Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Biomekaniske testing av 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 effektiv og reproduserbar strekk biomekaniske testmetoder for murine sener gjennom bruk av tilpasset-Fit 3D trykt inventar.

Abstract

Sene lidelser er vanlig, påvirker folk i alle aldre, og er ofte ødeleggende. Standard behandlinger, som anti-inflammatoriske legemidler, rehabilitering, og kirurgisk reparasjon, ofte mislykkes. For å definere sene funksjon og demonstrere effekten av nye behandlinger, de mekaniske egenskapene til sener fra dyremodeller må være nøyaktig bestemmes. Murine dyremodeller er nå mye brukt til å studere sene lidelser og evaluere romanen behandlinger for tendinopathies; men å bestemme de mekaniske egenskapene til mus sener har vært utfordrende. I denne studien, et nytt system ble utviklet for sene mekanisk testing som inkluderer 3D-trykt inventar som nøyaktig samsvarer med anatomi av humerus og calcaneus til mekanisk test supraspinatus sener og Achilles sener, henholdsvis. Disse inventar ble utviklet ved hjelp av 3D rekonstruksjoner av innfødte bein anatomi, solid modellering, og additiv produksjon. Den nye tilnærmingen eliminert artifactual gripende svikt (f. eks svikt ved vekst plate svikt snarere enn i senen), redusert total testing tid, og økt reproduserbarhet. Videre er denne nye metoden lett å tilpasse for å teste andre murine sener og sener fra andre dyr.

Introduction

Sene lidelser er vanlig og svært utbredt blant de aldrende, atletisk og aktive populasjoner1,2,3. I USA, 16 400 000 bindevevs skader rapporteres hvert år4 og står for 30% av all skade-relaterte legekontor besøk3,5,6,7, 8i den. De hyppigst rammede områdene inkluderer Rotator cuff, Achilles sene, og patellar sene9. Selv om en rekke ikke-operative og operative behandlinger har blitt utforsket, inkludert antiinflammatoriske legemidler, rehabilitering, og kirurgisk reparasjon, utfall forblir fattige, med begrenset avkastning til funksjon og høy forekomst av svikt5, 6i den. Disse dårlige kliniske utfall har motivert grunnleggende og translational studier som søker å forstå tendinopati og å utvikle romanen behandling tilnærminger.

Strekk biomekaniske egenskaper er de primære kvantitative utfall definere sene funksjon. Derfor, laboratorie karakterisering av tendinopati og behandling effekt må inneholde en streng testing av sene strekk egenskaper. Tallrike studier har beskrevet metoder for å bestemme biomekaniske egenskaper av sener fra dyremodeller som rotter, sauer, hunder og kaniner10,11,12. Imidlertid har få studier testet biomekaniske egenskapene til murine sener, hovedsakelig på grunn av vanskeligheter med å gripe den lille vev for strekk testing. Som murine modeller har en rekke fordeler for mechanistically studere tendinopati, inkludert genetisk manipulasjon, omfattende reagens alternativer, og lave kostnader, utvikling av nøyaktige og effektive metoder for å biomekanisk teste murine vev er nødvendig.

For å kunne teste de mekaniske egenskapene til sener, må vevet bli grepet effektivt, uten å skli eller artifactual rive i grepet grensesnittet eller oppsprekking av veksten plate. I mange tilfeller, spesielt for korte sener, benet er grepet på den ene enden og senen er grepet i den andre enden. Bein er vanligvis sikret ved å bygge dem inn i materialer som epoxy harpiks13 og polymetalmetakrylat14,15. Sener er ofte plassert mellom to lag med sandpapir, limt med Cyanoacrylate, og sikret ved hjelp av kompresjon klemmer (hvis tverrsnitt er flat) eller i et frosset medium (hvis tverrsnitt er stor)15,16,17 . Disse metodene har blitt brukt til biomekanisk test murine sener, men utfordringene oppstår på grunn av den lille størrelsen på prøvene og etterlevelse av veksten plate, som aldri ossifies18. For eksempel er diameteren på murine ledd hode bare noen få millimeter, og dermed gjør gripende av benet vanskelig. Nærmere bestemt, strekk testing av murine supraspinatus sene-til-bein prøver ofte resulterer i svikt i vekst plate i stedet for i senen eller ved sene enthesis. Tilsvarende er biomekaniske testing av Achilles sene utfordrende. Selv om Achilles sene er større enn andre murine sener, er calcaneus liten, noe som gjør gripende av dette benet vanskelig. Benet kan fjernes, etterfulgt av gripende de to sene endene; men dette utelukker testing av sene-til-bein vedlegg. Andre grupper rapport gripende calcaneus benet ved hjelp av skreddersydde inventar19,20, forankring av klemmer21, festing i selv herding plast sement22 eller ved hjelp av en konisk form slot22, men disse tidligere metoder fortsatt begrenset av lav reproduserbarhet, høy gripe svikt priser, og kjedelige forberedelser krav.

