Name: Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: Öğrenin eklem kıkırdağında nötr ve yüklü çözünenlerin taşınmasını deneysel ve sonlu eleman yöntemleriyle nasıl araştırılacağını. Bu protokol difüzyon katsayısı ve sabit yük yoğunluğu gibi temel fiziksel özellikleri belirlemenize yardımcı olur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar osteokondral fişler sürecini sarma katkılarından dolayı UMC Utrecht de gelişme mekaniği grubundan Sn Jeroen van den Berg ve Bay Matthijs Wassink minnettarlıklarını ifade etmek istiyorum. Bu çalışma Hollandalı Artrit Vakfı tarafından Grant tarafından desteklenmiştir.

NOT: Burada sunulan protokol son araştırma makaleleri 6, 8, 9, deneysel ve hesaplamalı prosedürlerden benimsenmiştir. Protokol, Şekil 1 'de gösterilmektedir. kadavra malzemeler Utrecht Üniversitesi Veteriner fakültesi izniyle toplanmıştır. 1. Numune ve Banyo Hazırlama <ol><li> Serin fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) püskürtme sırasında aşırı ısınma ve daha sonra kıkırdak hasarı önlemek için ölçüye göre matkap ucu (Şekil 1) kullanılarak kadavra at femoral kondil silindirik osteokondral tapaları (8.5 mm çap) delin. </li><li> üst üste bindirilmiş banyosunun yanal yayılmanın en aza indirmek için kılıfı küçülen bir plastik ile osteokondral fişleri Termo büzülme. <ol><li> th kıkırdak ile osteokondral fiş monteE plastik küçülen yen içinde başlangıçta üst ve ona sıcak hava üfleyerek uygulayın. ısıyla ilgili zarar görmesini önlemek için kıkırdağın yüzeyinde ıslak pamuk parçaları ekleyin. </li></ol></li><li> Ayrıca yüklü (örneğin, 650 uL, 420 mM, iyoksaglat, Molekül Ağırlığı (MA) = 1.269 Da, şarj = 1) ve nötr (650 uL, 420 mM, iyodiksanol, MW = 1,550 Da), çözünen sonlu banyoları hazırlayın. </li><li> Bir şırınga kullanılarak kıkırdak yüzeyinde hazırlanmış sonlu banyoları yük ve oda sıcaklığında (Şekil 2A) ile deneyler sırasında buharlaşmasını önlemek için sarılmış örnek üzerinde mantar fiş yerleştirin. nötr solüt taşınmasını araştırmak üzere iodixanol banyosu yerleştirin ve kıkırdak yüzeyine negatif yüklü çözünmüş madde taşıma yeri iyoksaglat banyosu incelemek için. </li></ol> 2. Görüntüleme ve Görüntü İşleme <ol><li> bir mikro-CT motorlu aşamasına bağlı bir ölçüye tutucu üzerinde mantar tapa ile izole sarılmış numuneler. Yeri to kadar kontrast maddesi çözeltisi yukarı bakacak şekilde kaplı olduğu bir kıkırdak yüzey örnek. </li><li> Mikro-BT (40 x 40 x 40 um 3 voksel, 2 dakika tarama süresini, 90 kV tüp voltajı ve 180 uA tüp akımı) kıkırdak, subkondral plakadan oluşan bir görüş alanını kullanarak tarama ve sonlu denge durumuna (48 saat kadar) bir kaç zaman noktasında banyo (Şekil 2A) ulaşılır. konsantrasyon değerleri zamanla değişmez zaman denge durumuna ulaşılır. </li><li> Üreticinin yazılımını kullanarak İlgi (ROI) Bölge konumlandırılmasını kolaylaştırmak için ilk resme göre farklı zaman noktalarında 3D görüntüler Kayıt (örneğin Analiz). </li><li> Dönüştürme 3D üreticinin yazılımını kullanarak bunları işleme önce 2B Tagged Image File Format (TIFF) yığını haline mikro-BT görüntüleri yeniden. </li><li> Küresel segmentin (ImageJ&gt; ayarlama&gt; Eşiği) subkondral kemik ve kıkırdak yerindenyazılımda banyosu yalan. </li><li> Farklı zaman noktalarında kıkırdak ortalama gri değeri elde edilir önceki adımda oluşturulan kıkırdak maskesi kullanarak (ImageJ&gt;&gt; ölçün analiz). </li><li> kıkırdak ilk banyo konsantrasyonu ve ilk kontrast maddesi konsantrasyonu dikkate alındığında, çözünen maddelerin gerçek konsantrasyonu ortalama gri değerleri dönüştürmek için lineer kalibrasyon eğrisi kullanır. Önceki veriler, gri değerler kontrast ajanlarının konsantrasyonu ile doğrusal bir ilişki muhafaza gerçeğini destekler. </li><li> Deneysel zaman