Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Biomekanisk testning av murina senor

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

Protokollet beskriver effektiva och reproducerbara drag biomekaniska provningsmetoder för murina senor genom användning av Custom-Fit 3D tryckta fixturer.

Abstract

Sena störningar är vanliga, drabbar människor i alla åldrar, och är ofta handikappande. Standard behandlingar, såsom antiinflammatoriska läkemedel, rehabilitering, och kirurgisk reparation, ofta misslyckas. För att definiera senan funktion och demonstrera effekten av nya behandlingar, de mekaniska egenskaperna hos senor från djurmodeller måste bestämmas noggrant. Murina djurmodeller är nu allmänt används för att studera sena sjukdomar och utvärdera nya behandlingar för tendinopatier; men att fastställa de mekaniska egenskaperna hos mus senor har varit utmanande. I denna studie, ett nytt system utvecklades för senan mekaniska tester som innehåller 3D-tryckta fixturer som exakt matchar anatomies av humerus och calcaneus att mekaniskt testa supraspinatus senor och Achilles senor, respektive. Dessa armaturer utvecklades med hjälp av 3D rekonstruktioner av infödda ben anatomi, solid modellering, och additiv tillverkning. Den nya metoden elimineras artifaktoriska gripande misslyckanden (t. ex., misslyckande vid tillväxtplattan misslyckande snarare än i senan), minskade totala test tid, och ökad reproducerbarhet. Dessutom är denna nya metod lätt anpassningsbar för att testa andra murina senor och senor från andra djur.

Introduction

Senor störningar är vanliga och mycket utbredda bland åldrande, atletisk, och aktiva populationer1,2,3. I USA, 16 400 000 bindväv skador rapporteras varje år4 och står för 30% av alla skada-relaterade läkare kontor besök3,5,6,7, 8. De mest drabbade platserna inkluderar rotatorkuffen, hälsenan och patellar senan9. Även om en mängd icke-operativa och operativa behandlingar har undersökts, inklusive antiinflammatoriska läkemedel, rehabilitering, och kirurgisk reparation, resultaten förblir fattiga, med begränsad återgång till funktion och hög grad av misslyckande5, 6. Dessa dåliga kliniska resultat har motiverat grundläggande och translationella studier som syftar till att förstå tendinopati och utveckla nya behandlingsmetoder.

Drag biomekaniska egenskaper är de primära kvantitativa resultaten definiera senan funktion. Därför, laboratorie karakterisering av tendinopati och behandlingseffekt måste innehålla en rigorös testning av senan draghållfasthet egenskaper. Ett flertal studier har beskrivit metoder för att bestämma de biomekaniska egenskaperna hos senor från djurmodeller som råttor, får, hundar och kaniner10,11,12. Emellertid, få studier har testat de biomekaniska egenskaperna hos murina senor, främst på grund av svårigheterna att grippa de små vävnaderna för Dragprovning. Som murin modeller har många fördelar för mekanistiskt studera tendinopati, inklusive genetisk manipulation, omfattande reagenser alternativ, och låg kostnad, utveckling av noggranna och effektiva metoder för att biomekaniskt testa murina vävnader behövs.

För att korrekt testa de mekaniska egenskaperna hos senor, måste vävnaden grisas effektivt, utan att halka eller artifakto Riva på greppet gränssnittet eller sprickbildning i tillväxtplattan. I många fall, särskilt för korta senor, är benet grep i ena änden och senan är gripen på den andra änden. Ben är vanligtvis säkras genom att bädda in dem i material som epoxiharts13 och polymetylmetakrylat14,15. Senor är ofta placerade mellan två lager av sandpapper, limmade med cyanoakrylat, och säkras med kompressions klämmor (om tvärsnittet är platt) eller i ett fryst medium (om tvärsnittet är stort)15,16,17 . Dessa metoder har tillämpats på biomekaniskt testa murina senor, men utmaningar uppstår på grund av den lilla storleken på proverna och efterlevnaden av tillväxtplattan, som aldrig ossifies18. Till exempel, diametern på den murina överarmsbenets huvudet är bara några millimeter, vilket gör gripande av benet svårt. Specifikt, Dragprovning av murina supraspinatus senan-till-benprover resulterar ofta i misslyckande på tillväxtplattan snarare än i senan eller på senan enthesis. På samma sätt är biomekanisk testning av hälsenan utmanande. Även om hälsenan är större än andra murina senor, calcaneus är liten, gör gripande av detta ben svårt. Benet kan avlägsnas, följt av gripande de två sena ändar; emellertid, detta utesluter testning av senan-till-ben kvarstad. Andra grupper rapport gripande calcaneus ben med hjälp av skräddarsydda armaturer19,20, förankring av klämmor21, fastställande i själv härdning plast cement22 eller med en konisk form plats22, men dessa tidigare metoder förblir begränsade av låg reproducerbarhet, hög gripande felfrekvenser, och tråkiga förberedelse krav.