Målet med den nåværende studien var å utvikle en nøyaktig og effektiv metode for strekk biomekaniske testing av murine sener, med fokus på supraspinatus og Achilles sener som eksempler. Ved hjelp av en kombinasjon av 3D-rekonstruksjoner fra opprinnelig bein anatomi, solid modellering og additiv produksjon, ble en ny metode utviklet for å gripe inn i beina. Disse inventar effektivt sikret bein, hindret vekst plate svikt, redusert prøveforberedelse tid, og økt testing reproduserbarhet. Den nye metoden er lett å tilpasse for å teste andre murine sener samt sener i rotter og andre dyr.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dyrestudier ble godkjent av Columbia University institusjonelle Animal Care og use Committee. Mus som brukes i denne studien var av en C57BL/6J bakgrunn og ble kjøpt fra The Jackson Laboratory (bar Harbor, ME, USA). De ble plassert i patogen-fri barriere forhold og ble gitt mat og vann ad lib.

1. utvikling av tilpasset-Fit 3D trykte inventar for gripende bein

  1. Bone image oppkjøp og 3D-bein modell konstruksjon
    1. Analysere bein av interesse i forberedelsene til 3D modell opprettelse og 3D bein grep utskrift; humerus og calcaneus brukes som eksempler i den gjeldende protokollen.
      NOTE: detaljert instruksjoner å analysere Ben-sene-muskelen prøver for mekanisk tester er forsynt inne steg 2.1.1. Følgende trinn bør følges for å isolere bein med det formål å lage 3D-trykte bein grep.
      1. Disseksjon av humerus: euthanize en mus per IACUC-godkjent prosedyre. Fjern øvre ekstremiteter hud, Fjern alle musklene over humerus, disarticulate albuen og Skulderledd, og forsiktig fjerne alle bindevev festet til humerus.
      2. Disseksjon av calcaneus: euthanize en mus per IACUC-godkjent prosedyre. Fjern den nedre enden av huden, disarticulate Akilles-calcaneus ledd og skjøter mellom calcaneus og andre fot bein, og fjern forsiktig alle bindevev som er festet til calcaneus.
    2. Utfør en microcomputed tomografi skanning av hele benet, f. eks, skann humerus og calcaneus prøver.
      Merk: avhengig av hvilken skanner som brukes, vil innstillingene være forskjellige. For skanneren som brukes i den aktuelle studien (tabell av materialer), de anbefalte innstillingene er: skanne på en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en oppløsning på 6 μm.
      1. Bland agarose pulver i ultrarent vann og mikrobølgeovn i 1-3 min til agarose er helt oppløst. Det er nyttig å mikrobølgeovn for 30-45 s, stopp og virvel, og deretter fortsette mot en byll. Fyll cryotubes opptil tre kvartaler fullt med agarose. La agarose avkjøles i ca 5-10 min.
      2. Sett benet inn i agarose gel (dette vil hindre bevegelse gjenstander under skanning). Sett inn en cryotube med bein i skanneren.
        Merk: for skanneren som brukes i gjeldende studie, ble det brukt en automatisk prøve veksler med 16 posisjoner for alle skanninger. Denne skanneren kan automatisk velge forstørrelse i henhold til størrelsen og formen på et utvalg.
    3. Rekonstruere microcomputed tomografi skanner projeksjons bilder til bilder på tvers av deler. Bruk anbefalte parametere for eksperimentator kombinasjon av skanner/programvare.
      Merk: for programmet som brukes i den aktuelle studien (tabell av materialer) anbefales det å bruke følgende gjenoppbyggings parametere: utjevning: 0-2, stråle herding korreksjon: 45, ring gjenstand reduksjon: 4-9 og å rekonstruere skiver i 16-bit TIFF Format.
    4. Opprett en 3D-modell og lagre den i en standard STL-format som er kompatibel med de fleste 3D-skrivere og rask prototyping. For programmet som brukes i gjeldende studie (tabell over materialer), gjør du følgende:
      1. Velg kommando filen > Åpne for å åpne fil datasettet. Åpne dialog filen > Innstillinger , og velg kategorien Avansert .
      2. Bruk algoritmen for tilpasset gjengivelse til å konstruere 3D-modellene. Denne algoritmen minimerer antall fasett trekanter og gir jevnere overflate detaljer. Bruk 10 som lokalitet parameter; Denne parameteren definerer avstanden i piksler til det nærliggende punktet som brukes til å finne objekt kantlinjen. Minimer toleransen til 0,1 for å redusere filstørrelsen.
        Merk: Når du har åpnet datasettet, vises bildene på siden "RAW-bilder".
      3. For å angi volumet av interesse (VOI), manuelt velge to bilder for å angi som toppen og bunnen av den valgte VOI området.
      4. Gå til den andre siden, interesseområde. Velg interesseområdet for et enkelt tverrsnitt bilde manuelt.
        Merk: det valgte området vil bli uthevet i rødt (dvs. humerus tverrsnitt).
      5. Gjenta det forrige trinnet hver 10 – 15 bilder på tvers av avsnitt.
      6. Flytte til den tredje siden binære markering. Klikk fra DataSetpå histogram menyen. Histogrammet distribusjon av lysstyrke fra alle bilder av datasettet vil bli vist. Du kan også velge menyen Opprett en 3D-modell på histogram menyen.
    5. Lagre en 3D-modell av benet i STL-filformat.
    6. Forbedre nettet: manipulere nettet for å redusere størrelsen på STL-filen og gjøre den kompatibel med alle solid modellering dataassistert design program. For programmet som brukes i gjeldende studie (tabell over materialer), følger du fremgangsmåten nedenfor:
