Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

Elizabeth Peruski Canovic; Bo Qing; Aleksandar S. Mijailovic; Anna Jagielska; Matthew J. Whitfield; Elyza Kelly; Daria Turner; Mustafa Sahin; Krystyn J. Van Vliet

doi:10.3791/54201

Method Article

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

DOI:

10.3791/54201

⸱

September 6th, 2016

Elizabeth Peruski Canovic¹ , Bo Qing² , Aleksandar S. Mijailovic³ , Anna Jagielska² , Matthew J. Whitfield² , Elyza Kelly⁴ , Daria Turner⁴ , Mustafa Sahin⁴ , Krystyn J. Van Vliet¹^,²

¹Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ³Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ⁴Department of Neurology, The F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital, Harvard Medical School

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Beynin viskoelastik mekanik özelliklerini mikro, mezo ve makro ölçeklerde karakterize etmek için bir dizi teknik sunuyoruz.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

mekanik simulants veya doku rejenerasyonu çalışmalarında olsun, beynin özelliklerine esinlenerek malzeme tasarımı ve mühendis için, beyin dokusu kendisi de çeşitli uzunluk ve zaman ölçeklerinde karakterize edilmelidir. Birçok biyolojik dokular gibi, beyin dokusu karmaşık, hiyerarşik bir yapı sergiler. Bununla birlikte, diğer dokuların tersine, beyin Pa 100'ün mertebesinde Young elastik modülleri E, çok düşük mekanik sertlik taşımaktadır. Bu düşük sertlik önemli mekanik özellikler deneysel karakterizasyonu için zorluklar ortaya çıkabilir. Burada, farklı uzunluk ölçeklerinde ve yükleme hızlarında beyin dokusu gibi sulandırılmış, uyumlu biyolojik malzemelerin elastik ve viskoelastik özelliklerini ölçmek için adapte edilmiş birçok mekanik karakterizasyon teknikleri göstermektedir. mikroölçeklerde, biz Atomik kuvvet mikroskobu etkin girinti kullanarak sürünme uyum ve kuvvet gevşeme deneyleri yaparlar. mesos atcale, bir sarkaç tabanlı aletli dişinin kullanarak darbe girinti deneyleri. makroölçekte, biz frekans bağımlı kayma elastik modüle ölçmek için paralel plakalı reometre yapıyoruz. Biz de her yöntemi ile ilişkili zorlukları ve sınırlamaları tartışmak. Birlikte bu teknikler daha iyi beynin yapısını anlamak ve biyo-esinlenmiş malzemeleri mühendisi için kullanılabilir beyin dokusunun derinlemesine bir mekanik karakterizasyonu sağlar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biyolojik organları içeren en yumuşak dokular mineralize kemik ya da mühendislik malzemelerine göre, mekanik ve yapısal olarak karmaşık ve düşük sertliğe sahiptir ve doğrusal olmayan ve zamana bağlı deformasyon sergiler. Vücudun diğer dokulara kıyasla, beyin dokusu Pa ¹ 100'ler mertebesinde elastik modülü E, son derece uyumludur. Beyin dokusu farklı ve birbirine kenetlenmiş gri ve aynı zamanda işlevsel farklılık beyaz cevher bölgeleri ile yapısal heterojenliği sergiler. Anlamak beyin doku mekaniği, yaralanma sırasında beynin yanıtı taklit mekanik hasar tahmini kolaylaştırmak ve koruyucu stratejilerin mühendislik sağlamak için malzemeler ve hes....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Etik Beyanı: Tüm deneysel protokoller Boston Çocuk Hastanesi Hayvan Araştırmaları Komitesi tarafından onaylanan ve Laboratuvar Hayvanları Bakım ve Kullanım Sağlık Rehberi National Institutes uygun bulundu.

1. Fare Beyin Doku Toplama İşlemleri (AFM etkin girinti ve darbe girinti için)

fareler uyutmak için bir ketamin / ksilazin karışımı hazırlayın. 5 mi ketamin (500 mg / ml), 1 mi ksilazin (20 mg / ml) ve 7 ml% 0.9 tuzlu su çözeltisi bir araya getirin.
Fare (Breed:; Syn-Cre; TSC1'yi PLP-eGFP; Yaş: p21; Cinsiyet: erkek veya kadın) enjekte ketamin / ksilazin çözümünün gram vücut ağırlığı başına 7 ul.
Fare tamam....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 4, sırasıyla uygulanan bir kuvvet veya girinti derinliği (Şekil 4A, D), verilen, sürünme uyumu için zaman yanıtları (Şekil 4B, E) vs temsili girinti ve kuvvetini göstermektedir ve dinlenme deneyleri zorlamak. Bu veri ve sistemin geometrisini kullanarak, sürünme uyum J _c (t) ve gevşeme modülü G _R (t) zorlamak beyin (Şekil 4C, F) farklı bölgeler için hesaplanabilir. Daha önceki.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada sunulan her teknik beyin dokusunun mekanik özellikleri farklı yönlerini ölçer. Bozulma uyumu ve stres gevşeme modülleri zamana bağlı mekanik özelliklerinin bir ölçüsüdür. Depolama ve kayıp modülleri oranı bağımlı mekanik özellikleri temsil eder. Darbe girinti ayrıca oran bağımlı mekanik özelliklerini ölçen, ancak enerji dağılımı bağlamında. Doku mekanik özelliklerini karakterize ederken, hem AFM etkin girinti ve reolojisi yaygın kullanılan yöntemlerdir. Daha önce tarif edildiği gibi zamana bağlı malzeme öze.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmanın Ulusal Multipl Skleroz Derneği ve Simons Sosyal Beyin Merkezi tarafından desteklendiğini kabul ediyoruz. BQ, ABD Ulusal Savunma Bilimi ve Mühendisliği Yüksek Lisans Burs programından destek aldığını kabul eder.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Xylazine	Lloyd Laboratoried		reçete ilacı
Ketamin	AnaSed Enjeksiyonları		reçete ilacı
Vibratom (Titreşimli bıçak mikrotomu)	Leica	VT1200
Hazırda Bekletme-A Orta	Gibco	A1247501	CO_{2< / sub> yetişkin dokusu için bağımsız nöral ortam}
Atomik Kuvvet Mikroskobu, MFP-3D-BIO	İltica	Araştırması-Petri
Bulaşık Isıtıcı	İltica	Araştırması-AFM
Probu, 0.03 N/m, 10 &mikro; m yarıçaplı borosilikat küre	Novascan	PT.
Cell-Tak	Corning	354240	midye türevi biyoyapıştırıcı
Sodyum Bikarbonat	Sigma-Aldrich	S5761	alternatif tedarikçiler kullanılabilir
Sodyum Hidroksit, 1 N	Sigma-Aldrich	59223C	alternatif tedarikçiler kullanılabilir
Aletli Girinti, NanoTest Vantage Micro	Materials Ltd.	-	prob ucunun işlenmesi gerekiyor (çelik yassı zımba, 1 mm çap, 4-5 mm uzunluk)
NanoTest Sıvı Hücre Mikro	Malzemeler Ltd.	-
Paralel Plakalı Reometre MCR501	Anton-Parr-PP25
	Anton-Parr-25		mm çapında düz ölçüm plakası
Yapışkanlı Zımpara Kağıdı	McMaster-Carr	4184A48	alternatif tedarikçiler kullanılabilir
Loctite 4013 Anında Yapıştırıcı	Henkel	20268	alternatif tedarikçiler kullanılabilir

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling. Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).
Liu, F., Tschumperlin, D. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles