Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Биомеханическое тестирование тендонов Murine

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

Протокол описывает эффективные и воспроизводимые методы биомеханического тестирования на сухожилия мурин с помощью специально подходят 3D печатные светильники.

Abstract

Тендон расстройства являются общими, влияют на людей всех возрастов, и часто изнурительных. Стандартные методы лечения, такие как противовоспалительные препараты, реабилитация и хирургический ремонт, часто терпят неудачу. Для того, чтобы определить функцию сухожилия и продемонстрировать эффективность новых методов лечения, механические свойства сухожилий из животных моделей должны быть точно определены. Модели животных Murine в настоящее время широко используются для изучения заболеваний сухожилий и оценки новых методов лечения тендинопатий; однако, определение механических свойств сухожилий мыши было сложной задачей. В этом исследовании, новая система была разработана для сухожилий механического тестирования, которая включает в себя 3D-печатные светильники, которые точно соответствуют анатомии плечевой кости и кальканеуса для механически испытания сухожилий супраспината и ахиллова сухожилия, соответственно. Эти светильники были разработаны с использованием 3D-реконструкций родной костной анатомии, твердого моделирования и аддитивного производства. Новый подход устранял сбои в работе артефактных захватов (например, сбой при сбое пластины роста, а не в сухожилии), сократил общее время тестирования и повысил воспроизводимость. Кроме того, этот новый метод легко адаптируется для тестирования других сухожилий и сухожилий морина от других животных.

Introduction

Тендон расстройства являются общими и весьма распространены среди старения, спортивные, и активные группы населения1,2,3. В Соединенных Штатах, 16,4 миллиона травм соединительной ткани сообщается каждый год4 и составляют 30% всех травм, связанных с врачом офис посещает3,5,6,7, 8. Наиболее часто затронутые участки включают вращающую манжету, ахиллово сухожилие и сухожилие9. Хотя различные неоперативные и оперативные методы лечения были изучены, в том числе противовоспалительные препараты, реабилитация, и хирургический ремонт, результаты остаются плохими, с ограниченным возвращением к функции и высоким и высоким уровнем отказа5, 6. Эти плохие клинические исходы побудили основные и трансляционные исследования, стремясь понять тендинопатию и разработать новые подходы к лечению.

Тензильные биомеханические свойства являются первичными количественными исходами, определяющими функцию сухожилия. Таким образом, лабораторная характеристика тендинопатии и эффективности лечения должны включать в себя тщательное тестирование сухожилий растяжить свойства. Многочисленные исследования описали методы, чтобы определить биомеханические свойства сухожилий из животных моделей, таких как крысы, овцы, собаки и кролики10,11,12. Тем не менее, несколько исследований были протестированы биомеханические свойства сухожилий мурин, в первую очередь из-за трудностей в захвате небольших тканей для растяжения. Поскольку моделя мрины имеет многочисленные преимущества для механистического изучения тендинопатии, включая генетические манипуляции, обширные варианты реагента и низкую стоимость, необходима разработка точных и эффективных методов биомеханического тестирования мурин.

Для того, чтобы правильно проверить механические свойства сухожилий, ткань должна быть сжата эффективно, без скольжения или артефактного разрыва на интерфейс ехании или разрыв роста пластины. Во многих случаях, особенно для коротких сухожилий, кость сжат на одном конце, и сухожилие сжато на другом конце. Кости, как правило, обеспечены путем встраивания их в такие материалы, как эпоксидная смола13 и полиметилметакрилат14,15. Тендоны часто помещаются между двумя слоями наждачной бумаги, приклеены цианоакрилатом и закреплены с помощью сжатия зажимы (если поперечное сечение плоское) или в замороженную среду (если поперечный сечение большое)15,16,17 . Эти методы были применены к биомеханически испытания мурин сухожилий, но проблемы возникают из-за небольшого размера образцов и соответствия роста пластины, которая никогда не окостенеет18. Например, диаметр плечевой головки мунина составляет всего несколько миллиметров, что затрудняет захват кости. В частности, растяжение тестирования морин супраспинат сухожилие к кости образцов часто приводит к отказу на рост пластины, а не в сухожилия или на сухожилия энтеза. Аналогичным образом, биомеханическое тестирование ахиллова сухожилия является сложной задачей. Хотя ахиллово сухожилие больше, чем другие сухожилия мурин, calcaneus является небольшим, что делает захват этой кости трудно. Кость может быть удалена, а затем захвата двух концы сухожилий; однако, это исключает тестирование сухожилия к кости вложения. Другие группы сообщают захвата calcaneus кости с помощью пользовательских светильников19,20, якорь зажимы21, фиксация в самостоятельной лечения пластикового цемента22 или с помощью конической формы слот22, но эти предыдущие методы по-прежнему ограничены низкой воспроизводимостью, высокой скоростью сбоев и утомительными требованиями к подготовке.

Целью нынешнего исследования было разработать точный и эффективный метод для растяжения биомеханического тестирования сухожилий мурин, уделяя особое внимание супраспинату и ахиллову сухожилиям в качестве примеров. Используя комбинацию 3D-реконструкций из родной костной анатомии, твердого моделирования и аддитивного производства, был разработан новый метод для захвата костей. Эти приспособления эффективно закрепили кости, предотвратили отказ пластины роста, уменьшили время подготовки образца, и увеличили воспроизводимость испытания. Новый метод легко адаптируется для тестирования других сухожилий мурин, а также сухожилий у крыс и других животных.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Исследования на животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Колумбийского университета. Мыши, используемые в этом исследовании, были фоном C57BL/6J и были приобретены в лаборатории Джексона (Bar Harbor, ME, США). Они были размещены в условиях, свободных от патогенов, и им предоставлялись продукты питания и вода.