Syftet med den aktuella studien var att utveckla en noggrann och effektiv metod för drag biomekanisk testning av murina senor, med fokus på supraspinatus och Hälsensenor som exempel. Med hjälp av en kombination av 3D rekonstruktioner från infödda ben anatomi, solid modellering, och additiv tillverkning, en ny metod utvecklades för att greppa benen. Dessa fixturer säkrade effektivt benen, förhindrade tillväxtplattan misslyckande, minskad preparatet förberedelsetid, och ökad testning reproducerbarhet. Den nya metoden är lätt anpassningsbar för att testa andra murina senor samt senor hos råttor och andra djur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Djurstudier godkändes av Columbia University institutionella djuromsorg och användning kommittén. Möss som används i denna studie var av en C57BL/6J bakgrund och köptes från Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA). De var inhysta i patogen-fri barriär villkor och tillhandahölls mat och vatten AD libitum.

1. utveckling av Custom-Fit 3D tryckta fixturer för gripande ben

  1. Ben bild förvärv och 3D ben modell konstruktion
    1. Dissekera benet av intresse för förberedelse för 3D-modellskapande och 3D ben grepp utskrift; humerus och calcaneus används som exempel i det aktuella protokollet.
      Anmärkning: detaljerade instruktioner för att dissekera ben-senor-muskelprover för mekanisk provning tillhandahålls i steg 2.1.1. Följande steg ska följas för att isolera ben i syfte att skapa 3D-tryckta ben grepp.
      1. Dissektion av humerus: euthanize en mus per IACUC-godkänd procedur. Ta bort övre extremiteterna huden, ta bort alla muskler över humerus, disarticulate armbågen och glenohumeral lederna, och försiktigt ta bort alla bindväv bifogas humerus.
      2. Dissektion av calcaneus: euthanize en mus per IACUC-godkänd procedur. Ta bort nedre extremiteterna huden, disarticulate hälsenan-calcaneus gemensamma och lederna mellan calcaneus och andra fotben, och försiktigt ta bort alla bindväv bifogas calcaneus.
    2. Utföra en microdatortomografi skanning av hela benet, t. ex., skanna humerus och calcaneus prover.
      Obs: beroende på vilken skanner som används kommer inställningarna att vara olika. För skannern som används i den aktuella studien (tabell över material), de rekommenderade inställningarna är: Skanna med en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en upplösning på 6 μm.
      1. Blanda aguppstod pulver i ultrarent vatten och mikrovågsugn för 1-3 min tills aguppstod är helt upplöst. Det är bra att mikrovågsugn för 30-45 s, stoppa och snurra, och sedan fortsätta mot en koka. Fyll kryotubes upp till tre fjärdedelar full med aguppstod. Låt aguppstod svalna i ca 5-10 min.
      2. Sätt in benet i Agros gel (detta kommer att förhindra rörelse artefakter under skanning). Sätt i en kryotub med ben i skannern.
        Anmärkning: för skannern används i den aktuella studien, en 16-position automatisk provväxlare användes för alla skanningar. Den här skannern kan automatiskt välja förstoring enligt ett urvalets storlek och form.
    3. Rekonstruera mikrodatortomografi Skanna projektion bilder i tvärsnitt bilder. Använd rekommenderade parametrar för försöksledaren Scanner/programvara kombination.
      Anmärkning: för det program som används i den aktuella studien (tabell över material) Det rekommenderas att använda följande rekonstruktion parametrar: utjämning: 0-2, beam härdning korrigering: 45, ring artefakt reduktion: 4-9 och att rekonstruera skivor i 16-bitars TIFF Format.
    4. Skapa en 3D-modell och spara i ett standard STL-format som är kompatibelt med de flesta 3D-skrivare och Rapid prototyping. För det program som används i den aktuella studien (tabell över material), gör följande:
      1. Välj kommando filen > Öppna för att öppna fil datauppsättningen. Öppna dialog filen > Inställningar och välj fliken Avancerat .
      2. Använd algoritmen för adaptiv rendering för att konstruera 3D-modellerna. Den här algoritmen minimerar antalet aspekten trianglar och ger jämnare yta detalj. Använd 10 som localityparameter; den här parametern definierar avståndet i pixlar till den intilliggande punkt som används för att hitta Objektgränsen. Minimera toleransen till 0,1 för att minska filstorleken.
        När du har öppnat datauppsättningen visas bilderna på sidan RAW-bilder.
      3. Om du vill ange en intresse volym (VOI) väljer du manuellt två bilder som ska anges överst och nederst i det markerade VOI-intervallet.
      4. Flytta till den andra sidan, region av intresse. Välj det intresseområde manuellt på en enda tvärsnitts bild.
        Obs: den valda regionen kommer att markeras i rött (dvs. humerus tvärsnittsarea).
      5. Upprepa föregående steg var 10 – 15 tvärsnittsbilder.
      6. Flytta till den tredje sidan binära markeringen. Klicka på från datamängdpå histogram-menyn. Histogramfördelningen av ljusstyrkan från alla bilder av datauppsättningen visas. Klicka på menyn skapa en 3D-modellfil på menyn histogram.
    5. Spara en 3D-modell av benet i STL-filformat.
    6. Förfina mesh: manipulera mesh för att minska storleken på STL-filen och göra den kompatibel med alla solid modellering Datorstödd designprogram. För det program som används i den aktuella studien (tabell över material), Följ stegen nedan:
