该协议描述了一种高效且可重复的方法,通过可重复使用的定制 3D 打印夹具对小鼠肌腱进行生物力学测试。新方法将测试样品的时间从数小时缩短到数分钟,并消除了以前方法中常见的重大夹持工件。此方法不限于超性肌腱和跟腱。
它可以很容易地适应测试其他小鼠肌腱和肌腱从较大的动物。为了确保该方法的可重复性和效率,此处未描述的夹具可能需要多个设计原型设计和验证周期。首先,对阿加罗斯凝胶中的整个骨骼进行微算断层扫描。
将重建为横截面映像后,选择"文件打开"命令以打开文件数据集。打开对话框文件首选项并选择"高级"选项卡。使用自适应渲染算法构建提供更平滑表面细节的 3D 模型。
使用 10 作为位置参数,该参数定义用于查找对象边框的邻点(以像素为单位)的距离。将容差最小化为 0.1 以减小文件大小。要指定感兴趣的体积,请手动选择要设置为所选 VOI 范围的顶部和底部的两个图像,然后移动到第二页"感兴趣区域"。
手动选择单个横截面图像上感兴趣的区域。每 10 到 15 个横截面图像重复选择 ROI。接下来,移动到第三页,二进制选择。
在"直方图"菜单上,单击"从数据集"以显示来自数据集所有图像的亮度直方图分布。此外,在直方图菜单上,单击"创建 3D 模型文件"菜单。以 STL 文件格式保存骨骼的 3D 模型。
在 Meshmixer 软件中,导入网格并选择"全部编辑"。从"工具集"编辑中选择"生成",然后从"工具集""减少目标"中选择"三角形预算"。减少三算并接受更改。
通过选择 Export As.To 设计超平头肌腱腐殖质骨,使用实体建模计算机辅助设计程序创建腐殖质夹具的自定义拟合模型,以重新保存 STL 格式的新缩减文件。在实体建模程序中打开腐殖质骨骼的 STL 格式文件,然后以 SLDPRT 格式保存为零件文件。然后打开零件文件以手动创建三个与解剖学相关的平面,例如 sagittal、日冕和横向。
单击"文件更新"以创建实体块组件零件。单击"文件更新"以创建包含两个组件的装配体模型,即实体块和右侧或左侧腐殖质骨骼。定义块内骨骼的方向,以确保肌腱和骨骼之间的角度为 180 度。
确保整个骨骼体积适合块内。在"装配体"窗口中,选择块,然后从"装配体"工具栏中单击"编辑零部件"。单击"插入、特征、腔"。
选择"均匀缩放"并输入 0% 作为在所有方向缩放的值。抑制骨骼零件并保存装配体作为零件。使用型腔部件打开气缸。
创建草图,确保仅将 0.5 毫米留在腐殖质头部上方。从"特征"中选择"拉伸切割"。沿下垂平面切割组件,以创建两个对称的组件,适合骨骼的前部和后部。
沿下垂平面切割装配零件,以创建两个对称部件,这些部件适合骨骼前部和后部。确保腐殖质头防止生长板故障,并定义紧密间隙,避免在测试期间将腐殖质与模型分离,这一点至关重要。按照手稿中所述继续,完成后部组件和前部组件。
将两个组件另存为单独的零件文件。现在,按"插入图案"、"镜像"并选择"镜像",为固定装置的每个组件创建对立面的 3D 镜像模型。选择前脸作为镜面平原。
选择要镜像的零件。选择镜面并创建包含所有材质的草图。从"特征"中选择"拉伸切割"以移除原始零件并仅保留镜像零件。
单击零件底部,用作平面以绘制草图。单击草图文本并添加 L 或 R.,这将在夹具底部添加蚀刻以区分左右两侧。以 STL 标准文件格式保存所有夹具部件,为 3D 打印做准备。
解剖超性肌肉肌腱,腐殖质骨标本,首先将安乐死小鼠定位在易发位置,并在皮肤上从前爪肘上方向肩部切开。使用钳子小心地去除皮肤与钝解剖,使肩膀的肌肉是可见的。取出腐殖质周围的组织,直到骨骼暴露。
用钳子握住腐殖质,小心地取出三叶虫和梯形肌肉,露出科拉科罗马拱门。识别交流接头,用手术刀刀片小心地将锁骨与锁骨分离。注意不要损坏超面肌腱及其骨质附件,使用手术刀刀片将其肩骨附件的肌肉移除。
将腐殖质头部与软骨分离,并撕裂关节胶囊和炎素亚帽和肌腱。分离肘关节,将腐殖质与 ulna 和半径分开。分离腐殖质肌腱肌肉标本,清理腐殖质和腐殖质头上多余的软组织。
解剖跟腱,钙质骨,将安乐死小鼠定位在容易的位置。注意不要损坏跟腱及其骨质附件,用钝解剖去除皮肤,使脚踝和膝盖关节周围的肌肉暴露。使用手术刀刀片,从跟腱-钙化物附件开始,小心地将胃毛肌从近近的附件中分离出来。
小心地将钙化物与各种相邻的骨骼分离开来,分离出跟腱-钙化物标本并清除多余的软组织。要确定肌腱的横截面区域,请将骨倒置,将标本悬浮在充满阿加罗斯凝胶的冷冻管中,其中含有阿加罗斯凝胶中的骨骼以及肌腱和肌肉。使用微算断层扫描后,使用手术刀刀片轻轻去除肌腱上的肌肉。
将骨骼插入 3D 打印夹具,并将其附加到测试网格。将肌腱插入并粘在折叠的薄纸巾之间,并使用薄膜手柄夹住它。将样品和夹具插入 37 摄氏度的 PBS 测试浴池中,并执行机械测试。
在这项研究中,使用可重复使用的3D打印夹具来抓骨,标本制备时间从数小时缩短到几分钟。使用电流方法对超平肌肌腱进行拉伸测试的代表性负载变形曲线消除了生长板故障等主要夹持工事。超性肌腱和跟腱的机械特性表明,基于P值小于0.05的未配对T测试,性效果显著。
微CT成功地测量了沿上肌腱长度沿跟腱长度的横截面区域。重要的是要记住,每个解剖站点都有有效抓取所需的特定设计标准。因此,每个夹具的设计应相应地进行调整。
除了对故障的拉伸测试外,这些夹具还可用于循环加载测试,这些测试提供有关肌腱疲劳和粘骨特性的信息。由于许多原因,包括难以抓住这些小组织、繁琐而耗时的标本制备方法以及生长板断裂,在文献中很难确定肌腱的机械特性。该协议提供了一种时间高效且可重复的方法,用于测试小鼠肌腱,从而消除了伪人抓地力故障,并且将一天可测试的样本数量增加了两倍。