Tendon ex vivo Mekanik Yükleniyor

Benim adım David Rempel. California Üniversitesi Berkeley'de Biyoengineering Bölümü'nde öğretim üyesiyim. Göreceğiniz deney tendonların gerilmesini içermektedir ve temel amaç, el bileği ve dirsekteki tendon bozukluklarının altında yatan mekanizmayı anlamaya çalışmaktır.

Bu tendon bozuklukları, elleriyle tekrarlayıcı işler yapan işçiler ve sporcular arasında yaygındır. Laboratuvarımızdaki doktora öğrencilerinden Krish Sundi, sistemin çeşitli özelliklerini, özellikle tendonun kesit alanının ölçümünü gösterecektir. Tendonları aktüatörlere yerleştirecektir.

Sistemin tendona 24 saatlik bir süre boyunca döngüsel olarak yükleme yapışını gösterecek ve ardından tendonu sistemden çıkaracaktır. Tamam, tasarlayıp inşa ettiğimiz yükleme sistemi budur. Gördüğünüz gibi, altı aktüatörden oluşmaktadır.

Bunlar, bir mikrometrelik yer değiştirme uygulama kapasitesine sahip yüksek hassasiyetli aktüatörlerdir; aktüatörle seri olarak, tendonlara uygulanan yükleri kaydetmek için bir yük hücresi bulunur. Yük hücresiyle seri halde, tendonların canlılığını korumak amacıyla besiyerine daldırılabilecek kadar uzağa uzanan şu klempler yer alır. Tüm bu sistem, besiyerini 37 °C'de tutmak için daha sonra bir su banyosuna yerleştirilir.

Şimdi size bir tendonun bu sisteme nasıl yükleneceğini göstereceğim. Yapmamız gereken ilk adım, uygun gerilmeleri uygulayabilmek için tendonun kesit alanını ölçmektir. Tendonun bulunduğu tüpü bana uzatabilir misiniz?

Şu an, bu tendonlar bir Yeni Zelanda beyaz tavşanından alındı. Henüz buraya getirildiler, dolayısıyla tavşanın ötanazi edilmesinden sonraki iki saatten daha kısa bir süre geçtiği için hâlâ tazeler. Tendonun, kesit alanını ölçtüğüm kısmı, tendonun en ince bölümü boyunca yer almaktadır.

Bunun sebebi, en düşük ve en küçük kesit alanından dolayı en büyük gerilmelerin bu noktada meydana gelecek olmasıdır. Şimdi ağırlığı pistonun üzerine yerleştirebilir misiniz? Şimdi kalınlık değerini 1.3 olarak okumak için 30 saniye bekliyoruz.

Pistonu kaldırıp tendonu tekrar medyumun içine yerleştirebilir misiniz? Ben de tendonu içine yerleştireceğim aktüatörü söküyorum. Şimdi tendonu klemplere monte edeceğim.

Burada aktüatörün yakın çekimini görebiliriz. Aktüatörün kendisini, yük hücresini ve dışarı doğru uzanan kelepçeleri görebilirsiniz. Bu pedleri yaklaşık yarım inç ile üç çeyrek inç genişliğinde ve yaklaşık bir buçuk inç uzunluğunda keseceğim.

Ardından, bu gazlı bez pedleri ıslatmak için besiyerine daldırın. Bu işlem, yuvarlama sürecini kolaylaştırır. Yuvarlanmış gazlı bez şeritlerini bu serpantin klemenslerin oluklarına yerleştirin. Şimdi tendonu besiyerinden çıkaracağım.

Bu uç, flexor tendonun tavşan dijitinin ucuna insersiyon bölgesidir. Buradaki bu bölge, fiber kıkırdak bölgesidir. Tendon, fiber kıkırdak bölgesi proksimal klembin içerisinde sıkıştırılacak şekilde konumlandırılır.

Ardından tendon sıkıştırılır ve vidalar yeniden bir newton metreye kadar sıkılır. Daha sonra fazla tendon kesilir; böylece aktüatör destekleyiciye sabitlenmiş olur ve tüm tendon ile klempler modifiye edilmiş medyaya batırılır. Sonraki aktüatörlere tendon montajı yapmak için aynı prosedür uygulanır.

Gördüğünüz gibi toplamda altı adet mevcut, dolayısıyla bu işlemi altı ayrı tendon ile gerçekleştirebiliriz. Ardından, medyumun 37 °C sıcaklıkta tutulması için tüm bu sistem kaldırılarak bir su banyosuna yerleştirilir. Şimdi tendona 0.5 ile 5 megapascal arasında döngüsel bir yük uygulayacağız.

Kullandığımız yazılım, özel olarak yazılmış bir LabVIEW yazılımıdır. İlk olarak tendonu ön koşullandırmaya tabi tutuyoruz. 0.5 megapascals ile iki megapascals arasında 20 döngüsel yükleme uyguluyoruz.

Ölçülen kalınlık için, bu değeri girmek amacıyla sağlanan dört mikrometreyi kullanın. Program, kesit alanını otomatik olarak hesaplayacaktır. Ardından program, tendona 2 MPa yük uygulanana kadar yer değiştirmeyi artırması için aktüatöre talimat verecektir.

Burada takip ettiğimiz mor izdir. Tendona 2 megapascal yük uygulandıktan sonra, program tendona 0.5 megapascal yük uygulayacaktır. Bu iki yük belirlendikten sonra, program bu iki yük arasında döngü yapacak ve bu iki istenen yük arasında konumu sürekli olarak güncelleyecektir.

Bu yükleme, 0,5 hertz frekansında, saniyede 10 megapascal olacak şekilde gerçekleştirilmektedir. Tendonu ön koşullandırdıktan sonra, 0,5 newtonluk bir yük hedefliyoruz. 0,5 Newton yük altındaki tendon uzunluğunu, tendonun ölçüm uzunluğu olarak tanımlıyoruz.

Program bu yükü bulduğunda, aktüatörün konumunu okuruz ve şu anda altı sekiz yüz yirmi beş olarak okunan bu konum, tendonun ölçüm uzunluğudur. Tendonun ölçüm uzunluğunu kaydettikten sonra, döngüsel yükleme programına geri döneriz; istediğimiz 5 MPa ve 0.5 MPa değerlerini ve yüklemek istediğimiz toplam döngü sayısını gireriz ve tendonu 0.5 ile 5 MPa arasında döngüsel olarak yüklemek için aynı programı tekrar çalıştırırız. Bu yükleme işlemi, yeniden 0.5 Hz frekansta ve saniyede 10 MPa hızla gerçekleştirilir.

Genellikle 24 saat boyunca döngüsel yüklere maruz bırakıldıktan sonra aktüatör sistemden çıkarılır ve buradan itibaren tendon istenilen şekilde kesilip işlenebilir. Tavşanlardan steril olarak alınan tendonlarımızı görmüş oldunuz. İzlediğiniz işlem yarı steril bir süreçti ancak tendonların 24 saatlik bir süre boyunca döngüsel yüklemeye tabi tutulmasını sağladı.

Tendonlar daha sonra gen ekspresyonu için R-T-P-C-R kullanılarak analiz edilir. Ayrıca tendonlardaki diğer değişimleri, yapısal değişiklikleri ve diğer histolojik belirteçleri de analiz ediyoruz. Nihayetinde, bu deneyin amacı, farklı yükleme modellerinin temel olarak tendinopatiler ve tendonit ile ilişkili olabilecek tendon yaralanmalarının altında yatan mekanizmalar üzerinde nasıl bir etkiye sahip olduğunu belirlemektir.