1. Разработка пользовательских подходят 3D печатных светильников для захвата кости

  1. Приобретение изображения кости и построение 3D-модели кости
    1. Вскрыть кости интерес в подготовке к созданию 3D-модели и 3D печать костного сцепления; плечевой кости и кальканея используются в качестве примеров в текущем протоколе.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные инструкции по вскрытию образцов костно-тендона-мышечной мышцы для механического тестирования предоставляются в шаге 2.1.1. Следующие шаги должны следовать, чтобы изолировать кости с целью создания 3D-печати костной ручки.
      1. Рассечение плечевой кости: Эвтаназия мыши в процедуре, одобренной IACUC. Удалить верхнюю конечность кожи, удалить все мышцы над плечевой кости, раздронять локоть и геногумеральные суставы, и тщательно удалить все соединительные ткани, прикрепленные к плечевой кости.
      2. Рассечение кальканеуса: Эвтанизация мыши в процедуре, одобренной IACUC. Удалить нижнюю кожу конечности, разрозненные ахиллова сухожилия-calcaneus сустава и суставов между calcaneus и других костей ног, и тщательно удалить все соединительные ткани, прикрепленные к calcaneus.
    2. Выполните микрокомпьютерную томографию всей кости, например, сканировать образцы плечевой кости и калькана.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от используемого сканера настройки будут отличаться. Для сканера, используемого в текущем исследовании(Таблица материалов),рекомендуемые настройки: сканирование на энергию 55 кВП, Al 0.25 фильтр, с разрешением 6 мкм.
      1. Смешайте агарозный порошок в ультрачистой воде и микроволновой печи в течение 1-3 мин до полного растворения агарозы. Полезно микроволновой печи для 30-45 с, остановить и вихрь, а затем продолжить к кипению. Заполните криотубемы до трех четвертей с агарозой. Пусть агароуз остынет в течение 5-10 мин.
      2. Вставьте кость в гель агарозы (это предотвратит движение артефактов во время сканирования). Вставьте криотубеб с костью в сканер.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Для сканера, используемого в текущем исследовании, для всех сканирований использовался автоматический сменщик образца 16 позиций. Этот сканер может автоматически выбирать увеличение в зависимости от размера и формы образца.
    3. Реконструкция микрокомпьютерной томографии сканирования проекционных изображений в поперечное сечение изображений. Используйте рекомендуемые параметры для комбинации сканера/программного обеспечения экспериментатора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для программы, используемой в текущем исследовании(Таблица материалов), рекомендуется использовать следующие параметры реконструкции: Сглаживание: 0-2, Коррекция затвердевания пучка: 45, Уменьшение артефактов кольца: 4-9 и реконструировать ломтики в 16-битных TIFF Формат.
    4. Создайте 3D-модель и сохраните в стандартном формате STL, совместимом с большинством 3D-принтеров и быстрым прототипированием. Для программы, используемой в текущемисследовании (Таблица материалов),сделать следующее:
      1. Выберите файл команды (Ru) открыть для открытия набора данных файлов. Откройте диалогОвый файл (Ru) и выберите вкладку Advanced.
      2. Используйте алгоритм адаптивного рендеринга для построения 3D-моделей. Этот алгоритм сводит к минимуму количество граненых треугольников и обеспечивает более плавную деталь поверхности. Используйте 10 в качестве параметра местности; этот параметр определяет расстояние в пикселях до соседней точки, используемой для поиска границы объекта. Свести к минимуму допуск к 0,1 для уменьшения размера файла.
        ПРИМЕЧАНИЕ: После открытия набора данных изображения отображаются на странице "Raw Images".
      3. Чтобы указать объем интереса (VOI), вручную выберите два изображения для установки в качестве верхней и нижней части выбранного диапазона VOI.
      4. Перейдите на вторую страницу, Регион интересов. Вручную выберите интересуемый регион на одном изображении поперечного сечения.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Выбранный регион будет выделен красным цветом (т.е. поперечная область плечевой кости).
      5. Повторите предыдущий шаг каждые 10-15 поперечных изображений.
      6. Перейдите на третью страницу Двоичного отбора. В меню гистограммы нажмите из набора данных. Будет показано распределение яркости гистограммы со всех изображений набора данных. Также в меню гистограммы щелкните меню файла «Создать 3D-модель».
    5. Сохранить 3D-модель кости в формате файла STL.
    6. Уточните сетку: Манипулируйте сеткой, чтобы уменьшить размер файла STL и сделать ее совместимой с любой твердой программой проектирования с помощью компьютера. Для программы, используемой в текущемисследовании (Таблица материалов),следуйте ниже следующим шагам:
      1. Импортная сетка и выберите все для отображима. Выберите Уменьшить из набора инструментов Edit. Затем выберите бюджет треугольника из набора инструментов Reduce Target. Уменьшите три графа и примите изменения. Reсохранить недавно уменьшенный файл в формате STL, выбрав Экспорт как...
  2. Дизайн специально подходят костные светильники
    1. Супраспинат сухожилий плечевой кости