      1. Importera nät och välj alla för att redigera. Välj minska från verktygsuppsättningen Redigera. Välj sedan triangel budget från verktygsuppsättningen minska mål. Minska antalet Tri och acceptera ändringar. Spara den nyligen reducerade filen i STL-format genom att välja exportera som...
  2. Design av Custom-Fit ben fixturer
    1. Supraspinatus Tendon-humeral ben
      1. Använd en solid modellering Datorstödd designprogram för att skapa en anpassad-fit modell av humerus gripande fixtur (figur 1, kompletterande filer).
        Obs: det program som används i den aktuella studien listas i tabellen av material.
      2. Öppna STL-format fil av humerus benet i en solid modellering program och Spara som en del fil.
        Anmärkning: för programvaran som används i den aktuella studien (tabell över material), 3D ben objektet sparades i SLDPRT format.
      3. Öppna del filen och manuellt skapa tre anatomiskt relevanta plan (dvs., sagittal, Koronal, tvärgående).
        1. Manuellt definiera sagittal planet att skära genom supraspinatus senan kvarstad på större ischii. Se till att 3D-blocket innehåller sagittal planet som ett symmetriplan. För att uppnå detta, lägga till eller skära material från blocket om det behövs.
          Anmärkning: detta symmetriplan säkerställer att när preparatet sätts in i armaturerna senan och senan infästning är placerade i den centrala axeln av fixturen.
      4. Mät dimensionerna på benet längs vart och ett av de tre planen (dvs. höjd, bredd, längd).
      5. Mät måtten på de mekaniska provnings handtagen där den 3D-tryckta fixturen kommer att fästas.
      6. Börja med att designa en solid block del (t. ex. en solid cylinder).
        1. Se till att varje dimension av blocket är minst 5 mm större än dimensionerna av humerus.
        2. Redogöra för konstruktions begränsningar från mekaniska provnings grepp (dvs. se till att den 3D-tryckta fixturen kan monteras och demonteras fritt i de mekaniska provnings handtagen).
      7. Skapa en monterings modell med två komponenter: den solida blocket och antingen höger eller vänster humerus ben. Definiera inriktningen av benet inom blocket (dvs vinkeln mellan senan och benet). Se till att hela ben volymen passar inuti blocket.
      8. Skapa en hålighet i blocket med hjälp av humerus benet som mögel. Om du använder den programvara som anges i tabellen av material, Följ följande steg:
        1. Sätt in konstruktionsdelen (humerus) och form basen (cylinderblocket) i en interimistisk församling. Markera blocket i fönstret sammansättning och klicka på Redigera komponent i verktygsfältet sammansättning .
        2. Klicka på infoga > funktioner > hålighet. Välj enhetlig skalning och ange 0% som värde att skala i alla riktningar.
      9. Undertrycka ben delen och spara sammansättningen som en del.
      10. Öppen del (cylinder med hålighet). Skär delen längs sagittal planet för att skapa två symmetriska komponenter som passar benet anteriorly och posteriort (t. ex., två halv cylindrar, som visas i figur 1).
        Obs: två komponenter är utformade som passar benet anteriorly och posteriort. Den främre delen innehåller en halvsfäriska-formad hålighet utvidgas från den främre sidan av överarmsbenets huvudet upp till supraspinatus senan kvarstad. Den bakre komponenten hålighet är formad som den bakre delen av humerus (dvs., bakre sidan av överarmsbenets huvudet, deltamuskeln ischii, och medial och lateral epicondyle).
      11. Spara varje komponent som en separat fildel.
      12. För den främre komponenten, se till att överarmsbenets huvudet är inbäddat i hålighet av delen genom att definiera lämpliga toleranser.
        Obs: i den aktuella studien, med hjälp av programvaran som anges i tabellen av material, föreslås det att följa stegen nedan:
        1. Skapa en kretsad klippa för att jämna ut nät geometrin i håligheten. Skapa en skiss för snittet genom att emulera håligheten geometri och lägga till en lokaliserings utrymme.
          Obs: clearance möjliggör fri montering och demontering mellan benet och den främre komponenten.
      13. Modifiera den bakre komponenten för att imitera hålighet geometri för att skapa ett snitt som tillför clearance, som beskrivs ovan för den främre komponenten.
      14. Gör ett snitt i det tvärgående planet med början från toppen av den bakre komponenten upp till krönet av större/mindre tubercle.
        Obs: som framgår av figur 1 och figur 2, den bakre komponenten innehåller ett snitt som skapar en öppning vid senan kvarstad.
      15. Skapa en trivsam passform mellan de två komponenterna för att möjliggöra fri montering och demontering.
        Obs: en hål axel passform med ett löst rinnande clearance skapades för armaturerna i den aktuella studien.
      16. Skapa 3D-spegel modeller för varje komponent i armaturen för den motsatta extremiteten (dvs, vänster eller höger).
      17. Lägg till ett etch på undersidan av fixturerna för att skilja mellan vänster och höger sida.
      18. Spara alla fixturdelar i STL standardfilformat som förberedelse för 3D-utskrifter.
    2. Hälsenan-calcaneus Bone
      1. Följ samma steg som beskrivits ovan för supraspinatus-humeral Head fixtur.
        Obs: endast en uppsättning av fixturer är nödvändigt för Achilles-calcaneal, eftersom anatomin i vänster och höger calcaneus ben är nästan symmetriska.