noktalarında karşı çözünen madde konsantrasyonunu çizilir. </li></ol> 3. Sayısal Modelleme NOT: Bu problemde difüzyon deneysel sınır koşulu ile uyumludur (z ekseni boyunca) 1D gerçekleşecek varsayılır. Bu nedenle, geometri keyfi oluşturulabilir. <ol><li> Sonlu banyosu göre kıkırdak çoklu bölge modelini oluşturmak: 1) Kıkırdak yüzeysel bölgesi oluşan (Toplam kıkırdak kalınlığının% 20), orta bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 50) ve derin bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 30) 12 ve FEBio 13, 14 (Şekil 2B 2) sonlu banyosu). </li><li> FEBio kıkırdak ve banyo farklı bölgeleri, mekanik ve fiziksel özellikleri atamak. Young modülü (10 MPa) üstte banyosu ile uygulanan ozmotik basınca dayanıklı ve bu nedenle aşırı deformasyonlar kıkırdak korumak için yeterince yüksek olduğu varsayılmıştır. <ol><li> 10 -3 mm bir hidrolik geçirgenliği kullanım 4 / Ns ve simülasyonlar 8 banyo 0 kullanımı gerçek çözünen yayılma katsayısının Poisson oranı, 9. </li></ol></li><li> Örgü (8-düğüm trilinear altı yüzlü elemanları) oluşturmak ve sınırların yakın hassaslaştırmada (Şekil 2B)class = "xref"&gt; 8, 9. </li><li> Bifazik-çözünen modeli <ol><li> buna tekabül eden banyo ve etkili bir basınç ilk bir eriyen madde konsantrasyonuna uygulanır. 15 9'da etkili basıncın açıklamaya bakın. </li><li> Farklı kıkırdak bölgelerinde öngörülen difüzyon katsayılarına göre zaman eğrileri çözünen konsantrasyonunu elde etmek için geçici bir modda modeli çalıştırın. </li></ol></li><li> multifazik modeli Not: banyo ve doku arasındaki elektrik dalgalanma banyo ve doku hem de iki tek değerli karşıt-iyonlar eklenerek atlatılabilir. <ol><li> kararlı durum modeller için: istenen değere FCD artırırken kıkırdak ve üstte uzanan banyosu içinde aynı etkili sıvı basınçları ve konsantrasyonları kullanır. </li><li> Geçici modeller için: yeterince yüksek banyosunda çözünmüë difüzyon katsayısını tutarak iyice karıştırılmış sonlu banyosu oluşturun. enjekte etmekbanyosuna banyo hava arayüzünden çözünen istenen konsantrasyon değerine ulaşmak için. </li><li> Geçici: Önceki adımda reçete solüt konsantrasyonu sınır koşulu kaldırıp gerçek difüzyon katsayısına sonlu banyosu difüzyon katsayısını dönmek. </li><li> Farklı kıkırdak bölgelerde uygulanan FCDs ve difüzyon katsayılarına göre çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin elde edilmesi için bir model çalıştırın. </li></ol></li><li> FEBio-MATLAB arayüzü <ol><li> Otomatik FEBio ve arsa konsantrasyonu-zaman eğrilerinin (FEBio-MATLAB arayüzü) 8, 9, simülasyon gerçekleştirmek için bir MATLAB geliştirir. </li><li> FEBio-MATLAB arayüzünü kullanarak kıkırdak bölgelerinde difüzyon katsayıları ve FCDs değiştirin. FEBio modelleri çalıştırın ve çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin 9 8 ekstrakte edin. </li><li> Deneysel elde çözünen konsantrasyonu-zaman eğrileri karşılaştırMinimum kök göre farklı kıkırdak bölgelerinde veriler ve elde difüzyon katsayılarının setleri ve FCDs kare hata (RMSE) 8, 9 anlamına gelir. </li></ol></li></ol><img alt="Şekil 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig1.jpg"> Şekil 1: Deney Düzeneği. A), ısmarlama bir matkap ucu yardımıyla örnek ekstraksiyon prosedürü. B) Mikro-BT görüntüleme prosedürü difüzyon sürecini izlemek üzere. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54984/54984fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="şekil 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig2.jpg"> Şekil 2: Şematik.A) Deney tasarımı. Sonlu banyo, kıkırdak ve bunlarla ilgili örgü yüzeysel, orta ve derin bölgelerde oluşan B) Çok bölgeli hesaplama modeli. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54984/54984fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a>