      1. Importer nett og velg alle for å redigere. Velg Reduser fra verktøysettet Rediger. Deretter velger du trekant budsjett fra verktøysettet Reduser mål. Reduser Tri Count og godta endringer. Lagre den nylig reduserte filen i STL-format ved å velge Eksporter som...
  2. Design av tilpassede bein inventar
    1. Supraspinatus sene-ledd bein
      1. Bruk en solid modellering dataassistert design program for å lage en tilpasset modell av humerus gripende innslag (figur 1, supplerende filer).
        Merk: programmet som brukes i den aktuelle studien er oppført i tabellen av materialer.
      2. Åpne filen STL-format for humerus benet i et solid modellerings program og lagre som en del fil.
        Merk: for programvaren som brukes i den aktuelle studien (tabell av materialer), ble 3D bein objektet lagret i SLDPRT format.
      3. Åpne del filen og Opprett tre anatomisk relevante plan manuelt (dvs. sagittal, koronale, tverrgående).
        1. Manuelt definere sagittal flyet til å skjære gjennom supraspinatus sene vedlegg på større tuberositas. Sikre det det 3D hindre behersker det sagittal plan idet en plan av symmetri. For å oppnå dette, Legg til eller kutt materiale fra blokken hvis nødvendig.
          Merk: dette flyet av symmetri sikrer at når prøven er satt inn i fixtures den sene og sene vedlegget er plassert i den sentrale aksen av ligaen.
      4. Måldimensjonene av benet langs hvert av de tre flyene (dvs. høyde, bredde, lengde).
      5. Måldimensjonene på de mekaniske test håndtakene der 3D-utskriften skal festes.
      6. Begynn med å designe en solid blokk del (f. eks, en solid sylinder).
        1. Sørg for at hver dimensjon av blokken er minst 5 mm større enn dimensjonene av humerus.
        2. Konto for design begrensninger fra mekaniske tester grep (dvs. sikre at 3D-trykt innslag kan monteres og demonteres fritt i de mekaniske testing grep).
      7. Opprett en monterings modell med to komponenter: den solide blokken og enten høyre eller venstre humerus bein. Definer retningen på benet i blokken (dvs. vinkelen mellom senen og benet). Sørg for at hele bein volumet passer inne i blokken.
      8. Lag et hulrom i blokken ved hjelp av humerus benet som mold. Hvis du brukerprogramvaren som er angitt i materialfortegnelsen, følger du denne fremgangsmåten:
        1. Sett design delen (humerus) og mold Base (sylinder blokk) i en midlertidig forsamling. I samlings vinduet merker du blokken og klikker Rediger komponent på verktøylinjen for montering .
        2. Klikk Sett inn > funksjoner > hulrom. Velg ensartet skalering , og angi 0% som verdien som skal skaleres i alle retninger.
      9. Undertrykk Ben delen og lagre sammenstillingen som en del.
      10. Åpen del (sylinder med hulrom). Skjær delen langs sagittal planet for å lage to symmetriske komponenter som passer til Ben anteriort og posteriort (f.eks. to halv sylindre, som vist i figur 1).
        Merk: to komponenter er utformet for å passe til bein anteriort og posteriort. Den fremre komponenten inneholder en halv sfærisk-formet hulrom forlenget fra fremre side av leddhodet opp til supraspinatus sene vedlegg. Den bakre komponenten hulrom er formet som bakre del av humerus (dvs. bakre side av leddhodet, deltoid tuberositas, og midtre og lateral epicondyle).
      11. Lagre hver komponent som en egen fil del.
      12. For fremre komponent, sikre at leddhodet er innebygd i hulrommet av den delen ved å definere passende toleranser.
        Merk: i den aktuelle studien, ved hjelp av programvaren som er angitt i tabellen av materialer, er det foreslått å følge trinnene nedenfor:
        1. Lag en dreide seg om kutt for å glatte mesh geometrien i hulrommet. Lag en skisse for kuttet ved å simulere hulrommet geometri og legge til en plasserings klaring.
          Merk: klaring gir gratis montering og demontering mellom benet og fremre komponent.
      13. Endre bakre komponent for å imitere hulrommet geometri å lage et kutt som gir klaring, som beskrevet ovenfor for fremre komponent.
      14. Lag et kutt i tverrgående flyet fra toppen av bakre komponent opp til toppen av større/mindre tuberkel.
        Merk: som vist i figur 1 og figur 2, inneholder den bakre komponenten et kutt som skaper en åpning på senen vedlegg.
      15. Lag en tettsittende passform mellom de to komponentene for å muliggjøre fri montering og demontering.
        Merk: en hull-aksel passer med en løs løpe klaring ble opprettet for inventar i den aktuelle studien.
      16. Lag 3D speil modeller for hver komponent av ligaen for motsatt lem (dvs. venstre eller høyre).
      17. Legg til et etch på undersiden av armaturen for å skille mellom venstre og høyre side.
      18. Lagre alle feste deler i STL-standard filformat som forberedelse til 3D-utskrift.
    2. Achilles sene-calcaneus bein
      1. Følg de samme trinnene som beskrevet ovenfor for supraspinatus-ledd.
        Merk: bare ett sett av inventar er nødvendig for Achilles-calcaneal, siden anatomi av venstre og høyre calcaneus bein er nesten symmetrisk.