      1. Используйте твердое моделирование компьютерной программы дизайна для создания настраиваемой модели плечевой захвата приспособление (Рисунок 1, Дополнительные файлы).
        ПРИМЕЧАНИЕ: Программа, используемая в текущем исследовании,указана в таблице материалов .
      2. Откройте файл формата STL кости плечевой кости в твердой программе моделирования и сохранить как часть файла.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Для программного обеспечения, используемого в текущем исследовании(Таблица материалов), 3D кости объект был сохранен в формате SLDPRT.
      3. Откройте файл детали и вручную создайте три анатомически значимых плоскости (т.е. сагиттал, корональный, поперечный).
        1. Вручную определить сагиттальной плоскости, чтобы прорезать supraspinatus сухожилия вложения на большую туберозность. Убедитесь, что 3D блок содержит сагитальную плоскость в виде плоскости симметрии. Для достижения этой цели, добавить или вырезать материал из блока, если это необходимо.
          ПРИМЕЧАНИЕ: Эта плоскость симметрии гарантирует, что при вставке образца в светильники крепление сухожилий и сухожилия расположены в центральной оси прибора.
      4. Измерьте размеры кости вдоль каждого из трех плоскостей (т.е. высота, ширина, длина).
      5. Измерьте размеры механических испытательных захватов, где будет прикреплен 3D печатный прибор.
      6. Начните с проектирования сплошной части блока (например, твердого цилиндра).
        1. Убедитесь, что каждое измерение блока, по крайней мере 5 мм больше, чем размеры плечевой кости.
        2. Учитывайте ограничения конструкции от механических захватов испытания (т.е., обеспечить что приспособление напечатанной 3D можно собрать и разобрать свободно в механически ручках испытания).
      7. Создайте модель сборки с двумя компонентами: сплошной блок и либо правую, либо левую плечевую кость. Определите ориентацию кости внутри блока (т.е. угол между сухожилием и костью). Убедитесь, что весь объем кости помещается внутри блока.
      8. Создайте полость в блоке, используя кость плечевой кости в качестве плесени. При использовании программного обеспечения, указанного в таблице материалов,выполните следующие действия:
        1. Вставьте конструкторскую часть (плечевой кости) и основу формы (блок цилиндра) в промежуточную сборку. В окне сборки выберите блок и нажмите «Компонент отсечения» из панели инструментов сборки.
        2. Нажмите Вставка (ru) и особенности и полости. Выберите единую масштабирование и введите 0% в качестве значения для масштабирования во всех направлениях.
      9. Подавите костную часть и сохраните сборку как часть.
      10. Открытая часть (цилиндр с полостью). Вырезать часть вдоль sagittal плоскости, чтобы создать два симметричных компонентов, которые соответствуют кости передней и задней (например, две половины цилиндров, как видно на рисунке 1).
        ПРИМЕЧАНИЕ: Два компонента разработаны, которые соответствуют кости передней и задней. Передний компонент включает в себя половину сферической формы полости, простиранной от передней стороны плечевой головки до крепления сухожилий надспината. Полость заднего компонента имеет форму задней части плечевой кости (т.е. задняя сторона плечевой головы, дельтовидная туберозность, медиальная и боковая эпепондиэль).
      11. Сохранить каждый компонент в виде отдельной части файла.
      12. Для переднего компонента убедитесь, что плечевая головка встроена в полость детали, определив соответствующие допуски.
        ПРИМЕЧАНИЕ: В текущем исследовании, используя программное обеспечение, указанное в таблице материалов,предлагается выполнить шаги ниже:
        1. Создайте вращающийся разрез, чтобы сгладить геометрию сетки полости. Создайте эскиз для разреза, имитируя геометрию полости и добавляя клиренс.
          ПРИМЕЧАНИЕ: Зазор позволяет свободно сборки и разборки между костью и передней компонента.
      13. Измените задний компонент, чтобы имитировать геометрию полости, чтобы создать разрез, который добавляет клиренс, как описано выше для переднего компонента.
      14. Сделайте разрез в поперечной плоскости, начиная с верхней части заднего компонента до гребня большей / меньшей клубен.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Как видно на рисунке 1 и рисунке 2, задний компонент включает в себя разрез, который создает отверстие на сухожилия вложения.
      15. Создайте уютное соответствие между двумя компонентами, чтобы обеспечить свободную сборку и разборку.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Отверстие-вал подходит с свободной работает клиренс был создан для светильников в текущем исследовании.
      16. Создание 3D зеркальных моделей для каждого компонента прибора для противоположной конечности (т.е. левой или правой).
      17. Добавить etch на нижней части светильников, чтобы различать левую и правую стороны.
      18. Сохранить все детали арматуры в стандартном формате файла STL в рамках подготовки к 3D-печати.
    2. Ахиллово сухожилие-кальканеус кости
      1. Следуйте тем же шагам, как описано выше для supraspinatus-плечевой головной арматуры.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Только один комплект приспособлений необходим для Achilles-calcaneal, в виду того что анатомия косточек левой и правой calcaneus почти симметрична.

