בדיקה ביומכנית של הגידים של מורנה

Iden Kurtaliaj; Mikhail Golman; Adam  C. Abraham; Stavros Thomopoulos

doi:10.3791/60280

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

הפרוטוקול מתאר יעיל ומלא מתיחה שיטות בדיקה ביומכנית עבור הגידים murine באמצעות שימוש מותאם אישית התאמה תלת-ממד גופי מודפס.

Abstract

הפרעות גיד נפוצות, להשפיע על אנשים בכל הגילאים, והם לעתים קרובות מתישה. טיפולים סטנדרטיים, כגון תרופות אנטי דלקתיות, שיקום, ותיקון כירורגי, לעתים קרובות להיכשל. כדי להגדיר תפקוד גיד ולהפגין יעילות של טיפולים חדשים, התכונות המכאניות של הגידים מדגמי בעלי חיים חייבים להיקבע במדויק. מודלים בעלי חיים מוריין נמצאים כעת בשימוש נרחב כדי ללמוד הפרעות גיד ולהעריך טיפולים חדשניים עבור tendinopathies; עם זאת, קביעת תכונות מכניות של גידים העכבר כבר מאתגרת. במחקר זה, מערכת חדשה פותחה עבור בדיקות גיד מכני הכולל 3D-מודפס גופי כי בדיוק להתאים את האנטוניות של הזרוע ואת calcaneus לבדיקה מכנית הגידים הגיד וגידים אכילס, בהתאמה. מתקנים אלה פותחו באמצעות 3D שחזורים של אנטומיה העצם יליד, מידול מוצק, וייצור מוספים. הגישה החדשה חיסלה כישלונות מרתק העובדתית (למשל, כישלון בצלחת הצמיחה כישלון ולא בגיד), ירד זמן הבדיקה הכוללת, והגדילה הגוברת. יתרה מזאת, שיטה חדשה זו ניתנת להתאמה בקלות לבדיקת גידים מורקיים וגידים מבעלי חיים אחרים.

Introduction

הפרעות גיד נפוצות מאוד נפוץ בקרב אוכלוסיות הזדקנות, אתלטי, פעיל¹^,²^,³. בארצות הברית, 16,400,000 פציעות של רקמת חיבור מדווחות בכל שנה⁴ וחשבון עבור 30% מכל הביקורים הקשורים במשרד הרופא³^,⁵^,⁶^,⁷^, ^שמונה. האתרים המושפעים ביותר הנפוצים כוללים את מסובבי השרוול, גיד אכילס, וגיד הפצ'יני⁹. למרות מגוון של טיפולים שאינם אופרטיביים ואופרטיביים, כולל תרופות אנטי דלקתיות, שיקום, תיקון כירורגי, התוצאות להישאר עניים, עם תשואה מוגבלת לתפקד ושיעור גבוה של כישלון⁵^,. ^{שישה מטרים} התוצאות הקליניות המסכנות הללו מונעים מחקרים בסיסיים וטרנסלבותית המבקשים להבין את הטדינפתיה ולפתח גישות לטיפול הרומן.

מאפיינים ביומכתיים מתיחה הם התוצאות העיקריות כמותית הגדרת תפקוד גיד. לפיכך, אפיון מעבדה של מטנופתיה ויעילות הטיפול חייב לכלול בדיקות קפדניות של תכונות מתיחה גיד. מחקרים רבים תיארו שיטות לקביעת התכונות הביומכאניות של הגידים מדגמי בעלי חיים כגון חולדות, כבשים, כלבים וארנבים¹⁰^,¹¹^,¹². עם זאת, מחקרים מעטים בדקו את התכונות הביומכאניות של גידים murine, בעיקר בשל הקשיים באחיזת רקמות קטנות עבור בדיקות מתיחה. כמו מודלים מורקיים יש יתרונות רבים עבור מכניזציה ללמוד tendinopathy, כולל מניפולציה גנטית, אפשרויות מגיב נרחב, ועלות נמוכה, פיתוח של שיטות מדויקות ויעילים כדי מבחן ביוזול רקמות murine נדרש.

