Der in diesem Protokoll beschriebene Cantilever Bending Setup schafft einen reproduzierbaren Ansatz zur Erzeugung von Femurhalsfrakturen, die klinisch relevanter sind und in murinen Studien zur Untersuchung von Osteoporose verwendet werden können. Dieses Protokoll schafft eine Testplattform, die die Reproduzierbarkeit verbessert, was zu einem verringerten Variationskoeffizienten in den Ergebnismessungen führt. Daher minimiert es die Stichprobengröße, die für robuste Studien erforderlich ist.

Beginnen Sie mit dem Schneiden von Rohrabschnitten der Länge 1/2 Zoll bis 1 Zoll mit quadratischen 1/4 Zoll x 1/4 Zoll Aluminiumrohren. Beschriften Sie jedes Aluminiumsegment mit den Proben-IDs mit einem Ätzwerkzeug. Füllen Sie die Hälfte der Schlauchsegmente mit Kitt und legen Sie sie in eine Vorrichtung, um sie aufrecht zu halten.

Legen Sie die sauberen Oberschenkelknochen flach auf die Tischplatte, so dass die vordere Oberfläche nach oben zeigt. Platzieren Sie dann die 3D-gedruckte Führung direkt unter dem dritten Trochanter, wo der Wellendurchmesser konsistent wird. Halten Sie die proximalen und distalen Enden mit einer Hand.

Drücken Sie den Femur fest auf die Werkbank und legen Sie mit der anderen Hand die 3D-gedruckte Führung auf die Mittelwelle des Femurs, um zu verhindern, dass sich der Femur zur seitlichen oder medialen Seite dreht. Legen Sie sie dann vor die entsprechenden Aluminiumsegmente. Füllen Sie die Aluminiumsegmente mit Knochenzement, bis sie fast voll sind, so dass ein wenig Platz für die Verschiebung bleibt.

Legen Sie die Oberschenkelknochen mit Führungen in das richtige Aluminiumsegment und lassen Sie den Knochenzement aushärten. Nachdem der Knochenzement ausgehärtet ist, legen Sie die Proben in eine Petrischale mit PBS bei Raumtemperatur und lassen Sie sie zwei Stunden lang rehydrieren. Verwenden Sie ein mechanisches Prüfsystem, um eine Wägezelle mit einer Auflösung von weniger als 1 Newton anzubringen und zu kalibrieren.

Befestigen Sie eine Vorrichtung mit einem quadratischen Schlitz, um die Aluminiumsegmente mit den Mustern fest zu halten. Befestigen Sie Stellschrauben an den beiden Seiten der Haltevorrichtung, um die Proben fest an Ort und Stelle zu halten. Befestigen Sie dann eine Ladeplatte am Aktuator.

Platzieren Sie ein Stereomikroskop auf einer Oberfläche direkt vor dem MTS. Platzieren Sie Lichtquellen um das System herum, wenn zusätzliche Beleuchtung erforderlich ist, um das Setup durch das Mikroskop zu sehen. Beginnen Sie in der MTS-Software mit der Erstellung eines neuen Biegeprotokolls.

Stellen Sie sicher, dass das Protokoll in der Verdrängungssteuerung funktioniert. Stellen Sie die Laderate des Protokolls auf 0,5 Millimeter pro Sekunde ein. Wenn die Software über eine Einstellung für Softkeys verfügt, fügen Sie dem Protokoll die Softkeys Balance und Zero Extension hinzu.

Stellen Sie sicher, dass das Softwareprogramm die Zeit in Sekunden, die Last in Newton und die Ausdehnung oder Verschiebung in Millimetern bei einer Abtastrate von mindestens 100 Hertz aufzeichnet. Speichern Sie das neue Protokoll und kehren Sie zum Hauptbildschirm des Softwareprogramms zurück, um mit dem Testen eines neuen Beispielsatzes zu beginnen. Erhalten Sie ein Röntgenbild der Proben in den Aluminiumtöpfen.

Mehrere Proben können gleichzeitig abgebildet werden. Stellen Sie sicher, dass die vordere Ansicht der Proben erfasst wird, um Überprüfungsmessungen des Vergusswinkels zu ermöglichen. Legen Sie ein Aluminiumsegment mit Probe in die Haltevorrichtung und ziehen Sie die Stellschrauben fest.

