tasarımı için önemlidir: (i) büyüme plakası arızası önlemek için humeral baş güvenli (adım 1.2.1.12), (ii) test sırasında kaparat kemiğinin kalıptan çekilmesini önleyen bir açıklık uygun tanımlamak (adım 1.2.1.12.1) ve (iii) humerus kemiğini tendon uzun ekseni ile 180° açı oluşturacak şekilde yönlendirin (adım 1.2.1.7). Aşil tendonu fikstür tasarımı için önemlidir: (i) test sırasında fikstürden kaymadan küçük kalkaneus kemiğini kavrayan bir açıklık uyumu tanımlamak ve (ii) uzun eksenli 120° açı (30° plantar fleksiyon) oluşturmak için calcaneus kemiğini yönlendirin tendonun. Üçüncü olarak, tendon kesit alanının doğru ölçümü (adım 2.1.2) malzeme özelliklerinin belirlenmesi için mühendislik gerilimini doğru hesaplamak için önemlidir. Supraspinatus tendonunun kesit alanını ölçmek için, kemik-tendon-kas örneğinin mikro bilgisayarlı tomografi taramalarını öneriyoruz. Sadece humerus kemiği agarose jel içine takılmalıdır, tendon ve kas bağlı humeral kafa havada taranmalıdır. Supraspinatus tendonunun kemiğe yerleştirilmesinde splayed geometrisi olduğu için, kesit alanını ölçmenin en tutarlı yolu tendon uzunluğu boyunca minimum kesit alanını belirlemektir. Aşil tendonunun kesit alanını ölçmek için benzer bir prosedür izlenmelidir. Aşil tendonu için, yüksek çözünürlüklü mikrobilgisayar tomografi taramaları iki farklı dokuları ortaya: tendon uygun ve daha açık bir gölge olarak görünen çevreleyen kılıf. Aşil tendonu için minimal kesit alanını sürekli olarak tahmin etmek için, ölçüm için sadece tendon uygun seçilmelidir(Şekil 5). Son olarak, kulplar yeniden kullanılabilir ve örnekten örneğe küçük varyasyonlar etkinliğini etkilemez. Her kemik bir kez taranmalıdır (örneğin, mevcut çalışma için, sol humerus, sağ humerus, ve calcaneus) ve her kemik için bir 3D model oluşturulmalıdır. Buna ek olarak, aynı yaştaki hayvanlar için, kemik geometrisi hemen hemen aynıdır, böylece aynı fikstür tüm numunelerin test için kullanılabilir. Bu yazıda tendonu test etmek için 8 haftalık farelere (iskeletolarak olgun erişkin fareler) özgü 3D baskılı demirbaşlar kullanılmıştır. Ayrı erkek ve kadın armatürleri oluşturmak için gerekli değildi. Diğer yaş grupları (örn. 4 haftalık fareler) veya benzersiz kemik fenotiplerine sahip fareler için kemiklerin belirli geometrilerine uygun armatürlerin üretilmesi önerilir.

Fikstürlerin tasarımı ve 3Boyutlu baskısından sonra, yaklaşımın tekrarlanabilirliğini ve verimliliğini sağlamak için, aynı arka plandaki ve planlanan çalışmanın çağındaki farelerden alınan 10 tendon numunesi genellikle test edilmelidir (tam numune boyutu dokuya bağlı olarak değişebilir ve hayvan modeli). Bu tendonların mekanik özellikleri, Tablo 1 ve Tablo 2'de açıklandığı gibi, yapısal ve malzeme özelliklerine ait deÄ iÅ im katä±mkatlarının beklenen araç içinde olmasını saÄ layacak Å eyi ler belirlenmelidir. Bu pilot testler aynı zamanda artifactual hataların (örn. büyüme plakası arızası) oluşmadığını da doğrulamalıdır. Mevcut kağıtta açıklanan supraspinatus ve Aşil tendonları dışındaki tendonları için istenilen sonuçları elde etmek için birden fazla tasarım, prototipleme ve doğrulama döngüsü gerekebilir.