<ol><li>Arkill, K. P., Winlove, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solute+transport+in+the+deep+and+calcified+zones+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage.</a> Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).</li>
<li>Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solute+transport+across+the+articular+surface+of+injured+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Biochem+Biophys%22%5BJournal%5D)">Solute transport across the articular surface of injured cartilage.</a> Arch Biochem Biophys. 535 (2), 241-247 (2013).</li>
<li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-specific+effects+of+compression+on+macromolecular+diffusion+in+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Site-specific effects of compression on macromolecular diffusion in articular cartilage.</a> Biophys J. 95 (10), 4890-4895 (2008).</li>
<li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-Specific+Molecular+Diffusion+in+Articular+Cartilage+Measured+using+Fluorescence+Recovery+after+Photobleaching%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Site-Specific Molecular Diffusion in Articular Cartilage Measured using Fluorescence Recovery after Photobleaching.</a> Annals of Biomedical Engineering. 31 (7), 753-760 (2003).</li>
<li>Gu, W. Y., Yao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+hydration+and+fixed+charge+density+on+fluid+transport+in+charged+hydrated+soft+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Effects of hydration and fixed charge density on fluid transport in charged hydrated soft tissues.</a> Ann Biomed Eng. 31 (10), 1162-1170 (2003).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Zadpoor, A. A., Weinans, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolated+effects+of+external+bath+osmolality%2C+solute+concentration%2C+and+electrical+charge+on+solute+transport+across+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Isolated effects of external bath osmolality, solute concentration, and electrical charge on solute transport across articular cartilage.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (12), 1399-1407 (2016).</li>
<li>Kulmala, K. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+coefficients+of+articular+cartilage+for+different+CT+and+MRI+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+%26+Physics%22%5BJournal%5D)">Diffusion coefficients of articular cartilage for different CT and MRI contrast agents.</a> Medical Engineering & Physics. 32 (8), 878-882 (2010).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+Neutral+Solute+Across+Articular+Cartilage%3A+The+Role+of+Zonal+Diffusivities%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Transport of Neutral Solute Across Articular Cartilage: The Role of Zonal Diffusivities.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), 071001-071001 (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphasic+modeling+of+charged+solute+transport+across+articular+cartilage%3A+Application+of+multi-zone+finite-bath+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Multiphasic modeling of charged solute transport across articular cartilage: Application of multi-zone finite-bath model.</a> J Biomech. 49 (9), 1510-1517 (2016).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Combined artificial neural networks for robust estimation of the diffusion coefficients across cartilage. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+inverse-forward+artificial+neural+networks+for+fast+and+accurate+estimation+of+the+diffusion+coefficients+of+cartilage+based+on+multi-physics+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Combined inverse-forward artificial neural networks for fast and accurate estimation of the diffusion coefficients of cartilage based on multi-physics models.</a> Journal of Biomechanics. , (2016).</li>
<li>Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Basic+Science+of+Articular+Cartilage%3A+Structure%2C+Composition%2C+and+Function%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Health%22%5BJournal%5D)">The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function.</a> Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).</li>
<li>Holzapfel, G. A., Kuhl, E. Ch. 17. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAteshian%2C+G+%22Computer+Models+in+Biomechanics%22">Computer Models in Biomechanics</a>. , Springer. Netherlands. 231-249 (2013).</li>
<li>Ateshian, G. A., Maas, S., Weiss, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphasic+Finite+Element+Framework+for+Modeling+Hydrated+Mixtures+With+Multiple+Neutral+and+Charged+Solutes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Multiphasic Finite Element Framework for Modeling Hydrated Mixtures With Multiple Neutral and Charged Solutes.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135 (11), 111001-111001 (2013).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Transport of neutral solute across articular cartilage and subchondral plate. 22nd Congress of the European Society of Biomechanics, Lyon, France, , (2016).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+multiphysics+models+to+efficient+design+of+experiments+of+solute+transport+across+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Biol+Med%22%5BJournal%5D)">Application of multiphysics models to efficient design of experiments of solute transport across articular cartilage.</a> Comput Biol Med. 78, 91-96 (2016).</li>
<li>Hosseini, S. M., Wu, Y., Ito, K., Donkelaar, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+superficial+collagen+fibrils+for+the+function+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biomechanics+and+Modeling+in+Mechanobiology%22%5BJournal%5D)">The importance of superficial collagen fibrils for the function of articular cartilage.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 13 (1), 41-51 (2013).</li>
