Zebra balığı Çeneli Biyomekanik Araştırma Sonlu Elemanlar Modelleri Bina

Bu modelleme tekniğinin genel amacı, zebra balığı çenelerinin geliştirilmesiyle yaşanan mekanik ortamı simüle etmektir. Bu yöntem, kas-iskelet sistemi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir, örneğin, mekanik yük kalıpları zaman içinde nasıl değişir? Ve bu yükler hücre davranışını nasıl uyarır?

Bu tekniğin temel avantajı, mekanik ortam bağlamında gen ekspresyonu modellerini ve hücre davranışındaki değişiklikleri analiz etmemize izin vermesidir. Bu yöntem iskelet gelişimi hakkında fikir verebilir. Ayrıca, daha yüksek omurgalılardaki iskelet elemanları veya kardiyovasküler sistem gibi mekanik yük yaşayan diğer herhangi bir biyolojik yapıya da uygulanabilir.

Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler mücadele edebilir, çünkü terminoloji ve yazılım mühendislikte bir arka plan gerektirir. İskelet elemanlarının şeklini görselleştirmek, kasları ölçmek ve kas eklerinin tam yerleşimini belirlemek için, balığı iskelet miyozini ve tip II kollajen için uygun yaşta immünostain. İlk olarak, bir balık larvasını bir saat boyunca% 4 paraformaldehit ve PBS'ye sabitleyin.

Ardından, sabitleyiciyi iki PBT yıkama kullanarak yıkayın. Daha sonra, larvaları beş dakika boyunca% 50 metanol ve PBT içinde kurutun, ardından beş dakika% 100 metanol ile kurutun. Larvalar daha sonra ihtiyaç duyulana kadar% 100 metanol içinde saklanabilir.

Gerektiğinde, larvaları beş dakika boyunca% 50 metanol ve PBT içinde yeniden sulandırın. Daha sonra PBT'de beş dakika boyunca yıkayın. Şimdi, larvaları% 0.25 tripsin ve PBT ile buz üzerinde beş ila altı dakika geçirgen hale getirin.

Daha sonra PBT'de beş dakika yıkayın ve PBT yıkamasını üç kez daha tekrarlayın. Antikorları uygulamadan önce, larvaları% 5 serum ve PBT'de iki ila üç saat bloke edin. Daha sonra, larvaları tavşan anti-tip II kollajen ve fare anti-miyozin antikorlarının% 5 serum ve PBT ile önerilen seyreltilmesinde inkübe edin.

Bu inkübasyonu oda sıcaklığında bir saat veya gece boyunca dört santigrat derecede gerçekleştirin. Birincil antikorları uyguladıktan sonra, larvaları PBT'de yıkama başına 15 dakika boyunca toplam altı kez yıkayın. PBT yıkandıktan sonra, bir veya iki saat boyunca %5'lik bir serum ve PBT bloğu uygulayın.

Şimdi, ikincil antikorları uygulayın, bundan böyle preparatı mümkün olduğunca karanlıkta tutun. % 5 serum ve PBT'de floresan etiketli anti-fare ve anti-tavşan ikincil antikorları kullanın. İkincil antikorları uyguladıktan sonra, larvaları yıkama başına 10 dakika boyunca PBT'de altı kez yıkayın.

Tarif edildiği gibi boyanan veya floresan etiketleri ifade eden herhangi bir larva, artık aşağıdaki gibi bir konfokal mikroskop kullanılarak görüntülenebilir. Yaklaşık 2,5x dijital yakınlaştırma özelliğine sahip 10x objektif lensi kullanarak ilgilendiğiniz bölgenin konfokal bir görüntü yığınını çekin. 488 nanometre lazer ve 561 nanometre lazer kullanarak yeşil ve kırmızı kanalı uyarın.

Ardından, üç satır ortalaması ile 1,3 mikronluk bir z düzlemi aralığı kullanarak 512 kare pikselli görüntüler çekin. Yığını yaklaşık 100 z bölümü dolduracaktır. Verileri bir TIFF görüntü yığını olarak dışa aktarın.

TIFF görüntü yığınını açın ve tüm kanalları uygun yazılımda görüntüleyin. Kıkırdak kanalına sağ tıklayın, orthoslice'ı seçin ve oluşturun. Ardından, kıkırdak kanalına sağ tıklayın ve Görüntü İşleme, Yumuşatma ve Gürültü Giderme'yi seçin, görüntü filtresini seçin ve Gauss yumuşatma arasında geçiş yapın.