2. biomekaniske testing av murine sener

  1. Klargjøring av prøver og måling av tverrsnitt områder
    1. Analysere muskel-sene-bein av interesse i forberedelsene til strekk mekanisk testing. I den nåværende studien, supraspinatus muskel-sene-humerus bein prøver (N = 10, 5 mann, 5 hunn) og gastrocnemius muskel-Achilles sene-calcaneus bein prøver (N = 12, 6 mann, 6 hunn) ble isolert fra 8 uke gamle C57BL/6J mus.
      1. Disseksjon av supraspinatus muskel-sene-humerus bein prøve
        1. Euthanize en mus per IACUC-godkjent prosedyre. Plasser musen i en liggende posisjon. Lag et snitt i huden ovenfra albuen av fire mot skulderen.
        2. Forsiktig fjerne huden med butt disseksjon slik at musklene i skulderen er synlig. Fjern vevet rundt humerus til benet er eksponert og kan holdes trygt med pinsett.
        3. Hold humerus med tang og forsiktig fjerne deltoid og trapezius muskler for å avdekke coracoacromial buen. Identifiser acromioclavicular leddet og forsiktig skille krageben fra acromion med et skalpell blad.
        4. Ta vare ikke å skade supraspinatus sene og dens bein vedlegg, fjerne muskelen fra sin oversiden vedlegg ved hjelp av en skalpell blad. Ta vare ikke å skade supraspinatus sene og dens bein vedlegg, løsne leddhodet fra glenoide; ved hjelp av et skalpell blad, lacerate felles kapselen og infraspinatus, subscapularis, og teres mindre sener.
        5. Disarticulate albueleddet for å skille humerus fra ulna og radius. Isolere humerus-supraspinatus sene-muskelen prøven og rengjør av overflødig bløtvev på humerus og leddhodet.
      2. Disseksjon av Achilles sene-calcaneus bein prøve
        1. Euthanize en mus per IACUC-godkjent prosedyre. Plasser musen i en liggende posisjon. Ta vare ikke å skade Achilles sene og dens bein feste, fjerne huden med butt disseksjon slik at muskulaturen rundt ankelen og kneet leddene er eksponert.
        2. Ved hjelp av en skalpell blad, som starter ved Achilles sene-calcaneus vedlegg, forsiktig løsne gastrocnemius muskelen fra sine proksimale vedlegg.
        3. Forsiktig disarticulate calcaneus fra de ulike tilstøtende bein. Isolere Achilles sene-calcaneus prøven og rengjør av overflødig bløtvev.
    2. Bestem tverrsnitt av senen ved hjelp av microcomputed tomografi.
      Merk: for skanneren som brukes i den aktuelle studien (tabell av materialer), de anbefalte innstillingene er: skanne på en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en oppløsning på 5 μm.
      1. Bland agarose pulver i ultrarent vann og mikrobølgeovn i 1-3 min til agarose er helt oppløst. Det er nyttig å mikrobølgeovn for 30-45 s, stopp og virvel, og deretter fortsette mot en byll. Fyll cryotubes opptil tre kvartaler fullt med agarose. La agarose avkjøles i ca 5-10 min.
      2. Stopp prøven i cryotube ved å sette benet opp-ned.
        Merk: bare benet skal være i agarose gel. Senen og muskelen burde være opphengt ytterside.
    3. Etter skanningen, forsiktig fjerne muskel fra sene ved hjelp av skalpell blad. Sett prøven inn i en 3D-trykt armatur.
      Merk: håndtakene kan gjenbrukes for hver test. Ikke bruk lim eller epoxy i ligaen; benet holdes i en presse Fit.
    4. Sett inn og lim senen mellom en foldet tynt silkepapir (2 cm x 1 cm) og klemme konstruksjonen ved hjelp av tynne film grep. Fest 3D-trykket med prøven inn i test håndtakene.
    5. Sett prøven og håndtakene inn i et test bad av fosfat bufret saltvann (PBS) ved 37 ° c (dvs. mus kroppstemperatur23).
  2. Strekk testing
    1. Utfør mekanisk test av strekk på en Material test ramme.
      Merk: for test RAM men som brukes i gjeldende studie (tabell over materialer), er den anbefalte protokollen:
      1. Definer gauge lengde som avstanden fra senen vedlegget til øvre grep.
      2. Forutsetning med 5 sykluser mellom 0,05 N og 0,2 N.
      3. Hold for 120 s.
      4. Bruk en spenning til svikt på 0,2%/s.
    2. Samle Last-deformasjon data.
    3. Beregn belastningen som forskyvning i forhold til den opprinnelige måle lengden av senen.
    4. Beregn stress som kraften delt på den første sene tverrsnitt (målt fra microCT).
    5. Hvis interessert i viskoelastiske atferd, utføre en stress avslapping før spenningen test til svikt og bruke data til å beregne parametre som A, B, C, tau1, og tau2 fra quasilinear viskoelastiske modell24.
    6. Fra lasten deformasjon kurve, beregne stivhet (skråningen av lineær del av kurven), maksimal kraft, og arbeidet med å gi (området under kurven opp for å gi kraft).
      1. Identifiser den lineære delen ved å velge et vindu med punkter i den belastnings deformasjon kurven som maksimerer R2 -verdien for en lineær minste kvadrater regresjon25.
      2. Bestem stivhet som skråningen av den lineære delen av lasten-forskyvning kurve25,26.
    7. Fra stress belastning kurve, beregne modul (skråningen av lineær del av kurven), styrken (maksimal stress), og elastisitet (område under kurven opp for å gi stress).
      Merk: ved hjelp av RANSAC-algoritmen er avkastnings belastningen (x-Value) definert som det første punktet når y-tilpasningen har avviket mer enn 0,5% av den forventede stressverdien (y-verdien). Yield stress er den tilsvarende y-verdien av avkastningen belastning.
      Merk: i tillegg til monotoniske strekk lasting til svikt beskrevet i den aktuelle studien, kan syklisk lasting gi viktig informasjon om sene tretthet og/eller viskoelastiske egenskaper. For eksempel, Freedman et al. rapporterte trøtthet egenskaper av murine Achilles sener27.
    8. Etter fullføring av strekk testing, utføre en microcomputed tomografi skanning av hele benet, f. eks, skanne humerus og calcaneus prøver.
      Merk: for skanneren som brukes i den aktuelle studien (tabell av materialer), de anbefalte innstillingene er: skanne på en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en oppløsning på 6 μm.
      1. Gjenta trinn 1.1.2.1 – 1.1.2.2.
    9. Gjenta trinn-1.1.3.
    10. Bruk et 3D-visualiserings program som er kompatibelt med skanneren, til å opprette en 3D-modell med volum gjengivelse av det skannede objektet.
      Merk: programmet som brukes i den aktuelle studien er oppført i tabellen av materialer.
    11. Finne området feil modus og feilområde ved å kontrollere 3D-objektet.
  3. Statistisk analyse: Vis alle prøveresultatene som gjennomsnittlig ± standardavvik (SD). Gjør sammenligninger mellom grupper ved hjelp av student t-tester (tosidig og ikke sammenkoblet). Sett betydning som p < 0,05.
    Merk: den statistiske programvaren som brukes i den aktuelle studien, er oppført i materialfortegnelsen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