Bazı gruplar mürin tendonlarının mekanik özelliklerini bildirmektedir. Bu çalışmalardaki varyasyon katsayısı genellikle yüksektir ve bu da karşılaştırma grupları arasındaki farklılıkları toplamayı genellikle zorlaştırır. Ayrıca, çeşitli çalışmalar arasında doku kavrama metodolojik farklılıklar arıza özellikleri tendon ile ilgili olup olmadığını belirlemek için ya da artifactual kavrama başarısızlıkları nedeniyle belirlemek için zorlaştırır. Yeni test yöntemlerini mevcut metodolojilerle karşılaştırmak için literatür taraması yapıldı ve 20 çalışmanın sonuçları özetlendi (Tablo 1 ve Tablo 2). Literatürde, supraspinatus tendon mekanik testiçin, maksimum kuvvet, sertlik, maksimum stres ve modül için ortalama değişim katsayıları sırasıyla%27, %39, %52 ve %45 idi. Aşil tendonu mekanik testinde, maksimum kuvvet, sertlik, maksimum stres ve modül için ortalama değişim katsayıları sırasıyla %23, %22, %24 ve %25 idi. Mevcut çalışmada, murine tendonu test etmek için yeni bir yöntem varyasyon supraspinatus tendon katsayıları% 32-63 azalma ve% 6-39 varyasyon aşil tendon katsayıları azalma ile sonuçlandı.

Kemikleri kavramak için geçerli bir standart metodoloji yoktur, bu nedenle rüren tendonunun bildirilen mekanik özelliklerini ne ölçüde etkilediği belirsizdir. Çoğu grup epoksi reçine13, polimetilmethacrylate (PMMA)14,15veya siyanoakrilat16 kullanarak humerus kemik kavrama rapor ve PMMA ikinci bir kaplama uygulayarak humeral baş güvence14, özel fikstür39 kullanarak ve / veya bir ataş25,28,30takarak . Benzer şekilde, diğer gruplar özel yapılmış armatürleri kullanarak çok daha küçük calcaneus kemik kavrama rapor19,20, kelepçeler ile demirleme21, kendini kür plastik çimento22 sabitleme veya konik bir şekil kullanarak yuva22. Ancak, bu yöntemler düşük tekrarlanabilirlik, yüksek yapay hata oranları ve zaman alıcı hazırlık gereksinimleri ile sınırlı kalır. Bu çalışmada sunulan yeni yöntemler, yapay kavrama hatalarını ortadan kaldırmış ve bir günde test edilebilen numune sayısını üçkatına çıkarmış tır. Ayrıca, bu yöntemler supraspinatus ve Aşil tendonlar ile sınırlı değildir, onlar kolayca daha büyük hayvan modellerinden diğer murine tendonlar ve tendonlar test adapte olarak. Ancak, daha büyük hayvanlardan tendonu test etmek için, 3D baskılı fikstür malzemesinin modülü test edilen tendon gücüne göre uyumlu olmayacak kadar yüksek olmalıdır.

Çeşitli çalışmalar da tendon bozukluklarında kadınların tendon yaralanması40,41,42sonra tedavi sonrası fonksiyonunu azalttığını gösteren cinsiyete dayalı farklılıklar göstermiştir. Mevcut çalışmada, seks murine tendonunmekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardı. Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) rehberliğinde, tendon mekanik özelliklerinin ölçüleceği hayvan modellerinin araştırma tasarımında cinsiyetin biyolojik bir değişken olarak muhasebeleştirilmesini öneriyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Çalışma NIH / NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836) tarafından desteklenmiştir.

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

Biyomühendislik Sayı 152 3D baskı katkı imalatı tendon rürin tendonu entez biyomekanik
Murine Tendonunun Biyomekanik Testi
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