Proje görünümünde, filtrelenmiş görüntüye sağ tıklayın ve görüntü segmentasyonunu seçin ve ardından yeni etiketi düzenleyin. Kıkırdak ve eklem gibi her malzeme için yeni bir etiket oluşturun. Ardından, tüm dilimler açıkken sihirli değnek aracını kullanarak görüntünün kıkırdak bölgesini seçin ve ana hatlardaki paraziti gidermek için fırça aracını kullanın.

Ardından, fırça aracıyla bağlantı bölgesini seçin ve bunu bağlantı bileşenine atayın ve bağlantı boyunca eylemi tekrarlayın. Birden çok dilimi aynı anda düzgünleştirmek için üst menüden Segmentasyon'u seçin ve Etiketleri düzgünleştir'i seçin. Ardından, bileşenin 3B yüzey görüntüsünü oluşturmak için görüntüye sağ tıklayın ve Yüzey Oluştur'u seçin.

Şimdi, oluşturulan yüzeye tıklayın ve verileri ağ oluşturma için bir HMASCII dosyası olarak kaydedin software. 3D ağ oluşturma, iyi bir model oluşturmada kritik bir adımdır. Modellemeye çalıştığınız yapının gerçek şeklini temsil eden bir ağ arasında, çok küçük veya çok büyük açılı olanlar gibi sorunlu öğeleri tanıtacak kadar çok ayrıntı içermeden uzlaşmanız gerekir.

Ağı oluşturmak için, 3B modeli yetenekli bir yazılım paketine aktarın. Kıkırdak ve eklem yüzeylerinin iki boyutlu bir ağını oluşturmak için 2D menüsü altındaki shrinkwrap aracını kullanın. 1,5 ile 2,5 arasında bir öğe boyutu seçin.

3D ağ optimizasyonunu gerçekleştirmek için bir dizi farklı boyutta yüzey ağı yapılabilir. Ağın eklem ve kıkırdak yüzeyleri arasında sürekli olmasını sağlamak için, sınırdaki herhangi bir elemanın ortak düğümleri paylaşması gerekir. Bunu başarmak için, içi boş bir tüp bırakarak eklemin iç yüzeyini çıkarın.

Öğeleri Sil menüsüne giden kısayola erişmek için F2 işlev tuşunu kullanın. Silinecek öğeleri seçin. Sınır düğümlerini kıkırdak yüzeyine uyacak şekilde ayarlayın.

Düğümleri silmek, taşımak ve yeni öğeler oluşturmak için sırasıyla F2, F3 ve F6 işlev tuşlarının bir kombinasyonunu kullanın. Son olarak, kollektör düzenleme bileşenleri menüsünü kullanarak eklemdeki kıkırdak yüzeyini çoğaltın. Eklem olmayan tüm öğeleri silmek için F2 işlev tuşunu kullanın.

Ardından, Öğeleri kontrol et paneline giderek kalite kontrollerini gerçekleştirin. Ağda yinelenen öğeler, eklemeler ve penetrasyonlar olup olmadığını kontrol edin. Bulunursa, Araçlar sekmesini kullanarak bunları düzenleyin.

Model ağacı seçeneğinde bulunan yardımcı program sekmesini kullanarak dihedral açıları kontrol edin. Farklı öğe boyutlarına sahip 2B yüzey ağlarından bir 3B ağ oluşturmak için Tetramesh aracını kullanın. Farklı ağ boyutlarını karşılaştırın ve daha fazla simülasyondan sonra birleşen ve özellik tanımından ödün vermeyen en düşük ağ boyutuna sahip FE modelini seçin.

Ardından, Uzaklık aracını kullanarak, kafesi çene modeli ölçeklenecek şekilde dönüştürün. Birleştirilmiş bir modeli dışa aktararak veya bağlar kullanarak kıkırdak ve eklem bileşenlerinin modele bağlandığından emin olun. Ardından, çene işlevini simüle etmek için FE modeline yükler, kısıtlamalar ve malzeme özellikleri uygulayın.

Etiketli konfokal yığınları kılavuz olarak kullanarak kasları tanımlayın. İlk olarak, kas bağlantı noktalarına karşılık gelen düğümleri atayın. Ardından, her kasın kökenini ve yerleştirilmesini temsil eden düğümler arasında vektörler oluşturun.