<li>Alexopoulos, L. G., Williams, G. M., Upton, M. L., Setton, L. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoarthritic+changes+in+the+biphasic+mechanical+properties+of+the+chondrocyte+pericellular+matrix+in+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Osteoarthritic changes in the biphasic mechanical properties of the chondrocyte pericellular matrix in articular cartilage.</a> Journal of Biomechanics. 38 (3), 509-517 (2005).</li>
<li>Felson, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoarthritis%3A+new+insights.+Part+1%3A+the+disease+and+its+risk+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Intern+Med%22%5BJournal%5D)">Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors.</a> Ann Intern Med. 133 (8), 635-646 (2000).</li>
<li>Kokkonen, H. T., Jurvelin, J. S., Tiitu, V., Toyras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+mechanical+injury+of+articular+cartilage+using+contrast+enhanced+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Detection of mechanical injury of articular cartilage using contrast enhanced computed tomography.</a> Osteoarthritis Cartilage. 19 (3), 295-301 (2011).</li>
<li>Raya, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-tensor+imaging+of+human+articular+cartilage+specimens+with+early+signs+of+cartilage+damage%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage.</a> Radiology. 266 (3), 831-841 (2013).</li>
<li>Tavakoli Nia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aggrecan+Nanoscale+Solid-Fluid+Interactions+Are+a+Primary+Determinant+of+Cartilage+Dynamic+Mechanical+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Aggrecan Nanoscale Solid-Fluid Interactions Are a Primary Determinant of Cartilage Dynamic Mechanical Properties.</a> ACS Nano. 9 (3), 2614-2625 (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Estimation of cartilage properties using indentation tests, finite element models, and artificial neural networks. 11th World Congress on Computational Mechanics & 5th European Conference on Computational Mechanics, Barcelona, Spain, , (2014).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+mechanical+and+physical+properties+of+cartilage+by+coupling+poroelastic-based+finite+element+models+of+indentation+with+artificial+neural+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Determination of the mechanical and physical properties of cartilage by coupling poroelastic-based finite element models of indentation with artificial neural networks.</a> Journal of Biomechanics. 49 (5), 631-637 (2016).</li>
<li>Kokkonen, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computed+tomography+detects+changes+in+contrast+agent+diffusion+after+collagen+cross-linking+typical+to+natural+aging+of+articular+cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Computed tomography detects changes in contrast agent diffusion after collagen cross-linking typical to natural aging of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19 (10), 1190-1198 (2011).</li>
<li>Decker, S. G., Moeini, M., Chin, H. C., Rosenzweig, D. H., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+and+Distribution+of+Fluorescent+Solutes+near+the+Articular+Surface+of+Mechanically+Injured+Cartilage%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Adsorption and Distribution of Fluorescent Solutes near the Articular Surface of Mechanically Injured Cartilage.</a> Biophysical Journal. 105 (10), 2427-2436 (2013).</li>
<li>Silvast, T. S., Jurvelin, S. J., Tiitu, V., Quinn, T. M., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bath+Concentration+of+Anionic+Contrast+Agents+Does+Not+Affect+Their+Diffusion+and+Distribution+in+Articular+cartilage+In+Vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Cartilage%22%5BJournal%5D)">Bath Concentration of Anionic Contrast Agents Does Not Affect Their Diffusion and Distribution in Articular cartilage In Vitro.</a> Cartilage. 4 (1), 42-51 (2013).</li>
<li>Silvast, T. S., Jurvelin, J. S., Lammi, M. J., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((pQCT+study+on+diffusion+and+equilibrium+distribution+of+iodinated+anionic+contrast+agent+in+human+articular+cartilage+-+associations+to+matrix+composition+and+integrity%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">pQCT study on diffusion and equilibrium distribution of iodinated anionic contrast agent in human articular cartilage - associations to matrix composition and integrity.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 17 (1), 26-32 (2009).</li>
<li>Pouran, B., Arbabi, V., Villamar, J., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Contrast agent's transport across healthy articular cartilage under various bath conditions. Orthopaedic Research Society Annual Meeting, Las Vegas, Nevada, , (2015).</li>
<li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. Application of a biphasic-solute model in predicting diffusive properties of osteochondral interface. International Workshop on Osteoarthritis Imaging (IWOAI), Oulo, Finland, , (2016).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Biz eklem kıkırdağı boyunca nötr ve yüklü çözünenlerin difüzyon çalışması için bir sonlu elemanlar modelleme prosedürü ile kombine deneysel protokol sundu. Son çalışmalara göre, önerilen modeller doğru eklem kıkırdağında 8, 9 farklı bölgeleri arasında nötr (bifazik-çözünen) her ikisinin de taşıma ve negatif yüklü (çok fazlı) çözünmüş tarif olabilir. Yaygın eklem kıkırdağı işlevsel böyle OA ilerlemesi 21, ...

<html> Moleküler taşıma dile eklemlerin homeostazı hayati bir rol oynar, artiküler tedavilerin teslim kıkırdak ve kontrastlı kıkırdak görüntüleme 1, 2, 3. Bu tür kıkırdak entegrasyonu ve eksiklik, çözünen yük ve boyut olarak osmolalitesi ve nakil oranı 4, 5, 6 etkileyebilir kıkırdak ile temas içinde banyo konsantrasyonu gibi faktörler. Her bölge farklı konsantrasyonlarda ve büyük ekstrasellüler matris moleküllerin yönelimlerinin oluşur, çünkü nötr ya da yüklü, ya çözünen, nakliyesi, eklem kıkırdağı bölgeleri arasında farklı olabilir, yani proteoglikanlar (PG) ve kollajen tip II, 1, 7, 8, 9,lass = &quot;xref&quot;&gt; 10, 11. Daha da önemlisi, yüklü çözünen taşıma eklem kıkırdağının 8, 9 boyunca artar hücre dışı matris içinde negatif sabit yük ihtiva proteoglikanlar konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlı olabilir. Osteoartrit (OA), böylece kıkırdak boyunca difüzyonu çalışmanın önemini gösteren, ilerledikçe Bu parametreler özellikle de sabit yük yoğunluğu (FKH), kolajen fibrilleri ve kıkırdak arasında su içeriği varyasyon yönünü değişiklik olabilir. Bu çalışmada, bir protokol 6, 8, 9 doğru difüzyon sonlu banyosu modelinde nötr ve yüklü çözünen maddeleri kullanılarak çeşitli sınır şartları altında difüzyon araştırmak için önerilmektedir daha önce kurulmuş deney ve bilgisayar çalışmalara dayanmaktadır. To yöntemler kıkırdak ve gelişmiş iki fazlı-çözünen ve çok fazlı sonlu eleman modelleri ile desteklenen bir sonlu banyosunda içeren bir sistemin, mikro-bilgisayarlı tomografi görüntüleme (mikro-CT) oluşmaktadır önerilmiştir. Bu modeller, eklem kıkırdağının çeşitli dilimleri arasında nötr ve yüklü moleküllerin yanı sıra FCDs difüzyon katsayılarını elde etmek sağlar. bu modelleri kullanarak, bir kıkırdak ve bindirilirken sonlu banyosu arasındaki etkileşimleri incelemek için kullanılabilir difüzyon nötr ve yüklü moleküllerin davranışlarının daha iyi anlayabilirsiniz.

<table><tbody><tr><td>Hexabrix</td><td>Guerbet</td><td>15HX005D</td><td>Negatif yüklü kontrast madde</td></tr><tr><td>Visipaque</td><td>GE healthcare</td><td>12570511</td><td>Nuetral kontrast madde</td></tr><tr><td>PBS (Fosfat tamponlu Salin)</td><td>Yaşam teknolojileri</td><td>10010023</td><td>Orta</td></tr><tr><td>mikro-CT</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>Difüzyonun izlenmesi</td></tr><tr><td>Donma noktası ozmometresi</td><td>Gelişmiş Aletler</td><td></td><td>Ölçüm çözeltisi ozmolalitesi</td></tr></tbody></table>

deneysel ve sonlu eleman protokolü eklem kıkırdak genelinde nötr ve yüklü Çözünenlerin ulaştırma araştırma

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

<html> Osteoartrit (OA) kıkırdak ve kondral kemik dejenerasyonu ile ilgili olan bir zayıflatıcı bir hastalıktır. Bu büyük bir kimyasal bozunma örneğin, proteoglikan kaybı ve kolajen fibril bozulmasını karşılaşır olarak eklem kıkırdağı dejenerasyonu ölçüde yük taşıma işlevini bozar. OA sırasında kimyasal zarar mekanizmalarını incelemek için ümit verici bir yol, bir dış çözünen kıkırdak örnekleri ortaya çıkarmak ve moleküllerin difüzyon izlemektir. Sağlıklı kıkırdağa kıyasla farklı difüzyon özelliklerine oluşturur eklem kıkırdağı üzerinde hareket ederken, kıkırdak hasarı (örneğin, konsantrasyon ve temel makromoleküllerin konfigürasyonunda) derecesi dış solutların çarpışma enerji kaybı ile ilişkilidir. Bu çalışmada, çeşitli adımlardan oluşur ve daha önce geliştirilen deneysel mikro C dayanan bir protokol, tanıtmak14px; &quot;&gt; omputed T omography (mikro-CT) ve sonlu eleman modeli ilk olarak iki fazlı-çözünen ve difüzyon katsayılarını elde etmek için çok fazlı sonlu eleman modelleri üzerine tatbik edilmesi izler mikro-CT, kullanılarak kaydedilir yüklenmiş ve yüklenmemiş iyotlu moleküllerin taşınması. ve kıkırdak dilimleri arasında yük yoğunlukları sabit.