2. Биомеханическое тестирование сухожилий мурин

  1. Подготовка образцов и измерение поперечной области
    1. Вскрыть мышцу-тендон-косточки интерес в подготовке к растяжить механическое тестирование. В текущем исследовании, мышцы супраспината - сухожилия - образцы костей плечевой кости (N 10, 5 мужчин, 5 женщин) и гастрокнемия мышцы - Ахиллесова сухожилия-calcaneus костных образцов (N 12, 6 мужчин, 6 женщин) были изолированы от 8 недель ных склерин/6J мышей.
      1. Рассечение мышцы супраспината - сухожилия - образца кости плечевой кости
        1. Эвтаназия мыши в процедуре, одобренной IACUC. Расположите мышь в положении склонного. Сделайте разрез в коже сверху локтем передних лап к плечу.
        2. Аккуратно удалите кожу тупым вскрытием, чтобы мускулатура плеча была видна. Удалите ткани, окружающие плечевой кости, пока кость не подвергается воздействию и может быть проведена надежно с щипками.
        3. Держите плечевой кости с щипками и тщательно удалить дельтоидные и трапеции мышцы подвергать коракоакромиальной арки. Определите акромиоклавикулярный сустав и тщательно отделите ключицу от акромиона скальпелем.
        4. Заботясь о том, чтобы не повредить сухожилие супраспината и его костлявое крепление, снимите мышцу с лопатки с помощью скальпеля. Заботясь о том, чтобы не повредить сухожилие супраспината и его костлявое привязанность, отсоедините плечевую голову от гленоида; с помощью скальпеля лезвие, рваные совместные капсулы и инфраспината, subscapularis, и teres незначительные сухожилия.
        5. Разделите локтевого сустава, чтобы отделить плечевую кику от локотевой кости и радиуса. Изолировать плечевой кости - сухожилие супраспината - образец мышцы и очистить от лишних мягких тканей на плечевой и плечевой головке.
      2. Рассечение ахиллова сухожилия - образец кости calcaneus
        1. Эвтаназия мыши в процедуре, одобренной IACUC. Расположите мышь в положении склонного. Заботясь о том, чтобы не повредить ахиллово сухожилие и его костлявое крепление, удалите кожу тупым вскрытием так, чтобы мускулатура вокруг голеностопного и коленного суставов подвергалась воздействию.
        2. Используя скальпельное лезвие, начиная с ахиллова сухожилия - качканевого крепления, тщательно отсоединяйте мышцу гастрокнемии от ее проксимальных вложений.
        3. Тщательно разнядите кальканюс от различных смежных костей. Изолировать ахиллово сухожилие - образец кальканея и очистить лишние мягкие ткани.
    2. Определите поперечную область сухожилия с помощью микрокомпьютерной томографии.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для сканера, используемого в текущем исследовании(Таблица материалов), рекомендуемые настройки: сканирование на энергию 55 кВП, Al 0.25 фильтр, с разрешением 5 мкм.
      1. Смешайте агарозный порошок в ультрачистой воде и микроволновой печи в течение 1-3 мин до полного растворения агарозы. Полезно микроволновой печи для 30-45 с, остановить и вихрь, а затем продолжить к кипению. Заполните криотубемы до трех четвертей с агарозой. Пусть агароуз остынет в течение 5-10 мин.
      2. Приостановить образец в криотубе, вставив кости вверх дном.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Только кость должна быть в геле агарозы. Сухожилие и мышцы должны быть приостановлены снаружи.
    3. После сканирования аккуратно снимите мышцы с сухожилия с помощью скальпеля. Вставьте образец в 3D-печатном светильнике.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ручки многоразовые для каждого теста. Не используйте клей или эпоксидную кислоту в приборе; кость удерживается в пресс-припадке.
    4. Вставьте и склейте сухожилие между сложенной тонкой салфеткой (2 см х 1 см) и зажмите конструкцию с помощью тонких пленочных сцеплений. Прикрепите 3D-печатный светильник с образцом в испытательные ручки.
    5. Вставьте образец и ручки в тестовую ванну фосфата буферного сольника (PBS) при температуре 37 градусов по Цельсию (т.е. температура тела мыши23).
  2. Тестирование на напряжении
    1. Выполните растяжевые механические испытания на раме испытания материала.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для тест-рамки, используемой в текущем исследовании(Таблица материалов),рекомендуемый протокол:
      1. Определите длину колеи как расстояние от сухожилия крепления к верхней сцепление.
      2. Предварительное условие с 5 циклами между 0,05 N и 0.2 N.
      3. Подержите 120 с.
      4. Используйте напряжение до отказа 0,2%/s.
    2. Сбор данных о деформации нагрузки.
    3. Рассчитайте напряжение как смещение относительно первоначальной длины датчика сухожилия.
    4. Рассчитайте стресс как силу, разделенную на начальную поперечную область сухожилий (измеренную из микроКТ).
    5. Если вас интересует в вязкоуластичном поведении, выполните стресс релаксации до напряжения тест на провал и использовать данные для расчета параметров, таких как A, B, C, tau1, и tau2 от квазилининерной viscoelastic модели24.
    6. Из кривой деформации нагрузки вычислите жесткость (наклон линейной части кривой), максимальную силу и работу, чтобы уступить (область под кривой до силы выхода).
      1. Определите линейную часть, выбрав окно точек в кривой деформации нагрузки, которая максимизирует значение R2 для линейной регрессии наименьших квадратов25.
      2. Определите жесткость как наклон линейной части кривой смещения нагрузки25,26.
    7. Из кривой напряжения, вычислить модул (наклон линейной части кривой), прочность (максимальный стресс), и устойчивость (область под кривой до выхода стресса).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используя алгоритм RANSAC, деформация доходности (x-значение) определяется как первая точка, когда y-fit отклонился более чем на 0,5% от ожидаемого значения стресса (y-value). Давление доходности является соответствующим y-значением деформации урожайности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В дополнение к монотоновой нагрузки растяжек на провал, описанный в текущем исследовании, циклическая нагрузка может обеспечить важную информацию об усталости сухожилия и / или вискоэляровые свойства. Например, Фридман и др. сообщили об усталостных свойствах муринах ахиллова сухожилия27.
    8. После завершения тестирования на напряжении проводите микрокомпьютерную томографию всей кости, например, сканирует образцы плечевой кости и калькана.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для сканера, используемого в текущем исследовании(Таблица материалов), рекомендуемые настройки: сканирование на энергию 55 кВП, Al 0.25 фильтр, с разрешением 6 мкм.
      1. Повторите шаги 1.1.1.1.1.1.2.2.
    9. Повторите шаг 1.1.3.
    10. Используйте программу 3D визуализации, совместимую со сканером, для создания трех-предоставленной объемной 3D-модели отсканированного объекта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Программа, используемая в текущем исследовании,указана в таблице материалов .
    11. Определите режим сбоя и область участка сбоя путем проверки 3D-объекта.
  3. Статистический анализ: Отображение всех результатов выборки как среднее - стандартное отклонение (SD). Сопроводить группы, использующие т-тесты студента (двуххвостые и неспаренные). Установить значение, как р Злт; 0,05.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Статистическое программное обеспечение, используемое в текущем исследовании,перечислено в таблице материалов .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