2. biomekanisk provning av murina senor

  1. Preparering av preparat och tvärsnittsarea mätning
    1. Dissekera muskeln-senor-ben av intresse för förberedelse för drag mekanisk provning. I den aktuella studien, supraspinatus Muscle-senan-humerus benprover (n = 10, 5 hane, 5 hona) och gastrocnemius muskel-hälsenan-calcaneus benprover (n = 12,5 hane, 6 hona) isolerades från 8 veckors gamla C57BL/6j möss.
      1. Dissektion av supraspinatus muskel-senan-humerus ben prov
        1. Euthanize en mus per IACUC-godkända förfarande. Placera musen i en liggande position. Gör ett snitt i huden från ovan armbågen av framtassen mot axeln.
        2. Ta försiktigt bort huden med trubbig dissektion så att muskulaturn är synlig. Ta bort vävnaden som omger humerus tills benet är utsatt och kan hållas säkert med pinkoppar.
        3. Håll humerus med pinkoppar och försiktigt bort deltamuskeln och trapezius muskler att exponera coracoacromial bågen. Identifiera Acromioclavicular gemensamma och noggrant separera nyckelbenet från acromion med en skalpell blad.
        4. Noga med att inte skada supraspinatus senan och dess beniga kvarstad, ta bort muskeln från dess skulderblads fäste med hjälp av en skalpell blad. Noga med att inte skada supraspinatus senan och dess beniga kvarstad, lossa överarmsbenets huvudet från glenoid; med hjälp av en skalpell blad, sönderslitna ledkapseln och infraspinatus, subscapularis, och teres mindre senor.
        5. Disarticulate armbågsleden för att separera humerus från ulna och radie. Isolera humerus-supraspinatus senan-muskelprov och rengör överflödiga mjukdelar på humerus och överarmsbenets huvudet.
      2. Dissektion av hälsenan-calcaneus ben prov
        1. Euthanize en mus per IACUC-godkända förfarande. Placera musen i en liggande position. Noga med att inte skada hälsenan och dess beniga infästning, ta bort huden med trubbig dissektion så att muskulaturen runt vristen och knäleder exponeras.
        2. Med hjälp av en skalpell blad, med början vid hälsenan-calcaneus kvarstad, försiktigt lossa gastrocnemius muskeln från dess proximala bilagor.
        3. Försiktigt disarticulate calcaneus från de olika angränsande benen. Isolera hälsenan-calcaneus preparatet och rengör överflödig mjuk vävnad.
    2. Bestäm tvärsnittsarean av senan med hjälp av mikrodatortomografi.
      Anmärkning: för skannern som används i den aktuella studien (tabell över material), de rekommenderade inställningarna är: Skanna med en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en upplösning på 5 μm.
      1. Blanda aguppstod pulver i ultrarent vatten och mikrovågsugn för 1-3 min tills aguppstod är helt upplöst. Det är bra att mikrovågsugn för 30-45 s, stoppa och snurra, och sedan fortsätta mot en koka. Fyll kryotubes upp till tre fjärdedelar full med aguppstod. Låt aguppstod svalna i ca 5-10 min.
      2. Suspendera preparatet i kryoröret genom att sätta i benet upp och ner.
        Anmärkning: endast benet ska vara i agaros gel. Senan och muskeln bör avbrytas utanför.
    3. Efter genomsökningen, försiktigt ta bort muskler från senor med skalpell blad. Sätt in preparatet i den 3D-tryckta fixturen.
      Handtagen är återanvändbara för varje test. Använd inte lim eller epoxi i fixturen; benet hålls i en presspassning.
    4. Sätt i och limma senan mellan ett vikta tunt silkespapper (2 cm x 1 cm) och spänn fast konstruktionen med hjälp av tunna film grepp. Fäst den 3D-tryckta fixturen med preparatet i test greppen.
    5. Sätt in provet och handtagen i ett test bad med fosfatbuffrad saltlösning (PBS) vid 37 ° c (dvs. mus kroppstemperatur23).
  2. Dragprovning
    1. Utför drag mekanisk provning på en material provnings ram.
      Anmärkning: för test ramen som används i den aktuella studien (tabell över material) är det rekommenderade protokollet:
      1. Definiera mätar längden som avståndet från senan tillbehöret till det övre greppet.
      2. Förutsättning med 5 cykler mellan 0,05 N och 0,2 N.
      3. Håll för 120 s.
      4. Använd en spänning till fel på 0,2%/s.
    2. Samla in belastnings deformationsdata.
    3. Beräkna stammen som förskjutning i förhållande till den initiala mätar längden på senan.
    4. Beräkna stressen som den kraft dividerat med den initiala senan tvärsnittsarea (mätt från microCT).
    5. Om intresserad av viskoelastiska beteende, utföra en stress avslappning före spänningen testet att misslyckas och använda data för att beräkna parametrar såsom a, B, C, tau1, och tau2 från Kvasilinjära viskoelastiska modell24.
    6. Från belastnings deformation kurvan, beräkna styvhet (lutning linjär del av kurvan), den maximala kraften, och arbetet med att ge (området under kurvan upp till avkastning kraft).
      1. Identifiera den linjära delen genom att välja ett fönster med punkter i belastnings deformationskurvan som maximerar R2 -värdet för en linjär minsta kvadrat-regression25.
      2. Bestäm styvheten som lutningen på den linjära delen av belastnings förskjutnings kurvan25,26.
    7. Från spännings stammen kurvan, beräkna modulus (lutning linjär del av kurvan), styrkan (maximal stress), och motståndskraft (område under kurvan upp till avkastning stress).
      Anmärkning: med hjälp av den RANSAC algoritm, den Yield stam (x-värde) definieras som den första punkten när y-Fit har avvikade mer än 0,5% av det förväntade stress svärdet (y-värde). Yieldspänningen är motsvarande y-värde för yieldstammen.
      Obs: förutom den monotona drag lastning till misslyckande beskrivs i den aktuella studien, cyklisk lastning kan ge viktig information om sena trötthet och/eller viskoelastiska egenskaper. Till exempel, Freedman et al. rapporterade trötthets egenskaper av murina Hälsensenor27.
    8. Efter avslutad Dragprovning, utföra en mikrodatortomografi skanning av hela benet, e.g., Skanna den humerus och calcaneus prover.
      Anmärkning: för skannern som används i den aktuella studien (tabell över material), de rekommenderade inställningarna är: Skanna med en energi av 55 KVP, Al 0,25 filter, med en upplösning på 6 μm.
      1. Upprepa steg 1.1.2.1 – 1.1.2.2.
    9. Upprepa steg 1.1.3.
    10. Använd ett 3D-visualiseringsprogram som är kompatibelt med skannern för att skapa en volymrenderad 3D-modell av det skannade objektet.
      Obs: det program som används i den aktuella studien listas i tabellen av material.
    11. Bestäm fel läge och fel plats område genom att inspektera 3D-objektet.
  3. Statistisk analys: Visa alla provresultat som medelvärde ± standardavvikelse (SD). Gör jämförelser mellan grupper genom att använda Students t-test (tvåsidiga och ej ihopparade). Ange signifikans som p < 0,05.
    Obs: den statistiska programvara som används i den aktuella studien är listad i tabellen av material.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