Burada sağlanan temsili sonuçları önceki araştırma makaleleri 6, 8, 9, 16 ile kabul edilmiştir. OA olarak, eklem kıkırdağı önemli değişiklikler en önemlisi GAG kaybı ve kolajen fibril hasar 17, 18, 19 girer....

Geçenlerde geliştirilen deneysel ve sayısal yöntemlerin yardımıyla eklem kıkırdağının genelinde Yüklü ve yüksüz moleküllerin taşınmasını araştırmak için bir protokol öneriyoruz.

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Bu prosedürün genel amacı, deneysel ve sayısal yöntemler yardımıyla yüklü ve yüksüz moleküllerin eklem kıkırdağı boyunca taşınmasını araştırmaktır. Bu yöntem, difüzyon katsayısı ve farklı bölgelerdeki sabit yük yoğunluğu gibi eklem kıkırdağının fiziksel özellikleri ile ilgili temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, radyoopak moleküllerin taşınmasının mikrobilgisayar tomografisine dayanan sonlu bir yol, deneysel model benimsemesidir.Numune hazırlamaya başlamak için, oda sıcaklığında fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) delme alanına püskürtürken 8,5 milimetre çapında silindirik bir osteokondral tapa delin. Fişi, kemik tabakası uçla aynı hizada olacak şekilde yaklaşık 2,5 santimetre uzunluğunda ısıyla daralan makarona yerleştirin ve ardından kıkırdak yüzeyini ıslak pamukla kaplayın. Ardından, fişin kenarlarındaki boruyu küçültmek için bir sıcak hava tabancası kullanın.Sırasıyla negatif yüklü veya nötr bir çözünen banyosu hazırlamak için borunun içindeki kıkırdak yüzeyine 420 milimolar ioksaglate veya iyodiksanol çözeltisinin sonlu bir hacmini yükleyin. Tüpün açık ucunu bir mantarla kapatın. Numuneyi, mantarlı ucu yukarı bakacak şekilde bir mikro-BT'nin motorlu aşamasına monte edilmiş bir numune tutucuya yerleştirin.Kıkırdak, subkondral plaka ve sonlu banyoyu içeren bir görüş alanı üzerinde tarayın. Taramayı sonraki 48 saat boyunca veya kıkırdaktaki kontrast madde konsantrasyonu zamanla değişmeyene kadar periyodik olarak tekrarlayın. Cihaz yazılımında, 3 boyutlu görüntüleri ilk görüntüye göre farklı zaman noktalarında kaydedin ve yeniden oluşturulmuş görüntüleri 2 boyutlu TIFF dosya yığınına dönüştürün.Görüntüleri bir görüntü işleme programına aktarın ve banyo ve subkondral kemiği ayrı ayrı bölümlere ayırmak için çoğaltın. Daha sonra, subkondral kemikteki delikler doldurulur ve banyodaki gereksiz pikseller manuel olarak çıkarılır. Elde edilen segmentli banyo ve subkondral kemik görüntüleri daha sonra matematiksel olarak eklenir.Ve değnek aracını kullanarak, kıkırdak maskesinin ana hatları tanımlanır ve İlgi Bölgesi Yöneticisine eklenir. Kıkırdağın ortalama gri değerini ölçün. Banyo ve kıkırdaktaki başlangıç konsantrasyonlarına bağlı olarak, banyo ve kıkırdaktaki ortalama gri değerleri doğrusal bir kalibrasyon eğrisi kullanarak çözünen konsantrasyonuna dönüştürün.Zaman içindeki çözünen konsantrasyonlarını çizin. FEBio yazılımını kullanarak difüzyonun hesaplamalı modellemesine başlamak için, yüzeysel bölgenin kıkırdak kalınlığının %20'sini, orta bölgenin %50'sini ve derin bölgenin %30'unu temsil ettiği sonlu banyo tabanlı kıkırdak çok bölgeli modeller oluşturun. Ve çok fazlı bir model için yüklü çözünen maddelerin bilgilerini içeren bir tablo oluşturulur.Yüklü çözünen maddelerin difüzyonunu Multifazik model ile modellemek için, banyo ve doku arasındaki elektrik dalgalanmasının etkilerini önlemek için hem banyoya hem de kıkırdağa iki monovalent karşı iyon eklenmelidir. Kıkırdak ve sonlu banyo bölgeleri modellendikten sonra, Bifazik Çözünen modeli için her bölgeye Young modülü, geçirgenlik, serbest yayılma ve yayılma gibi karşılık gelen mekanik ve fiziksel özellikleri atayın. Çok Fazlı model için her bölgeye Young modülü, geçirgenlik, serbest yayılım ve difüzyon gibi mekanik ve fiziksel özelliklerin yanı sıra sabit yük yoğunluğu atayın.Ardından, sekiz düğümlü bir üçlü doğrusal altı yüzlü eleman ağı oluşturun ve sınırlara yakın bir şekilde rafine edin. Nötr çözünen maddelerin difüzyonunu Bifazik Çözünen modeli ile modellemek için, ilk çözünen konsantrasyonu ve etkin basıncı Sonlu Banyo modeline uygulayın. Her kıkırdak bölgesi için difüzyon katsayılarına dayalı olarak çözünen konsantrasyona karşı zaman eğrileri üretmek için Bifazik Çözünen modelini geçici modda çalıştırın.Kararlı durum adımındaki Çok Fazlı model için, sabit yüklü yoğunluğu istenen değere yükseltirken kıkırdak ve sonlu banyo için aynı etkili sıvı basınçlarını ve çözünen konsantrasyonlarını ayarlayın. Geçici bir adımda, banyodaki difüzyon katsayısını yeterince yüksek tutarak iyi karıştırılmış sonlu bir banyo oluşturun. Konsantrasyon değerine ulaşmak için çözünen maddeyi banyo havası arayüzünden banyoya enjekte edin.Ardından, öngörülen çözünen konsantrasyon sınır koşulunu önceki adımdan kaldırın ve sonlu banyonun difüzyon katsayısını gerçek difüzyon katsayısına geri döndürün. Uygulanan sabit yük yoğunluklarına ve her kıkırdak bölgesi için difüzyon katsayılarına dayalı olarak zaman eğrilerine karşı çözünen konsantrasyonunu elde etmek için bir FEBio MATLAB arayüzü kullanarak Çok Fazlı modeli çalıştırın. Bu yöntem kullanılarak, nötral ve anyonik kontrast maddelerin eklem kıkırdağı yoluyla difüzyon süreçleri sırasıyla bifazik çözünen ve Multifazik modellerle modellenmiştir.Her iki model de deneysel verilerle iyi bir uyum içindedir. Nötral kontrast madde olan iyodiksanolün farklı kıkırdak bölgelerindeki difüzyon katsayıları Bifazik Çözünen modelden, anyonik kontrast madde olan ioksaglatın farklı bölgelerdeki difüzyon katsayıları ise Çok Fazlı modelden belirlendi. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, doku biyomekaniği alanındaki araştırmacıların, deneysel ve hesaplamalı yaklaşımların bir kombinasyonunu kullanarak yumuşak dokuların yayılma özelliklerini keşfetmelerinin yolunu açtı.Bu videoyu izledikten sonra, eklem kıkırdağı boyunca difüzyon ile ilgili deneysel ve hesaplamalı platformların nasıl tasarlanacağını iyi anlamış olmalısınız.