3D-trykte inventar ble brukt til å teste 8-ukers gamle murine supraspinatus og Achilles sener. Alle mekaniske prøver mislyktes på enthesis, som kjennetegnes ved microCT-skanninger, visuell inspeksjon og video analyse etter strekk prøver. En en-til-en sammenligning av tidligere og nåværende metoder for supraspinatus sene testing i vårt laboratorium er vist i Figur 3. I forrige metode28,29,30, humerus benet var innebygd i epoxy og en binders ble plassert over leddhodet i et forsøk på å hindre vekst plate brudd. 4-6 timer var nødvendig for å tillate epoxy til fullt kur (Figur 3), noe som åpner for bare 6-8 eksemplarer skal testes i en typisk dag. En ytterligere begrensning av tilnærmingen var bruker avhengig effektiviteten av papir klippet plassering for å forebygge vekst plate brudd. Testresultatene ved hjelp av disse tidligere metodene var svært variable, med koeffisienter av variasjon på rekkefølgen av 30% for de fleste parametre og vekst plate svikt priser på ca 10%-20%. Som oppsummert i Figur 3ble prøve Forberedelsestiden ved hjelp av de nye metodene redusert til 5 – 10 minutter, noe som gjorde det praktisk å teste 16 – 20 prøver per dag. Videre ble vekst plate svikt eliminert.

Sammenlignet med metodikk rapportert av andre for testing murine sener14,15,17,25,28,29,30,31 ,32,33, ble de nye metodene mer effektive og reproduserbar. For supraspinatus sener, strukturelle egenskaper som maksimal belastning (3,8 ± 0,6 N) og stivhet (12,7 ± 1,8 N/mm), samt normalisert materielle egenskaper som maksimal belastning (8,7 ± 3,0 MPa), og modul (51,7 ± 13,5 MPa) hadde betydelig lavere koeffisienter av variasjoner sammenlignet med resultatene fra litteraturen (tabell 1). For Achilles sene hadde mekaniske egenskaper som maksimal belastning (7,8 ± 1,1 n) og stivhet (13,2 ± 1,9 N/mm) lavere koeffisienter av variasjoner sammenlignet med resultatene fra litteraturen19,21,22 ,32,33,34,35,36,37,38, mens maksimal belastning (24,2 ± 5,4 MPA) og modul (73,2 ± 22,1 MPa) hadde koeffisienter av variasjoner som ligner de som er rapportert i litteraturen (tabell 2).