3D-tryckta fixturer användes för att testa 8-veckors gammal murina supraspinatus och Hälsensenor. Alla mekaniskt testade prover misslyckades på enthesis, som kännetecknas av microCT skanningar, visuell inspektion och videoanalys efter Dragprovning. En en-till-en jämförelse av de tidigare och nuvarande metoder för supraspinatus senan testning i vårt laboratorium visas i figur 3. I den tidigare metoden28,29,30, var humerus benet inbäddade i epoxi och ett gem placerades över överarmsbenets huvudet i ett försök att förhindra tillväxtplattan fraktur. 4-6 timmar var nödvändiga för att göra det möjligt för epoxin att helt bota (figur 3), vilket gör att endast 6-8 prover som skall testas i en typisk dag. En ytterligare begränsning av tillvägagångssättet var användarberoende effektiviteten av gem placering för att förhindra tillväxtplattan fraktur. Testresultaten med hjälp av dessa tidigare metoder var mycket varierande, med koefficienter av variation på storleksordningen 30% för de flesta parametrar och tillväxtplattan felfrekvens på cirka 10%-20%. Som sammanfattats i figur 3minskade preparat beredningstiden med de nya metoderna till 5 – 10 minuter, vilket gör det praktiskt att testa 16 – 20 prover per dag. Dessutom eliminerades tillväxtplattans misslyckanden.

Jämfört med metoder som rapporterats av andra för testning av murina senor14,15,17,25,28,29,30,31 ,32,33, de nya metoderna var mer effektiva och reproducerbara. För supraspinatus senor, strukturella egenskaper såsom maximal belastning (3,8 ± 0,6 N) och stelhet (12,7 ± 1,8 N/mm), samt normaliserade materialegenskaper såsom maximal stress (8,7 ± 3,0 MPa), och modulus (51,7 ± 13,5 MPa) hade betydligt lägre koefficienter av variationer jämfört med resultat från litteraturen (tabell 1). För hälsenan hade mekaniska egenskaper såsom maximal belastning (7,8 ± 1,1 n) och styvhet (13,2 ± 1,9 n/mm) lägre koefficienter av variationer jämfört med resultaten från litteraturen19,21,22 ,32,33,34,35,36,37,38, medan maximal spänning (24,2 ± 5,4 MPa) och modulus (73,2 ± 22,1 MPa) hade koefficienter av variationer liknande dem som rapporterades i litteraturen (tabell 2).