3D-печатные светильники были использованы для тестирования 8-недельного морин супраспината и ахиллова сухожилия. Все механически испытанные образцы не сработали при энтезисе, что характерно для сканирования микрокт, визуального осмотра и видеоанализа после проведения напряженных тестов. Сравнение один на один предыдущих и текущих методов тестирования сухожилий надспинатуса в нашей лаборатории показано на рисунке 3. В предыдущем методе28,29,30, плечевой кости была встроена в эпоксидной смолы и скрепка была помещена на плечевой голове в попытке предотвратить перелом пластины роста. 4-6 часов были необходимы, чтобы эпоксидная смола полностью вылечить(рисунок 3), что позволяет только 6-8 образцов, которые будут протестированы в обычный день. Еще одним ограничением подхода была пользовательская эффективность размещения скрепочной скрепки для предотвращения перелома пластины роста. Результаты тестирования с использованием этих предыдущих методов были весьма изменчивыми, с коэффициентами вариации на порядка 30% для большинства параметров и темпы отказа пластины роста примерно 10%-20%. Как резюмируется на рисунке 3, время подготовки образцов с использованием новых методов было сокращено до 5-10 минут, что делает его практичным для тестирования 16-20 образцов в день. Кроме того, были устранены сбои в работе пластин.

По сравнению с методологией, о сдругой информации, для тестирования мурин сухожилий14,15,17,25,28,29,30,31 ,32,33, новые методы были более эффективными и воспроизводимыми. Для сухожилий супраспината, структурных свойств, таких как максимальная нагрузка (3,8 и 0,6 Н) и жесткость (12,7 и 1,8 Н/мм), а также нормализованные свойства материала, такие как максимальная нагрузка (8,7 и 3,0 МПа), и модуля (51,7 и 13,5 МПа) имели значительно более низкие коэффициенты вариации по сравнению с результатами из литературы (Таблица 1). Для ахиллова сухожилия механические свойства, такие как максимальная нагрузка (7,8 и 1,1 Н) и жесткость (13,2 и 1,9 Н/мм), имели более низкие коэффициенты вариаций по сравнению с результатами литературы19,21,22 ,32,33,34,35,36,37,38, в то время как максимальный стресс (24,2 и 5,4 МПА) и модуля (73,2 22.1 МПА) имели коэффициенты вариаций, аналогичные тем, которые были зарегистрированы в литературе(таблица 2).

Секс животных оказал значительное влияние на механические свойства супраспината и ахиллова сухожилия(рисунок 4). При сравнении мужских и женских сухожилий супраспината произошло значительное увеличение максимальной силы(р 0,002) и работы, чтобы дать(стр 0,008). Между двумя группами наблюдались тенденции к жесткости(р 0,057), стрессу(стр. 0,068), модулю(стр. 0,061) и устойчивости(стр. 0,078). При сравнении мужских и женских ахиллова сухожилий произошло значительное увеличение максимального стресса(р 0,0006) и устойчивости(р 0,0019). Между двумя группами существовали тенденции к выходу работы(стр. 0,079) и модулю(стр. 0,074) и не было разницы в максимальной силе(стр. 0,1880) и жесткости(стр. 0,6759).

Figure 1
Рисунок 1: Представитель 3D модели светильников для плечевой кости (верхний ряд) и calcaneus (нижний ряд). (A) 3D модели костей. (B) Разобранные модели светильников. (C) Собранные модели светильников. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Представитель 3D печатных светильников. (A) Приспособление для биомеханического тестирования сухожилий супраспината 8-недельных мышей под углом 180 "между плечевой и супраспинат сухожилия. (B) Приспособление для биомеханического тестирования сухожилий супраспината 8-недельных мышей под углом 135 "между плечевой и супраспинат сухожилия. (C) Приспособление для биомеханического тестирования сухожилий ахиллова руина под углом 120 "между кальканеем и ахиллово сухожилие. (D) Приспособление для биомеханического тестирования сухожилий супраспината взрослых крыс Sprague Dawley под углом 180 "между плечевой и супраспинат сухожилия. Шкала бар: 5 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Сравнение предыдущих и текущих методов механического тестирования сухожилий морин супраспината. (A) Предыдущие методы подготовки образца, используемые в нашей лаборатории до механического тестирования: плечевой кости был горшок в эпоксидной до плечевой головы, чтобы стабилизировать кости, скрепка была помещена на плечевую голову, чтобы предотвратить перелом пластины роста, и, для лечения эпоксидной смолы образцы оставались в комнатной температуре в течение 4-6 часов до механического тестирования. (B) Методы подготовки образцов, используемые в текущем исследовании (Шаги 1.2 и 2.1.4): Верхний левый показывает 3D-представление светильников, произведенных твердой программой моделирования. 3D печатные светильники многоразовые и легко собираются и разбираются. Костной конец образца вставляется в светильники, обеспечивая рост пластины и подвергая сухожилия для захвата и тестирования. Конец сухожилия приклеивается между сложенной тонкой салфеткой и вставляется в ручки. Время подготовки к каждому экземпляру составляет 10–15 минут. (C) Представитель нагрузки деформации кривых для растяжения сухожилий супраспината с использованием текущих методов. (D) Представитель нагрузки деформации кривой для растяжения сухожилия супраспината, показывающие провал пластины роста. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Половое воздействие на механические свойства надспинатовых (SST) и ахиллов (ACHT) сухожилий. Было значительное влияние секса на многие механические свойства, основанные на непарных т-тестах (эффект пола, р-л; 0,05). Данные, отображаемые как среднее и стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Измерение поперечной области с микроКТ. (A) Минимальное измерение поперечной области по длине сухожилия супраспината. (B) Минимальное измерение поперечной области по длине ахиллова сухожилия. Только собственно сухожилия должны быть выбраны для измерения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Структурные свойства Материальные свойства
Животных Макс Форс (N) Тяжесть (N/mm) Макс Стресс (Mpa) Модуль (MPa)
Автор N Фон Средние sD COV (%) Средние sD COV (%) Средние sD COV (%) Средние sD COV (%)
Beason et al. Journal of Shoulder and Elbow Surgery (2013)15 10 C57Bl/6 0,93 х 0,34 36.56 95,1 х 39,8 41.85 3,40 х 1,56 45.88 312,8 х 127,0 40.60
Белл и др. журнал ортопедических исследований (2014)31 6 C57Bl/6 1,22 и 0,52 42.62 2,37 и 1,6 67.51 Nr Nr
Конг и др. журнал ортопедических исследований (2018)17 8 C57Bl/6 5,38 и 2,404 # 44.68 4,25 и 1,67 # 39.29 Nr Nr
Конниццо и др. Анналы биомедицинской инженерии (2014)32 10 NR (дб/З) Nr 84.44 - 27,23 32.25 Nr 476 ю 186,27 39.13
Connizzo et al. Journal of Biomedical Engineering (2013)14 Nr C57/BL6 Nr Nr Nr 297 г. - 148,90 50.13
Deymier et al. Acta Biomaterialia (2019)28 12 CD-1 IGS мышь (WT) 5,0 и 0,7 14 9,2 и 2,9 31.52 33 и 35 106.06 Nr
Eekhoff et al. Journal of Biomedical Engineering (2017)33 13 Эльн - / Nr 8,50 и 2,95 34.71 5,96 х 3,23 54.19 101.2 и 50.8 50.20
Killian et al. FASEB Journal (2016)29 8 C57BL/6 Nr Nr 7,79 х 2,61 33.50 58,32 - 31,73 54.41
Шварц и др. Кости (2014)25 20 CD-1 IGS мышь (WT) 4,11 - 0,79 19.22 8,58 и 3,78 44.06 12.29 - 5,95 48.41 133.80 - 59,41 44.40
Шварц и др. Развитие (2015)30 12 (Роза-ДТА (DTA) x Gli1-CreERT2 ) ScxCre; Smofl/fl (WT) 4,16 х 0,29 6.97 11.04 - 1,98 17.93 26.24 и 5,81 22.14 121,89 и 44,18 36.25
Средний COV 27.34 Средний COV 38.64 Средний COV 51.70 Средний COV 45.02
Новый метод 10 C57BL/6J 3,79 х 0,62 16.41 12,73 и 1,81 14.20 8,71 и 3,04 34.91 51,67 и 13,54 26.20

Таблица 1: Механические свойства сухожилий супраспината. Средний SD и коэффициент вариации (COV) для структурных и материальных свойств, оцениваемых с использованием новых методов по сравнению с теми, о которых сообщается в литературе. «NR: не сообщается, - оценивается по рисунку (ы), - стандартное отклонение, рассчитанное по зарегистрированной стандартной ошибке, измеренная деформация с использованием оптических линий пятен.