Animal sex hadde en betydelig effekt på de mekaniske egenskapene til supraspinatus og Achilles sener (Figur 4). Når man sammenligner mannlige og kvinnelige supraspinatus sener, var det betydelige økninger i maksimal kraft (p = 0,002) og arbeide for å gi (p = 0,008). Det var trender mellom de to gruppene for stivhet (p = 0,057), stress (p = 0,068), modul (p = 0,061) og elastisitet (p = 0,078). Ved sammenligning av mannlige og kvinnelige Achilles sener, var det betydelige økninger i maksimal stress (p = 0,0006) og elastisitet (p = 0,0019). Det var trender mellom de to gruppene for arbeid å gi (p = 0,079), og modul (p = 0,074) og ingen forskjell for maksimal kraft (p = 0,1880) og stivhet (p = 0,6759).

Figure 1
Figur 1: representative 3D-modeller av inventar for humerus (øverste rad) og calcaneus (nederste rad). (A) 3D-modeller av bein. (B) demontert modeller av inventar. (C) sammensatte modeller av inventar. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: representative 3D trykt inventar. (A) ligaen for biomekaniske testing av supraspinatus sener på 8-ukers gamle mus i en vinkel på 180 ° mellom humerus og supraspinatus sene. (B) armatur for biomekaniske testing av supraspinatus sener på 8-ukers gamle mus i en vinkel på 135 ° mellom humerus og supraspinatus sene. (C) ligaen for biomekaniske testing av murine Achilles sener i en vinkel på 120 ° mellom Calcaneus og Achilles sene. (D) armatur for biomekaniske testing av supraspinatus sener av voksne Sprague Dawley rotter i en vinkel på 180 ° mellom humerus og supraspinatus sene. Scale bar: 5 mm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: sammenligning av tidligere og nåværende metoder for mekanisk testing av murine supraspinatus sener. (A) tidligere prøve Forberedelses metoder brukt i laboratoriet vårt før mekanisk testing: humerus ble puttet i epoxy opp til leddhodet for å stabilisere benet, en binders ble plassert over leddhodet for å hindre vekst plate brudd, og, for epoxy å kurere, ble prøvene igjen i romtemperatur i 4-6 timer før mekanisk testing. (B) Forberedelses metoder for prøver som brukes i den aktuelle studien (trinn 1,2 og 2.1.4): øverst til venstre viser en 3D-representasjon av inventar som produseres av en solid modellering program. Den 3D trykte inventar er gjenbrukbare og enkelt monteres og demonteres. Ben enden av prøven settes inn i armaturen, sikrer vekst platen og utsetter senen for gripende og testing. Den sene enden er limt mellom en foldet tynt silkepapir og settes inn i håndtakene. Tilberedningstiden for hver prøve er 10 – 15 minutter. (C) representative belastning-deformasjon kurver for strekk testing av supraspinatus sene ved hjelp av gjeldende metoder. (D) representativ belastning-deformasjon kurve for strekk testing av supraspinatus sene viser en vekst plate svikt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: sex effekt på de mekaniske egenskapene til supraspinatus (SST) og Achilles (ACHT) sener. Det var en betydelig effekt av sex på mange av de mekaniske egenskaper basert på ikke-sammenkoblet t-tester (* sex effekt, p < 0,05). Data vist som gjennomsnittet ± standardavvik. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: kryss Seksjons areal måling fra microCT. (A) minimum tverrsnitt måling langs lengden av supraspinatus sene. (B) minimum tverrsnitt måling langs lengden av Achilles sene. Bare senen riktig bør velges for måling. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Strukturelle egenskaper Materielle egenskaper
Dyr Maks styrke (N) Stivhet (N/mm) Maks stress (MPA) Modul (MPa)
Forfatter N Bakgrunn Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%)
Beason et al. Journal av 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 for Ortopedisk forskning (2014)31 6 C57Bl/6 1,22 ± 0,52 42,62 2,37 ± 1,6 67,51 Nr Nr
Cong et al. Journal for Ortopedisk forskning (2018)17 8 C57Bl/6 5,38 ± 2,404 # 44,68 4,25 ± 1,67 # 39,29 Nr Nr
Connizzo et al. annalene av biomedisinsk ingeniør (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 for biomedisinsk teknikk (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. Development (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
Gjennomsnittlig-pakter 27,34 Gjennomsnittlig-pakter 38,64 Gjennomsnittlig-pakter 51,70 Gjennomsnittlig-pakter 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

Tabell 1: mekaniske egenskaper for supraspinatus sener. Gjennomsnittlig ± SD og variasjonskoeffisient (pakter) for strukturelle og materielle egenskaper som anslås ved hjelp av nye metoder sammenlignet med de som rapporteres i litteraturen. [NN: ikke rapportert, * estimert fra figur (er), # standardavvik beregnet fra rapportert standard feil, † målt deformasjon ved hjelp av optiske farge linjer].