Animaliskt sex hade en signifikant effekt på de mekaniska egenskaperna hos supraspinatus och Hälsensenor (figur 4). Vid jämförelse av manliga och kvinnliga supraspinatus senor, det fanns betydande ökningar i maximal kraft (p = 0,002) och arbete att ge (p = 0,008). Det fanns tendenser mellan de två grupperna för stelhet (p = 0,057), stress (p = 0,068), modulus (p = 0,061) och motståndskraft (p = 0,078). Vid jämförelse av manliga och kvinnliga Hälsensenor, det fanns signifikanta ökningar i maximal stress (p = 0,0006) och motståndskraft (p = 0,0019). Det fanns trender mellan de två grupperna för arbete att ge (p = 0,079), och modulus (p = 0,074) och ingen skillnad för maximal kraft (p = 0,1880) och stelhet (p = 0,6759).

Figure 1
Figur 1: representativa 3D-modeller av fixturer för humerus (översta raden) och calcaneus (nedersta raden). (A) 3D-modeller av benen. Bdemonteras modeller av armaturerna. Cmonterade modeller av armaturerna. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: representativa 3D-tryckta fixturer. (A) fixtur för biomekaniska tester av supraspinatus senor av 8-veckors gamla möss i en vinkel på 180 ° mellan humerus och supraspinatus senan. (B) fixtur för biomekaniska tester av supraspinatus senor av 8-veckors gamla möss i en vinkel på 135 ° mellan humerus och supraspinatus senan. C) fixtur för biomekanisk testning av murina hälsensenor i en vinkel på 120 ° mellan calcaneus och hälsenan. (D) fixtur för biomekaniska tester av supraspinatus senor av vuxna Sprague Dawley råttor i en vinkel på 180 ° mellan humerus och supraspinatus senan. Skalbar: 5 mm. vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: jämförelse av tidigare och nuvarande metoder för mekanisk provning av murina supraspinatus senor. (A) tidigare preparat beredningsmetoder som används i vårt laboratorium före mekanisk provning: den humerus var krukväxt i epoxi upp till överarmsbenets huvudet för att stabilisera benet, ett gem placerades över överarmsbenets huvudet för att förhindra tillväxtplattan fraktur, och, för att epoxin ska bota, lämnades proverna i rumstemperatur under 4-6 timmar före mekanisk provning. B) preparat beredningsmetoder som används i den aktuella studien (steg 1,2 och 2.1.4): överst till vänster visar en 3D-representation av armaturerna som produceras av en solid modelleringsprogram. 3D-tryckta fixturer är återanvändbara och enkelt monteras och demonteras. Benslutet av preparatet sätts in i fixturerna, säkra tillväxtplattan och utsätta senan för gripande och testning. Senan slutet limmas mellan en vikta tunt silkespapper och infogas i handtagen. Förberedelsetiden för varje preparat är 10 – 15 minuter. C) representativa belastnings-deformationskurvor för Dragprovning av supraspinatus senan med nuvarande metoder. Drepresentativ belastning-deformationskurva för Dragprovning av supraspinatus senan som uppvisar ett fel på växt plattan. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: köns effekt på de mekaniska egenskaperna hos supraspinatus (SST) och Achilles (ACHT) senor. Det fanns en signifikant effekt av sex på många av de mekaniska egenskaperna baserat på icke parade t-test (* sexeffekt, p < 0,05). Data som visas som medelvärde ± standardavvikelse. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Bild 5: tvärsnittsarea mätning från microCT. AMinsta tvärsnittsarea mätning längs supraspinatus tendons längd. B) Minsta tvärsnittsarea mätning längs hälsenan. Endast senan korrekt bör väljas för mätning. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Strukturella egenskaper Material egenskaper
Djur Max kraft (N) Styvhet (N/mm) Max belastning (MPa) Modulus (MPa)
Författare N Bakgrund Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%)
Beason et al. journal av knuffa och armbåga 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 för 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 för ortopedisk forskning (2018)17 8 C57Bl/6 5,38 ± 2,404 # 44,68 4,25 ± 1,67 # 39,29 NR NR
Connizzo et al. Annals för medicinsk teknik (2014)32 10 NR (dB/+) NR 84,44 ± 27,23 * † 32,25 NR 476 ± 186,27 * 39,13
Connizzo et al. journal för medicinsk teknik (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 för medicinsk teknik (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 tidning (2016)29 8 C57BL/6 NR NR 7,79 ± 2,61 * 33,50 58,32 ± 31,73 * 54,41
Schwartz et al. ben (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. utveckling (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
Genomsnittlig COV 27,34 Genomsnittlig COV 38,64 Genomsnittlig COV 51,70 Genomsnittlig COV 45,02
Ny metod 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: mekaniska egenskaper hos supraspinatus senor. Medelvärde ± SD och variationskoefficient (COV) för konstruktions-och materialegenskaper beräknat med nya metoder jämfört med de som rapporteras i litteraturen. [NR: ej rapporterat, * beräknat från figur (er), # standardavvikelse beräknad från rapporterat standardfel, † uppmätt deformation med optiska fläcken linjer].