כדי לבדוק כראוי את התכונות המכאניות של הגידים, את הרקמה יש לתפוס ביעילות, מבלי לחמוק או לקרוע העובדתי על ממשק אחיזה או שבירה של צלחת הצמיחה. במקרים רבים, במיוחד עבור גידים קצרים, העצם היא אחזה בקצה אחד ואת הגיד הוא תפס בצד השני. עצמות מאובטחים בדרך כלל על ידי הטבעת אותם בחומרים כגון אפוקסי שרף¹³ ו פולימתילמתיונין¹⁴^,¹⁵. הגידים מוצבים לעתים קרובות בין שתי שכבות של נייר זכוכית, מודבק עם ציאנואקריאקרילי, ומאובטח באמצעות התפסים דחיסה (אם חתך הצלב הוא שטוח) או במדיום קפוא (אם חתך הרוחב גדול)¹⁵^,¹⁶^,¹⁷ . שיטות אלה הוחלו על גידים מורחיים בבחינה ביוחנונית, אבל האתגרים נובעים בשל הגודל הקטן של הדגימות ואת הציות של צלחת הצמיחה, אשר מעולם לא להתקשות¹⁸. לדוגמה, קוטרו של ראש מפרק murine הוא רק כמה מילימטרים, ובכך עושה מרתק של העצם קשה. במיוחד, בדיקות מתיחה של מורטין הרום קוצי גיד אל עצם דגימות לעתים קרובות התוצאות כישלון בצלחת הצמיחה ולא בגיד או בתזה הגיד. באופן דומה, בדיקה ביומכנית של גיד אכילס הוא מאתגר. למרות גיד אכילס גדול יותר מאשר גידים מורקיים אחרים, calcaneus הוא קטן, עושה מרתק זה קשה העצם. העצם ניתן להסיר, ואחריו לרתק את שני גיד הקצוות; עם זאת, זה מונע את הבדיקה של ההחזקה גיד לעצם. קבוצות אחרות הדו ח מרתק את העצם calcaneus באמצעות מותאם אישית ואביזרים¹⁹^,²⁰, עיגון על ידי מלחציים²¹, תיקון עצמית מרפא בטון פלסטיק²² או באמצעות חריץ בצורת חרוט²², עדיין אלה שיטות קודמות נשארות מוגבלות על ידי שיעור מעבר נמוך, שיעורי כשל גבוהים מפתים ודרישות הכנה מייגע.

מטרת המחקר הנוכחי הייתה לפתח שיטה מדויקת ויעילה לבדיקות ביו-מכנית מתיחה של גידים מורקיים, התמקדות בסופראספיאטוס ובגידים אכילס כדוגמאות. באמצעות שילוב של 3D שחזורים מאנטומית העצם יליד, מידול מוצק, ואת הייצור התוסף, פותחה שיטה הרומן כדי לאחוז את העצמות. אביזרים אלה מאובטח ביעילות את העצמות, מנעו לוחית הצמיחה כשל, ירד זמן הכנת דגימה, והגדילה בדיקות מוגברת. השיטה החדשה היא להתאמה בקלות כדי לבדוק גידים murine אחרים, כמו גם הגידים של חולדות ובעלי חיים אחרים.

Protocol

לימודי בעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים מוסדיים באוניברסיטת קולומביה. עכברים המשמשים במחקר זה היו ברקע C57BL/6J ונרכשו מהמעבדה ג'קסון (בר הארבור, ME, ארה ב). הם היו שוכנו בתנאי מכשול ללא פתוגן וסופקו מזון ומים libitum המודעה.