Strukturelle egenskaper Materielle egenskaper
Dyr Maks styrke (N) Stivhet (N/mm) Maks stress (MPA) Youngs modul (MPa)
Forfatter N Bakgrunn Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%) Gjennomsnittlig ± SD PAKTER (%)
Boivin et al. muskler, leddbånd og sener Journal (2014)19 6 Ikke-diabetiker mager kontroll mus 8,1 ± 0,6 7,41 3,9 ± 0,7 17,95 Nr 16 ± 3,7 23,13
Connizzo et al. annalene av biomedisinsk teknikk (2014)32 10 DB/+ Nr 20,39 ± 2,43 * 11,92 Nr 152,94 ± 44,12 * 28,85
Eekhoff et al. tidsskrift for biomekaniske Engineering (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. tidsskrift for Ortopedisk forskning (2006)34 20 C57BL/6-J x 129SV/J Nr Nr 18 ± 5 27,78 61 ± 20 32,79
Probst et al. tidsskrift for undersøkende Surgery (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 Ortopedisk forskning (2018)35 7 C57BL/6 Nr Nr 19,53 ± 7,03 0,36 62,82 ± 20,20 32,16
Wang et al. tidsskrift for Ortopedisk 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. tidsskrift for Ortopedisk 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. tidsskrift for Ortopedisk 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. tidsskrift for Ortopedisk 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
Gjennomsnittlig-pakter 22,93 Gjennomsnittlig-pakter 22,07 Gjennomsnittlig-pakter 23,96 Gjennomsnittlig-pakter 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

Tabell 2: mekaniske egenskaper av Achilles sener. Mean ± SD og pakter for strukturelle og materielle egenskaper anslått ved hjelp av nye metoder i forhold til de som rapporteres i litteraturen. [NN: ikke rapportert, * estimert fra figur (er), # standardavvik beregnet fra rapportert standard feil].

Tilleggsfiler. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Murine dyremodeller er ofte brukt til å studere sene lidelser, men karakterisering av deres mekaniske egenskaper er utfordrende og uvanlig i litteraturen. Formålet med denne protokollen er å beskrive en tid effektiv og reproduserbar metode for strekk testing av murine sener. Den nye metoder reduserte tiden det tar å teste en prøve fra timer til minutter og eliminert en stor gripende gjenstand som var et vanlig problem i tidligere metoder.

Flere trinn beskrevet i denne protokollen er avgjørende for å produsere effektive inventar mekanisk testing murine supraspinatus og Achilles sener. Først trinn 1.1.4 er nødvendig å lage en 3D-modell av ønsket bein; på grunn av den vanligvis høye oppløsningen som brukes for denne skanningen, kan imidlertid filstørrelsen være for stor til å brukes med solide modellerings programmer. Programvaren som brukes i denne protokollen klarte å redusere størrelsen på filen (trinn 1.1.6) og bevarte objekt geometri, selv om andre programvare kan også være effektive for å oppnå dette. For det andre har hver anatomiske området spesifikke design kriterier for å vurdere for effektiv gripende. For utformingen av supraspinatus sene ligaen, er det avgjørende å: (i) sikre leddhodet for å hindre vekst plate svikt (trinn 1.2.1.12), (II) definere en klaring passer som unngår frigjøre av humerus bein fra mold under testing (trinn 1.2.1.12.1) og (III) orientere humerus benet for å danne en 180 ° vinkel med den lange aksen av senen (Step 1.2.1.7). For Achilles sene ligaen design, er det avgjørende å: (i) definere en klaring passer som griper den lille calcaneus bein uten å gli ut av ligaen under testing og (II) orientere calcaneus benet for å danne en 120 ° vinkel (30 ° plantar fleksjon) med den lange aksen av senen. Tredje, nøyaktig måling av senen tverrsnitt område (trinn 2.1.2) er avgjørende for riktig beregne engineering stress for fastsettelse av materielle egenskaper. For å måle tverrsnitt av supraspinatus sene, anbefaler vi microcomputed tomografi skanninger av Ben-sene-muskelen prøven suspendert i en cryotube med en flat bunn, med benet holdt opp ned i røret med agarose. Bare humerus benet skal settes inn i agarose gel, mens ledd hode med senen og muskel festet bør skannes i luft. Som supraspinatus sene har en sprikende geometri som det setter inn i benet, den mest konsekvente måten å måle tverrsnitt er å bestemme minimum tverrsnitt område langs lengden av senen.... En lignende prosedyre bør følges for å måle tverrsnitt av Achilles sene. For Achilles sene, høyoppløselig microcomputed tomografi skanner avslører to distinkte vev: senen riktig og omkringliggende skjede, som vises som en lysere nyanse. For å konsekvent anslå minimal tverrsnitt for Achilles sene, bør bare senen riktig velges for måling (figur 5). Til slutt, håndtakene er gjenbrukbare og små variasjoner fra prøve til prøven påvirker ikke deres effektivitet. Hvert bein skal skannes en gang (for eksempel for gjeldende studie, venstre humerus, høyre humerus og calcaneus) og en 3D-modell skal opprettes for hvert bein. I tillegg, for dyr på samme alder, bein geometrien er nesten identiske, og dermed den samme ligaen kan brukes til testing av alle eksemplarer. I dette manuskriptet ble 3D trykte inventar spesifikk for 8-ukers gamle mus (med modne voksen mus) brukt til å teste sener. Det var ikke nødvendig å lage separate mannlige og kvinnelige inventar. For andre aldersgrupper (f. eks 4-ukers gamle mus) eller mus med unike bein fenotyper, anbefales det at inventar som passer den spesielle geometrien av beina er produsert.