Strukturella egenskaper Material egenskaper
Djur Max kraft (N) Styvhet (N/mm) Max belastning (MPa) Young ' s modulus (MPa)
Författare N Bakgrund Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%) Medelvärde ± SD COV (%)
Boivin et al. muskler, ligament och senor tidning (2014)19 6 Icke-diabetiska Lean Control-möss 8,1 ± 0,6 7,41 3,9 ± 0,7 17,95 NR 16 ± 3,7 23,13
Connizzo et al. Annals för medicinsk teknik (2014)32 10 DB/+ NR 20,39 ± 2,43 * 11,92 NR 152,94 ± 44,12 * 28,85
EEKHOFF et al. journal för biomekanisk ingenjörskonst (2017)33 8 ELN +/+ NR 18,86 ± 3,37 17,87 10,55 ± 2,97 28,15 443,8 ± 131,7 29,68
Mikic et al. journal för ortopedisk forskning (2006)34 20 C57BL/6-J x 129SV/J NR NR 18 ± 5 27,78 61 ± 20 32,79
Probst et al. journal för undersökande kirurgi (2000)22 20 BALB/c 8,4 ± 1,1 13,10 6,3 ± 1,2 19,05 NR NR
Shu et al. peer J (2018)21 9 C57BL/6 9,6 ± 3,84 39,96 8,19 ± 3,63 44,32 27,55 ± 10,54 38,26 NR
Sikes et al. journal för ortopedisk forskning (2018)35 7 C57BL/6 NR NR 19,53 ± 7,03 0,36 62,82 ± 20,20 32,16
Wang et al. journal för 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. journal för 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. journal för 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. journal för 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 och 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
Genomsnittlig COV 22,93 Genomsnittlig COV 22,07 Genomsnittlig COV 23,96 Genomsnittlig COV 25,25
Ny metod 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: mekaniska egenskaper hos hälsensenor. Medelvärde ± SD och COV för struktur-och materialegenskaper beräknat med nya metoder jämfört med de som rapporteras i litteraturen. [NR: ej rapporterat, * beräknat från figur (er), # standardavvikelse beräknad från rapporterat standardfel].

Kompletterande filer. Vänligen klicka här för att ladda ner denna fil. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Murina djurmodeller används ofta för att studera sena sjukdomar, men karaktärisering av deras mekaniska egenskaper är utmanande och ovanligt i litteraturen. Syftet med detta protokoll är att beskriva en tidseffektiv och reproducerbar metod för Dragprovning av murina senor. De nya metoderna minskade den tid som krävs för att testa ett prov från timmar till minuter och eliminerade en stor gripande artefakt som var ett vanligt problem i tidigare metoder.

Flera steg som beskrivs i detta protokoll är avgörande för att producera effektiva fixturer mekaniskt testa murina supraspinatus och hälsensenor. Först steg 1.1.4 är nödvändigt att skapa en 3D-modell av önskat ben; men på grund av den typiskt hög upplösning som används för den här genomsökningen kan filstorleken vara för stor för att användas med solid Modeling-program. Programvaran som används i detta protokoll har minskat storleken på filen (steg 1.1.6) och bevarade objekt geometri, även om andra programvaror kan också vara effektiva för att uppnå detta. För det andra, varje anatomiska webbplats har specifika konstruktionskriterier att överväga för effektiv gripande. För utformningen av supraspinatus senan fixtur, är det viktigt att: (i) säkra överarmsbenets huvudet för att förhindra tillväxtplattan misslyckande (steg 1.2.1.12), (II) definiera en clearance Fit som undviker Disengaging av humerus benet från mögel under provningen (steg 1.2.1.12.1) och (III) orientera humerus benet för att bilda en 180 ° vinkel med den långa axeln av senan (steg 1.2.1.7). För hälsenan fixtur design, är det viktigt att: (i) definiera en clearance passar som griper den lilla calcaneus ben utan att glida ut från fixturen under provningen och (II) orientera calcaneus benet för att bilda en 120 ° vinkel (30 ° plantar flexion) med den långa axeln av senan. Tredje, noggrann mätning av senan tvärsnittsarea (steg 2.1.2) är avgörande för att korrekt beräkna Engineering stress för bestämning av materialegenskaper. För att mäta tvärsnittsarea av supraspinatus senan, vi rekommenderar mikrodatortomografi skanningar av ben-senor-muskeln prov suspenderade i en kryotube med en platt botten, med benet hålls upp och ner i röret med aguppstod. Endast humerus ben bör sättas in i Agros gel, medan överarmsbenets huvudet med senor och muskler bifogas bör skannas i luften. Eftersom supraspinatus senan har en utsliten geometri som den infogar i benet, det mest konsekventa sättet att mäta tvärsnittsarean är att bestämma den minsta tvärsnittsarea längs längden på senan. Ett liknande förfarande bör följas för att mäta tvärsnittsarean av hälsenan. För hälsenan, högupplöst mikrodatortomografi skannar avslöja två distinkta vävnader: senan korrekt och den omgivande slidan, som visas som en ljusare nyans. För att konsekvent uppskatta den minimala tvärsnittsarean för hälsenan bör endast senan väljas för mätning (figur 5). Slutligen, handtagen är återanvändbara och små variationer från prov till prov påverkar inte deras effektivitet. Varje ben ska skannas en gång (t. ex. för den aktuella studien, vänster humerus, höger humerus, och calcaneus) och en 3D-modell bör skapas för varje ben. Dessutom, för djur i samma ålder, är Ben geometrin nästan identisk, alltså samma fixtur kan användas för att testa alla exemplar. I det här manuskriptet användes 3D-tryckta fixturer som är specifika för 8-veckors gamla möss (skeletally mature Adult MICE) för att testa senor. Det var inte nödvändigt att skapa separata manliga och kvinnliga fixturer. För andra åldersgrupper (t. ex. 4-veckors gamla möss) eller möss med unika ben fenotyper, rekommenderas att fixturer som passar de särskilda geometrier av benen tillverkas.

