Tests biomécaniques des tendons murines
Summary
Le protocole décrit des méthodes d’essai biomécaniques tendineuses et reproductibles efficaces et reproductibles pour les tendons murins grâce à l’utilisation d’appareils imprimés 3D sur mesure.
Abstract
Les troubles tendons sont fréquents, touchent les personnes de tous âges et sont souvent débilitants. Les traitements standard, tels que les médicaments anti-inflammatoires, la réadaptation et la réparation chirurgicale, échouent souvent. Afin de définir la fonction tendineuse et de démontrer l’efficacité des nouveaux traitements, les propriétés mécaniques des tendons des modèles animaux doivent être déterminées avec précision. Les modèles animaux de Murine sont maintenant largement employés pour étudier des désordres de tendinon et pour évaluer de nouveaux traitements pour des tendinopathies ; cependant, la détermination des propriétés mécaniques des tendons de souris a été difficile. Dans cette étude, un nouveau système a été développé pour les essais mécaniques de tendon qui inclut les montages 3D-imprimés qui correspondent exactement aux anatomies de l’humérus et du calcaneus pour tester mécaniquement des tendons supraspinatus et tendons d’Achille, respectivement. Ces appareils ont été développés en utilisant des reconstructions 3D de l’anatomie osseuse indigène, la modélisation solide, et la fabrication additive. La nouvelle approche a éliminé les défaillances de préhension artifactual (par exemple, l’échec à l’échec de la plaque de croissance plutôt que dans le tendon), a diminué le temps d’essai global, et a augmenté la reproductibilité. En outre, cette nouvelle méthode est facilement adaptable pour tester d’autres tendons et tendons murines d’autres animaux.
Introduction
Les troubles tendons sont fréquents et très répandus parmi les populations vieillissantes, athlétiques et actives1,2,3. Aux États-Unis, 16,4 millions de lésions des tissus conjonctifs sont signalées chaque année4 et représentent 30 % de toutes les visites au bureau des médecins liées aux blessures3,5,6,7, 8. Les sites les plus fréquemment touchés sont la coiffe des rotateurs, le tendon d’Achille et le tendon rotulien9. Bien qu’une variété de traitements non-opératoires et opératoires aient été explorés, y compris les drogues anti-inflammatoires, la réadaptation, et la réparation chirurgicale, les résultats restent pauvres, avec le retour limité à la fonction et les taux élevés d’échec5, 6. Ces mauvais résultats cliniques ont motivé des études de base et translationnelles visant à comprendre la tendinopathie et à développer de nouvelles approches de traitement.
Les propriétés biomécaniques tensiles sont les principaux résultats quantitatifs définissant la fonction tendinetaire. Par conséquent, la caractérisation en laboratoire de la tendinopathie et de l’efficacité du traitement doit inclure un test rigoureux des propriétés tendineuses. De nombreuses études ont décrit des méthodes pour déterminer les propriétés biomécaniques des tendons à partir de modèles animaux tels que les rats, les moutons, les chiens et les lapins10,11,12. Cependant, peu d’études ont testé les propriétés biomécaniques des tendons murines, principalement en raison des difficultés à saisir les petits tissus pour l’essai tendu. Comme les modèles murins ont de nombreux avantages pour étudier mécaniste tendinopathie, y compris la manipulation génétique, des options de réactifs étendus, et à faible coût, le développement de méthodes précises et efficaces pour tester biomécaniquement les tissus murines est nécessaire.
Afin de tester correctement les propriétés mécaniques des tendons, le tissu doit être saisi efficacement, sans glisser ou extirper l’interface d’adhérence ou la fracturation de la plaque de croissance. Dans de nombreux cas, en particulier pour les tendons courts, l’os est saisi à une extrémité et le tendon est saisi à l’autre extrémité. Les os sont généralement fixés en les incorporant dans des matériaux tels que la résine époxy13 et le polyméthylmethacrylate14,15. Les tendons sont souvent placés entre deux couches de papier de verre, collés avec du cyanoacrylate, et fixés à l’aide de pinces de compression (si la section transversale est plate) ou dans un milieu gelé (si la section transversale est grande)15,16,17 . Ces méthodes ont été appliquées aux tendons murines biomécaniquement d’essai, mais les défis se posent en raison de la petite taille des spécimens et de la conformité de la plaque de croissance, qui n’ossifie jamais18. Par exemple, le diamètre de la tête humérale murine n’est que de quelques millimètres, ce qui rend la préhension de l’os difficile. Plus précisément, l’essai tendu des échantillons de tendon-à-os de supraspinatus murine a souvent comme conséquence l’échec à la plaque de croissance plutôt que dans le tendon ou à l’enthèse de tendon. De même, l’essai biomécanique du tendon d’Achille est difficile. Bien que le tendon d’Achille soit plus grand que les autres tendons maurines, le calcanéum est petit, ce qui rend la préhension de cet os difficile. L’os peut être enlevé, suivi par la préhension des deux extrémités du tendon; cependant, ceci empêche l’essai de l’attachement de tendon-à-os. D’autres groupes rapportent saisir l’os de calcaneus utilisant des montages faits sur commande19,20,moulant par des pinces21,fixant dans le ciment plastique d’auto-traitement22 ou utilisant une fente conique de forme22,pourtant ces les méthodes antérieures restent limitées par une faible reproductibilité, des taux d’échec de préhension élevés et des exigences fastidieuses en matière de préparation.
L’objectif de la présente étude était de développer une méthode précise et efficace pour l’essai biomécanique tendu des tendons murins, en se concentrant sur les tendons supraspinatus et d’Achille comme exemples. Utilisant une combinaison des reconstructions 3D de l’anatomie indigène d’os, de la modélisation pleine, et de la fabrication additive, une nouvelle méthode a été développée pour saisir les os. Ces appareils ont effectivement sécurisé les os, empêché l’échec de plaque de croissance, diminué le temps de préparation d’échantillon, et la reproductibilité accrue d’essai. La nouvelle méthode est facilement adaptable pour tester d’autres tendons maurines ainsi que des tendons chez les rats et d’autres animaux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les modèles animaux de Murine sont couramment employés pour étudier des désordres de tendon, mais la caractérisation de leurs propriétés mécaniques est provocante et rare dans la littérature. Le but de ce protocole est de décrire une méthode efficace et reproductible de temps pour l’essai tendu des tendons murins. Les nouvelles méthodes ont réduit le temps nécessaire pour tester un échantillon d’heures en minutes et ont éliminé un artefact de préhension majeur qui était un problème commun dans les mé…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L’étude a été soutenue par le NIH / NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).
Materials
| 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 |
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