Etter design og 3D-utskrift av inventar, for å sikre reproduserbarhet og effektivitet i tilnærmingen, bør 10 sene prøver fra mus av samme bakgrunn og alder av den planlagte studien vanligvis testes (den nøyaktige utvalgsstørrelsen kan variere avhengig av vev og dyr modell). De mekaniske egenskapene til disse sener bør fastsettes for å sikre at koeffisienter av variasjon for strukturelle og materielle egenskaper er innenfor det forventede området, som beskrevet i tabell 1 og tabell 2. Disse pilot testene bør også bekrefte at artifactual vikt (f. eks, vekst plate svikt) ikke oppstår. Flere sykluser med design, prototyping og validering kan være nødvendig for å oppnå de ønskede resultatene for sener enn supraspinatus og Achilles sener beskrevet i gjeldende papir.

En rekke grupper har rapportert de mekaniske egenskapene til murine sener. Variasjonskoeffisienten i disse studiene er vanligvis høye, noe som ofte gjør det vanskelig å plukke opp forskjeller mellom sammenlignings gruppene. Videre gjør metodisk forskjeller i vev gripende blant de ulike studiene det vanskelig å fastslå om svikt egenskaper er relevante for sene eller på grunn av artifactual grep feil. For å sammenligne de nye testmetodene med eksisterende metoder, ble en litteraturgjennomgang utført og resultatene fra 20 studier ble oppsummert (tabell 1 og tabell 2). I litteraturen, for supraspinatus sene mekanisk testing, gjennomsnittlig koeffisienter av variasjon for maksimal kraft, stivhet, maksimal stress og modul var 27%, 39%, 52%, og 45%, henholdsvis. For Achilles sene mekanisk testing var den gjennomsnittlige koeffisienter av variasjon for maksimal kraft, stivhet, maksimal stress og modul 23%, henholdsvis 22%, 24% og 25%. I dagens studie, den nye metoden for testing murine sener resulterte i en 32%-63% reduksjon av supraspinatus sene koeffisienter av variasjon og 6%-39% reduksjon i Achilles sene koeffisienter av variasjon.

Det er ingen gjeldende standard metodikk for gripende bein, og dermed er det uklart i hvilken grad artifactual gripende spørsmål har rammet rapporterte mekaniske egenskaper av murine sener. De fleste grupper rapport gripende humerus benet ved hjelp av epoxy Resin13, polymetalmetakrylat (PMMA) 14,15, eller Cyanoacrylate16 og sikring av leddhodet ved å bruke et andre belegg av PMMA14, bruke tilpasset armatur39 og/eller sette inn en binders25,28,30. Tilsvarende andre grupper rapport gripende av de mye mindre calcaneus bein ved hjelp av skreddersydde inventar19,20, forankring av klemmer21, festing i selv herding plast sement22 eller ved hjelp av en konisk form spor22. Disse metodene er imidlertid fortsatt begrenset av lav reproduserbarhet, høye artifactual feilrater og tidkrevende Forberedelses krav. De nye metodene som presenteres i denne studien har eliminert artifactual grep feil og har tredoblet antall eksemplarer som kan testes på en dag. Videre er disse metodene ikke begrenset til supraspinatus og Achilles sener, da de er lett tilpasses til å teste andre murine sener og sener fra større dyremodeller. For å teste sener fra større dyr, men den modul av 3D trykt innslag materialet må være høy nok til at det ikke er kompatibel i forhold til styrken av senen blir testet.

Flere studier har vist sex-baserte forskjeller i sene lidelser indikerer at kvinner har redusert funksjon etter behandling etter seneskade40,41,42. I den nåværende studien, Sex hadde en betydelig effekt på de mekaniske egenskapene til murine sener. Som guidet av National Institutes of Health (NIH), anbefaler vi regnskap for sex som en biologisk variabel i forskningen design av dyremodeller der sene mekaniske egenskaper vil bli målt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Studien ble støttet av 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

Bioteknologi 3D-utskrift additiv produksjon sene murine sener enthesis biomekanikk
Biomekaniske testing av 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