Efter design och 3D-utskrift av armaturer, för att säkerställa reproducerbarhet och effektivitet av metoden, 10 senor prover från möss av samma bakgrund och ålder av den planerade studien bör normalt testas (den exakta urvalsstorleken kan variera beroende på vävnad och djurmodell). De mekaniska egenskaperna hos dessa senor bör fastställas för att säkerställa att koefficienterna för variation för strukturella och materiella egenskaper ligger inom det förväntade intervallet, enligt beskrivningen i tabell 1 och tabell 2. Dessa pilottester bör också bekräfta att artifaktoriska misslyckanden (t. ex. tillväxtplattans misslyckande) inte förekommer. Flera cykler av design, prototyper och validering kan behövas för att uppnå de önskade resultaten för senor än supraspinatus och hälsenan som beskrivs i det aktuella papperet.

Ett antal grupper har rapporterat de mekaniska egenskaperna hos murina senor. Koefficienten variationer i dessa studier är vanligtvis höga, ofta gör det svårt att plocka upp skillnader mellan jämförelsegrupperna. Dessutom gör metodologiska skillnader i vävnad gripande bland de olika studierna det svårt att avgöra om fel egenskaper är relevanta för sena eller på grund av artifakto grepp fel. För att jämföra de nya testmetoderna med befintliga metoder genomfördes en litteraturstudie och resultaten från 20 studier sammanfattades (tabell 1 och tabell 2). I litteraturen, för supraspinatus senan mekanisk provning, den genomsnittliga koefficienterna variation för maximal kraft, stelhet, maximal stress, och Modulus var 27%, 39%, 52%, och 45%, respektive. För mekanisk testning av hälsenan var de genomsnittliga variationskoefficienterna för maximal kraft, styvhet, maximal stress och Modulus 23%, 22%, 24% respektive 25%. I den aktuella studien, den nya metoden för att testa murina senor resulterade i en 32% – 63% minskning av supraspinatus senan koefficienter av variation och 6% – 39% minskning av hälsenan koefficienter av variation.

Det finns ingen nuvarande standardmetod för gripande ben, därför är det oklart i vilken utsträckning Artifakt gripande frågor har påverkat rapporterade mekaniska egenskaper murina senor. De flesta grupper rapporterar gripande den humerus benet med hjälp av epoxiharts13, polymetylmetakrylat (PMMA)14,15, eller cyanoakrylat16 och säkra överarmsbenets huvudet genom att tillämpa en andra beläggning av PMMA14, använda Custom fixtur39 och/eller sätta i ett gem25,28,30. Likaså andra grupper rapport gripande av mycket mindre calcaneus ben med hjälp av skräddarsydda armaturer19,20, förankring av klämmor21, fastställande i själv härdning plast cement22 eller med en konisk form kortplats22. Men dessa metoder begränsas av låg reproducerbarhet, hög artifakto felfrekvenser, och tidskrävande förberedelse krav. De nya metoder som presenteras i denna studie har eliminerat artifakto Grip misslyckanden och har tredubblat antalet prover som kan testas på en dag. Dessutom, dessa metoder är inte begränsade till supraspinatus och Achilles senor, eftersom de är lätt anpassade för att testa andra murina senor och senor från större djurmodeller. För att testa senor från större djur, måste dock Modulus av 3D-tryckt fixtur material vara tillräckligt hög att det inte är förenligt i förhållande till styrkan i senan testas.

Flera studier har visat könsrelaterade skillnader i sena sjukdomar som indikerar att kvinnor har nedsatt funktion efter behandling efter senskada40,41,42. I den aktuella studien hade kön en signifikant effekt på de mekaniska egenskaperna hos murina senor. Som styrs av National Institutes of Health (NIH), rekommenderar vi att redogöra för kön som en biologisk variabel i forskningsdesign av djurmodeller där senan mekaniska egenskaper kommer att mätas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Studien stöddes 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

Bioteknik utgåva 152 3D Printing additiv tillverkning senan murina senor enthesis biomekanik
Biomekanisk testning av murina senor
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