an-experimental-finite-element-protocol-to-investigate-transport

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Sinovyal sıvıda yüksek düzeyde insan eklem kondrosit kültür 3D sistemi açıklanmıştır. Sinovyal sıvı eklem kıkırdağı için en doğal mikroçevresinin yansıtır ve kolayca elde ve saklanabilir. Bu sistem, böylece kıkırdak rejenerasyon eğitim ve artrit tedavisi için tarama terapötikler için kullanılabilir.

Sinovya Sıvısı Kültürleme İnsan Eklem kondrosit 3D Sistemi

Kıkırdak onarımı, karşılanmamış bir tıbbi zorluğu temsil eder ve insan eklem kıkırdağını tasarlamak için hücre temelli yaklaşımlar umut verici bir çözümdür. Burada, insan eklem kondrositlerinin genişlemesi ve olgunlaşması için ideal bir araç olarak üç boyutlu (3D) biyomimetik hidrojelleri tanımlıyoruz.

Eklem Kondrosit Kültür ve Kıkırdak Üretimi için 3D hidrojel iskeleleri

Biz hücre ölümü yaralanma/olduğu gibi fare eklemlerin eklem yüzeyinde kayma ölçüde kontrollü mekanik yükler veya etkileri uygulamadan sonra değerlendirmek için bir yöntem mevcut. Bu yöntem, osteoartrit, genetik faktörler ve/veya farklı yükleme rejimleri içinde situ kondrosit güvenlik açığı nasıl etkilediğini araştırmak için kullanılabilir.

Gerçek zamanlı görselleştirme ve analiz nedeniyle tam olarak olduğu gibi fare kıkırdak Explants mekanik yükleme kondrosit yaralanma

Artroskopi cerrahisi sırasında probing normalde yumuşak doku durumunu değerlendirmek için yapılır, ancak bu yaklaşım her zaman öznel ve nitel olmuştur. Bu rapor, artroskopi sırasında üç eksenel kuvvet sensörü ile yumuşak dokunun direncini nicel olarak ölçebilen bir sondalama cihazını tanımlar.

Artroskopi Sırasında Yumuşak Dokuların Mekanik Özelliklerini Nicel Olarak Ölçen Bir Sondalama Cihazı

Bu protokol, metal implant materyaline karşı kayan osteokondral silindirlerin hazırlanmasını, biyotribolojik testlerini ve analizini açıklamaktadır. Bu protokolde yer alan sonuç önlemleri metabolik aktivite, gen ekspresyonu ve histolojidir.

İmplantlar İçin Metale Karşı Kayan Eklem Kıkırdağının Biyotribolojik Test ve Analizi

Bu protokol kıkırdakta katyonik peptid taşıyıcıları için denge alımını, penetrasyon derinliğini ve non-denge difüzyon oranını belirler. Taşıma özelliklerinin karakterizasyonu etkili bir biyolojik yanıt sağlamak için çok önemlidir. Bu yöntemler, negatif yüklü dokuları hedeflemek için en uygun ücrete uygun bir uyuşturucu taşıyıcısı tasarlamak için uygulanabilir.

Katyonik Peptit Taşıyıcılarının Kıkırdak İçi Taşıma Özelliklerinin Karakterizasyonu

Burada, sıçan dizinin siklik yüklemeye bağlı eklem içi kıkırdak lezyonu modeli, 20 N üzerinde 60 siklik kompresyon ile oluşturulan ve sıçanlarda femoral kondiler kıkırdakta hasara neden olan modeli sunuyoruz.

Sıçan Dizinin Döngüsel Yüklemeye Bağlı Eklem İçi Kıkırdak Lezyon Modelini Oluşturmak için Non-İnvaziv Bir Yöntem

Burada, osteoartrit için model olarak kullanılan kıkırdak eksplantlarında göçlerini ve alımlarını izlemek için trombositten türetilmiş hücre dışı veziklikleri etiketlemek için bir protokol sunuyoruz.

Kıkırdak Eksplantlarında Göç ve Alımı İzlemek için Hücre Dışı Veziküllerin Etiketlenmesi

Mevcut protokol, iki temas eden biyolojik karşı yüze eşzamanlı karşılıklı kayma ve normal yük uygulayan bir sürtünme test cihazını tanımlamaktadır.

Sinovyal Eklem Biyomekaniği, Mekanobiyoloji ve Fiziksel Regülasyon Çalışmaları için Bir Sürtünme Testi-Biyoreaktör Cihazı

İnsan diz eklemindeki kıkırdak, kemik, yağ yastığı ve sinovyumu özetlemek için kullanılan insan mezenkimal kök hücrelerinden dört tip doku üretmek için ayrıntılı yöntemler sunuyoruz. Bu dört doku özelleştirilmiş bir biyoreaktöre entegre edilir ve mikroakışkanlar yoluyla bağlanır, böylece çip üzerinde bir diz eklemi oluşturur.

Eklem hastalıklarını modellemek ve ilaçları test etmek için çip üzerinde diz eklemi oluşturulması

Atomik kuvvet mikroskobu mikro girintileriyle ilgili en yaygın sorunları belirlemek ve ele almak için adım adım bir yaklaşım sunuyoruz. Çeşitli derecelerde osteoartrit kaynaklı dejenerasyon ile karakterize edilen yerli insan eklem kıkırdak eksplantlarında ortaya çıkan sorunları örneklendiriyoruz.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Öğrenin eklem kıkırdağında nötr ve yüklü çözünenlerin taşınmasını deneysel ve sonlu eleman yöntemleriyle nasıl araştırılacağını. Bu protokol difüzyon katsayısı ve sabit yük yoğunluğu gibi temel fiziksel özellikleri belirlemenize yardımcı olur.

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Daha fazla video keşfet