Tüm kaslar tanımlandıktan sonra, bir geçmiş yük toplayıcı oluşturun ve her kasa bir Cload uygulayın. Büyüklüğü Newton cinsinden belirtin ve ilişkili vektörü atayın. Ardından, literatür tarafından belirlendiği gibi uygun elastik izotropik malzeme özelliklerini atayın.

Ardından, bir sınır yük toplayıcı oluşturun ve modele bazı başlangıç kısıtlamaları uygulayın. Kısıtlanacak düğümleri seçin ve bu düğümler tarafından tanımlanan kas için doğal hareket aralığına benzer bir serbestlik derecesi faktörü seçin. Şimdi, simüle edilecek her hareket türü için bir yük adımı oluşturun.

Analiz menüsü altında, belirtilen hareketi simüle etmek için ilgili tüm yükleri ve kısıtlamaları seçin. Ardından, açılır menüden statik'i seçin. Hazır olduğunda, modeli ağ, yükler, kısıtlamalar ve malzeme özellikleri dahil olmak üzere uygun bir dosya biçiminde dışa aktarın.

Bu durumda, INP formatı seçilir. Ardından, modeli FE analiz yazılımına yükleyin. Burada, model için bir iş oluşturun ve yürütün ve çıktıyı gerilim, gerinim, yer değiştirme vb. için analiz edin.

Üç ila altı transgenik zebra balığı larvası seçin ve larvaları% 0.02 MS-222 ile dokunmaya cevap vermeyi bırakana kadar hafifçe uyuşturun, ancak kalpleri hala atıyor. Daha sonra larvaları, Danieau'nun solüsyonunda ılık,% 1 düşük erime noktalı agaroz içinde kapak kızaklarına yanal olarak monte edin. Daha sonra, agarozu forseps ile başın ve çenenin etrafından dikkatlice çıkarın.

Ardından, bir Pasteur pipeti kullanarak, anesteziyi çıkarmak için taze Danieau'nun solüsyonunu larvanın başının üzerine yıkayın. Normal ağız hareketi devam edene kadar bunu yapın. Şimdi, ağız hareketlerinin floresan yüksek hızlı videolarını çekmek için film yakalama yazılımını kullanın.

Birden fazla çene açma döngüsünü kaydetmek için gereken süre boyunca en yüksek kare hızında film çekin. Daha sonra, çenenin maksimum yer değiştirmesini analiz edin. Çeneyi en geniş açık gösteren çerçeveleri seçin ve Meckel kıkırdağının ön ucu ile üst çene arasındaki mesafeyi ölçün.

Üst çene noktası, etmoid plakanın ucuna karşılık gelir. Kas ve kıkırdak için immün boyama veya transgenik raportörlerin görüntülenmesi, çenenin 3D yapısının, ilişkili kas sistemi ile birlikte görselleştirilmesini sağlar. Yüksek çözünürlükte görüntüleme yaparak, çenenin 3 boyutlu şeklini yakalayan bir model oluşturmak mümkün oldu.

Model, yerleşimi ve büyüklüğü kas ve kıkırdağın konfokal görüntülerinden türetilen yükleri içerir. Bu modelden, bir dizi farklı malzeme özelliği test edildi. Yüksek hızlı video çekimi yoluyla görülen in vivo yer değiştirme kullanılarak, bu hareket aralığını en iyi şekilde kopyalayan bir model seçildi.

En doğru malzeme özelliklerini, yükleri ve ağ şekli verilerini kullanan FE modeli, bu zaman diliminde yaşanan mekanik ortamın en iyi tahminini keşfetmek için kullanıldı. Örneğin, stresin büyüklükleri ölçüldü. Model, desenin ince detaylarını görmek için büyütülebilir ve daha sonra tüm boyutlardaki detayı gözlemlemek için dijital bölümlere bakılabilir.

Bu videoyu izledikten sonra, mekanik yük altındaki biyolojik bir yapının fizyolojik olarak doğru bir 3D modelini oluşturmak için konfokal görüntülemenin nasıl kullanılacağını iyi anlayacaksınız. Bu prosedürü denerken, bunun doğrusal, elastik bir model olduğunu ve kıkırdağın tamamen doğrusal bir malzeme gibi davranmadığını hatırlamak önemlidir. Geçirgenlik gibi diğer malzeme özellikleri dahil edilebilir, ancak ağda daha fazla değişiklik yapılması gerekebilir.