Структурные свойства Материальные свойства
Животных Макс Форс (N) Тяжесть (N/mm) Макс Стресс (Mpa) Модуля Янга (MPa)
Автор N Фон Средние sD COV (%) Средние sD COV (%) Средние sD COV (%) Средние sD COV (%)
Бойвин и др. Мышцы, Связки и тендоны журнал (2014)19 6 Недиабетических худощавых мышей управления 8,1 и 0,6 7.41 3,9 и 0,7 17.95 Nr 16 и 3,7 23.13
Конниццо и др. Анналы биомедицинской инженерии (2014)32 10 db/) Nr 20.39 - 2,43 11.92 Nr 152.94 - 44,12 28.85
Eekhoff et al. Journal of Biomechanical Engineering (2017)33 8 Эльн - / Nr 18,86 и 3,37 17.87 10,55 и 2,97 28.15 443,8 и 131,7 29.68
Mikic et al. Journal of Orthopaedic Research (2006)34 20 C57BL/6-J x 129SV/J Nr Nr 18 и 5 27.78 61 х 20 32.79
Пробст и др. журнал следственной хирургии (2000)22 20 BALB/c 8,4 и 1,1 13.10 6,3 и 1,2 19.05 Nr Nr
Shu et al. Peer J (2018)21 9 C57BL/6 9,6 и 3,84 39.96 8.19 и 3,63 44.32 27,55 и 10,54 38.26 Nr
Sikes et al. Journal of Orthopaedic Research (2018)35 7 C57BL/6 Nr Nr 19,53 и 7,03 0.36 62,82 и 20,20 32.16
Wang et al. Journal of Orthopaedic Research (2006)36 9 A/J 8,4 и 1,2 14.29 12,2 и 2,8 22.95 78,2 и 8,6 11.00 713,9 и 203,7 28.53
Wang et al. Journal of Orthopaedic Research (2006)36 8 C57BL/6J 10,2 и 1,4 13.73 13.1 и 2.5 19.08 97,4 и 11,4 11.70 765.1 и 179.6 23.47
Wang et al. Journal of Orthopaedic Research (2006)36 7 C3H/HeJ 12,5 и 1,7 13.60 14.1 и 3.2 22.70 97,5 и 10,9 11.18 708,6 и 127,8 18.04
Wang et al. Journal of Orthopaedic Research (2011)37 7 C57BL/6 6,6 и 1,7 25.76 8,2 и 1,4 17.07 13,4 и 3,7 27.61 86,8 и 15,5 17.86
Чжан и др. Матрица биологии (2016)38 Nr CD-1 и C57BL/6J 6,73 х 3,74 55.57 12.03 - 3,34 27.76 25,4 и 15,14 59.61 632.31 - 113,79 18.00
Средний COV 22.93 Средний COV 22.07 Средний COV 23.96 Средний COV 25.25
Новый метод 12 C57BL/6J 7,8 и 1,08 13.91 13.19 - 1,86 14.08 24.16 и 5,42 22.45 73.17 - 16,14 22.06

Таблица 2: Механические свойства ахиллова сухожилия. Средние SD и COV для структурных и материальных свойств, оцениваемых с использованием новых методов по сравнению с теми, о которых сообщается в литературе. «NR: не сообщается, » оценивается по рисунку (ы), « стандартное отклонение, рассчитанное по зарегистрированной стандартной ошибке».

Дополнительные файлы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Модели животных Murine обычно используются для изучения заболеваний сухожилий, но характеристика их механических свойств является сложной и редкой в литературе. Целью этого протокола является описание эффективного и воспроизводимого метода растяжения сухожилий мурин. Новые методы сократили время, необходимое для тестирования образца, от нескольких часов до минут и устранили крупный артефакт захвата, который был распространенной проблемой в предыдущих методах.

Несколько шагов, описанных в этом протоколе имеют решающее значение для производства эффективных светильников механически тестирования мурина супраспината и ахиллова сухожилия. Во-первых, шаг 1.1.4 необходим для создания 3D-модели нужной кости; однако, из-за обычно высокого разрешения, используемого для этого сканирования, размер файла может быть слишком большим, чтобы использовать с твердыми программами моделирования. Программное обеспечение, используемое в этом протоколе, успешно уменьшило размер файла (шаг 1.1.6) и сохранило геометрию объекта, хотя другие программы также могут быть эффективными для достижения этой цели. Во-вторых, каждый анатомический сайт имеет конкретные критерии проектирования для рассмотрения для эффективного захвата. Для конструкции приспособления сухожилия supraspinatus, критически для того чтобы: (i) обеспечить плечевой головки для того чтобы предотвратить отказ плиты роста (шаг 1.2.1.12), (ii) обустойкое пригонка который во избежание разъединять косточки плечевой кости от формы во время испытывать (шаг 1.2.1.12.1) и (iii) ориентировать кость плечевой кости, образуя угол 180 градусов с длинной оси сухожилия (шаг 1.2.1.7). Для ахиллова сухожилия светильник дизайн, очень важно: (i) определить зазор подходят, что захватывает небольшой кости calcaneus, не выскользнув из прибора во время тестирования и (ii) ориентировать калькании кости, чтобы сформировать угол 120 "(30" подошвенной сгибания) с длинной оси сухожилия. В-третьих, точное измерение поперечной области сухожилия (шаг 2.1.2) имеет решающее значение для правильного расчета инженерного стресса для определения свойств материала. Для измерения поперечной области сухожилий надспината мы рекомендуем микрокомпьютерную томографию образца костно-сухой мышцы, взвешенного в криотубе с плоским дном, при этом кость удерживается вверх ногами в трубке с агарозой. Только кость плечевой кости должна быть вставлена в гель агарозы, в то время как плечевая голова с сухожилия и мышцы прилагается должны быть отсканированы в воздухе. Поскольку сухожилие надспината имеет разыгранную геометрию, поскольку оно вставляется в кость, наиболее последовательным способом измерения поперечной области является определение минимальной поперечной области по длине сухожилия. Следует соблюдать аналогичную процедуру для измерения поперечной области ахиллова сухожилия. Для ахиллова сухожилия, микрокомпьютерное сканирование микрокомпьютеров с высоким разрешением выявить две различные ткани: сухожилия надлежащего и окружающих оболочки, которая появляется как светлый оттенок. Для последовательной оценки минимальной поперечной области для ахиллова сухожилия, только сухожилие надлежащего должны быть выбраны для измерения(рисунок 5). Наконец, захваты многоразовые, а небольшие вариации от выборки к выборке не влияют на их эффективность. Каждая кость должна быть отсканирована один раз (например, для текущего исследования, левая плечевая кея, правая плечевая кость, и calcaneus) и одна 3D модель должна быть создана для каждой кости. Кроме того, для животных того же возраста, геометрия кости почти идентична, таким образом, тот же прибор может быть использован для тестирования всех образцов. В этой рукописи для тестирования сухожилий использовались 3D печатные светильники, характерные для 8-недельных мышей (скелетно зрелых взрослых мышей). Не было необходимости создавать отдельные мужские и женские светильники. Для других возрастных групп (например, 4-недельных мышей) или мышей с уникальными костными фенотипами рекомендуется изготавливать светильники, соответствующие определенным геометриям костей.

После проектирования и 3D-печати светильников, чтобы обеспечить воспроизводимость и эффективность подхода, 10 образцов сухожилий у мышей того же фона и возраста запланированного исследования, как правило, должны быть проверены (точный размер выборки может варьироваться в зависимости от ткани и модель животного). Механические свойства этих сухожилий должны быть определены для обеспечения того, чтобы коэффициенты вариации структурных и материальных свойств были в пределах ожидаемого диапазона, как описано в таблице 1 и таблице 2. Эти экспериментальные тесты должны также подтвердить, что артефактные сбои (например, сбой пластины роста) не происходят. Для достижения желаемых результатов для сухожилий, помимо надспината и ахиллова сухожилий, описанных в настоящем документе, может потребоваться несколько циклов проектирования, прототипирования и проверки.

Ряд групп сообщили о механических свойствах сухожилий мурин. Коэффициент вариаций в этих исследованиях, как правило, высок, что часто затрудняет разбор различий между группами сравнения. Кроме того, методологические различия в тканях, сжимающихся среди различных исследований, затрудняют определение того, имеют ли свойства отказа отношение к сухожилиям или из-за артефактных сбоев сцепления. Для сравнения новых методов тестирования с существующими методологиями был проведен обзор литературы и подведены итоги 20 исследований(таблица 1 и таблица 2). В литературе для механического тестирования сухожилий надспинатуса средние коэффициенты вариации на максимальную силу, жесткость, максимальный стресс и модуля составляли 27%, 39%, 52% и 45% соответственно. Для механического тестирования ахиллова сухожилия средние коэффициенты изменения максимальной силы, жесткости, максимального напряжения и модуля составляли 23%, 22%, 24% и 25% соответственно. В текущем исследовании, новый метод для тестирования сухожилий морин привело к 32%-63% снижение коэффициентов супраспината сухожилия изменения и 6%-39% снижение ахиллова сухожилия коэффициенты изменения.

Существует не существует текущей стандартной методологии для захвата костей, таким образом, неясно, в какой степени артефактные захватывающие вопросы повлияли сообщили механические свойства сухожилий морина. Большинство групп сообщают захвата плечевой кости с помощью эпоксидной смолы13, полиметилметакрилат (PMMA)14,15, или цианоакрилат16 и обеспечения плечевой головы, применяя второе покрытие PMMA14, с помощью пользовательскогосветильника 39 и / или вставки скрепки25,28,30. Аналогичным образом, другие группы сообщают захвата гораздо меньше calcaneus кости с помощью пользовательских светильников19,20, якорь зажимы21, фиксация в самостоятельной лечения пластикового цемента22 или с помощью конической формы слот22. Однако эти методы по-прежнему ограничены низкой воспроизводимостью, высокой скоростью сбоев артефактов и трудоемкими требованиями к подготовке. Новые методы, представленные в этом исследовании, устранили сбои в работе артефактов и утроили количество образцов, которые могут быть протестированы за день. Кроме того, эти методы не ограничиваются супраспинати и ахиллова сухожилиями, так как они легко адаптируются к тестированию других сухожилий и сухожилий морин из более крупных моделей животных. Однако для проверки сухожилий у более крупных животных модуля 3D печатного материала должно быть достаточно высоким, чтобы он не соответствовал силе проверенного сухожилия.

Несколько исследований показали, секс-различия в сухожилия расстройства, указывающие, что женщины имеют сниженную функцию после лечения после травмы сухожилия40,41,42. В текущем исследовании секс оказал значительное влияние на механические свойства сухожилий моурина. Руководствуясь Национальными институтами здравоохранения (NIH), мы рекомендуем учитывать секс в качестве биологической переменной в исследовательском дизайне моделей животных, где будут измеряться механические свойства сухожилий.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Исследование было поддержано 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

Биоинженерия выпуск 152 3D печать аддитивное производство сухожилие сухожилия энтеза биомеханика
Биомеханическое тестирование тендонов Murine
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