Senken Sie den Aktuator ab, bis er sich innerhalb weniger Millimeter vom Hüftkopf befindet. Verwenden Sie das Stereomikroskop, um den biaxialen Tisch so einzustellen, dass die Position des Hüftkopfes direkt unter der Ladeplatte ausgerichtet wird. Sperren Sie die biaxiale Stufe an Ort und Stelle.

Nullen Sie in der MTS-Software die Position des Aktuators und balancieren Sie die Wägezelle mit den hinzugefügten Softkeys Balance und Zero Extension aus. Beginnen Sie dann mit dem Ladeprotokoll. Je nachdem, wie viel Platz zwischen der Ladeplatte und der Probe verbleibt, dauert die Prüfung nur 10 bis 30 Sekunden.

Nehmen Sie nach dem Test eine weitere vordere Röntgenaufnahme der Probe auf. Dies wird verwendet, um die Art des Bruchs zu erkennen und zu dokumentieren. Die Variationskoeffizienten (COV) aus den gemessenen Biegeeigenschaften von Hüfthälsen der Maus werden hier vorgestellt.

COV stellt das Verhältnis von Standardabweichung und Mittelwert eines Datensatzes dar, und seine Abnahme deutet auf eine engere Gruppierung der einzelnen Datenpunkte um den Mittelwert hin. Dieses Protokoll verringerte den COV für die maximale Last im Vergleich zu anderen Publikationen, die ähnliche Tests durchführten. Zur Ableitung der Steifigkeit und des Streckgrenzwerts wird eine repräsentative Kraftverschiebungskurve mit einer linearen Anpassung von 0,2 % verwendet.

Ausgewählte Ergebnismaße werden aufgezeichnet, wobei der Mittelwert und die Standardabweichung angezeigt werden, einschließlich der maximalen Belastung bei Ausfall, der Steifigkeit, der maximalen Verschiebung bei Ausfall und der Arbeit bis zum Ausfall. Sternchen weisen auf signifikante Unterschiede hin, die mit einem einseitigen ungepaarten t-Test festgestellt wurden. Oberschenkelhälse für männliche Mäuse waren signifikant stärker und steifer als Proben von weiblichen Mäusen.

Darüber hinaus erlebten die weiblichen Oberschenkelhälse im Vergleich zu Proben von männlichen Mäusen signifikantere Verformungen und Arbeit bis zum Versagen. Dies steht im Einklang mit der geringeren Knochenmineraldichte bei Frauen und unterstreicht die Sensitivität des Tests, physiologisch relevante Unterschiede zu erkennen. Biomechanische Ergebnismessungen, einschließlich maximaler Belastung, Steifigkeit, maximaler Verschiebung und Arbeit bis zum Versagen, wurden gegen den Vergusswinkel aufgetragen und mit einer einfachen linearen Regression für die männliche Kohorte, die weibliche Kohorte und alle Proben gruppiert korreliert.

Durchgezogene schwarze Linien zeigen die lineare Regression von Gruppenstichproben, und gepunktete Linien zeigen Konfidenzintervalle an. Die Variabilität des Vergusswinkels wirkte sich nicht wesentlich auf die maximale Last, die maximale Verschiebung oder die Ausfallarbeit aus. Mit zunehmendem Vergusswinkel nahm jedoch die Steifigkeit zu.

Das Wichtigste, woran Sie sich beim Ausprobieren dieses Protokolls erinnern sollten, ist, den Vergussvorgang und die Laderaten gleich zu halten, um Ihre Ergebnisse besser mit zuvor veröffentlichten Daten vergleichen zu können. Wenn eine Alternative zu Knochenzement verwendet wird, z. B. eine Wismutlegierung, die nach dem Testen erweicht werden kann, um die Probe zu entfernen, können die Proben anderen Verfahren wie Raman-Spektroskopie, DEXA oder Dreipunktbiegen unterzogen werden, um zusätzliche mechanische, chemische und strukturelle Eigenschaften aufzuklären.