1. פיתוח מותאם אישית התאמה תלת-ממד ואביזרים עבור עצם מרתק

העצם רכישת תמונה ובניית מודל 3D העצם
1. לנתח את עצם העניין כהכנה ליצירת דגם תלת-ממד ולהדפסת אחיזת עצם תלת-ממדית; הזרוע והקלקאנאוס משמשים כדוגמאות בפרוטוקול הנוכחי.
  הערה: הנחיות מפורטות לנתח דגימות עצם-גיד-שריר עבור בדיקות מכניות מסופקים בשלב 2.1.1. הצעדים הבאים יש לעקוב כדי לבודד את העצמות לצורך יצירת העצם אוחז 3D-מודפס.
  1. חיתוך של הזרוע: המתת חסד לעכבר לכל הליך מאושר IACUC. להסיר את העור הגפיים העליון, להסיר את כל השרירים על הזרוע, לבטל את המרפק ואת המפרקים glenohumeral, ולהסיר בזהירות את כל רקמות החיבור המצורפת הזרוע.
  2. חיתוך של calcaneus: המתת חסד עכבר לכל הליך מאושר IACUC. להסיר את העור הגפיים התחתונות, ביתור גיד אכילס משותף המפרקים בין calcaneus ועצמות רגל אחרים, ולהסיר בזהירות את כל רקמות החיבור המצורפת calcaneus.
2. לבצע סריקת טומוגרפיה ממוחשבת של העצם כולו, למשל, לסרוק את דגימות הזרוע והקלואוס.
  הערה: בהתאם לסורק שבשימוש, ההגדרות יהיו שונות. עבור הסורק המשמש את המחקר הנוכחי (טבלה של חומרים), ההגדרות המומלצות הן: לסרוק באנרגיה של 55 kvp, מסנן אל 0.25, ברזולוציה של 6 μm.
  1. מערבבים אבקה במים באולטרטהורים ובמיקרוגל עבור 1-3 דקות עד שהאגקם מומס לחלוטין. זה עוזר מיקרוגל עבור 30-45 s, לעצור ומערבולת, ולאחר מכן להמשיך לכיוון הרתיחה. מילוי הקריוצינורות עד שלושה רבעים מלא עם התעורר. תן agarose קריר עבור כ 5-10 דקות.
  2. הוסף עצם לתוך ג'ל הצמח (זה ימנע את הממצאים התנועה במהלך הסריקה). . הכנס קריוצינורית עם עצם לסורק
    הערה: עבור הסורק המשמש במחקר הנוכחי, מחליף לדוגמה 16 מיקום אוטומטי שימש עבור כל הסריקות. לסורק זה יש אפשרות לבחור באופן אוטומטי הגדלה בהתאם לגודל ולצורה של מדגם.
3. בנייה משחזר טומוגרפיה ממוחשבת לסרוק תמונות הקרנה לתמונות בחתך הרוחב. השתמש בפרמטרים המומלצים עבור שילוב הסורק/התוכנה של הנסניסה.
  הערה: עבור התוכנית המשמשת את המחקר הנוכחי (טבלה של חומרים) מומלץ להשתמש בפרמטרים הבאים שחזור: החלקה: 0-2, תיקון התקשות קרן: 45, הפחתת טבעת הפחתה: 4-9 ולשחזר פרוסות ב 16-bit TIFF תבנית.
4. ליצור דגם תלת-ממד ולשמור לתוך פורמט STL רגיל תואם עם רוב מדפסות 3D ואבי טיפוס מהיר. עבור התוכנית המשמשת במחקר הנוכחי (טבלת חומרים), בצע את הפעולות הבאות:
  1. בחר בקובץ הפקודה > פתוח כדי לפתוח את ערכת הנתונים של הקובץ. פתח את קובץ הדו > העדפות ובחר בכרטיסיה מתקדם .
  2. השתמש באלגוריתם עיבוד אדפטיבי לבניית דגמי תלת-ממד. אלגוריתם זה ממזער את מספר משולשים היבט ומספק פירוט שטח חלק יותר. השתמש ב-10 כפרמטר היישוב; פרמטר זה מגדיר את המרחק בפיקסלים לנקודה השכנה המשמשת למציאת גבול האובייקט. מזער את העמידות ל-0.1 כדי להקטין את גודל הקובץ.
    הערה: לאחר פתיחת ערכת הנתונים, התמונות מוצגות בעמוד "תמונות Raw".
  3. כדי לציין את נפח הריבית (VOI), בחר ידנית שתי תמונות שהוגדרו כחלק העליון והתחתון של טווח ה-VOI שנבחר.
  4. מעבר אל העמוד השני, אזור הריבית. בחר באופן ידני את אזור הריבית בתמונה בחתך בודד.
    הערה: האזור שנבחר יסומן באדום (כלומר, באזור הזרוע הצולבת).
  5. חזור על השלב הקודם בכל 10 עד 15 תמונות בחתך הרוחב.
  6. מעבר אל הקטע הבינארישל העמוד השלישי. בתפריט היסטוגרמה, לחץ על מתוך ערכת נתונים. התפלגות ההיסטוגרמה של בהירות מכל התמונות של ערכת הנתונים תוצג. גם בתפריט ' היסטוגרמה ', לחצו על התפריט ' צור קובץ דגם תלת-ממד '.
5. שמור דגם תלת-ממד של העצם בתבנית קובץ STL.
6. מקד את רשת השינוי: לטפל ברשת כדי להקטין את הגודל של קובץ STL ולהפוך אותו תואם עם כל מידול מוצק תוכנית עיצוב בעזרת מחשב. עבור התוכנית המשמשת במחקר הנוכחי (טבלת חומרים), בצע את השלבים הבאים:
  1. יבא רשת שינוי ובחר הכל כדי לערוך. בחרו ' הקטן ' מעריכתערכת הכלים. לאחר מכן, בחר באפשרות תקציב משולש מערכת הכלים הפחת יעד. הפחת את הספירה התלת-ממדי וקבל שינויים. שמור שוב את הקובץ החדש מופחת בפורמט STL על ידי בחירת ייצוא כמו...
עיצוב של גופי העצם בהתאמה אישית
1. גיד של סופראספיאטוס-עצם מפרק
  1. השתמש מידול מוצק תוכנית עיצוב בעזרת מחשב כדי ליצור מודל מותאם אישית של הזרוע מרתק מתקן (איור 1, משלים קבצים).
    הערה: התוכנית המשמשת במחקר הנוכחי מפורטת ברשימת החומרים.
  2. פתח את קובץ בפורמט STL של עצם הזרוע בתוכנית דוגמנות מוצק ולשמור כקובץ חלק.
    הערה: עבור התוכנה הנמצאת בשימוש במחקר הנוכחי (טבלה של חומרים), עצם העצם 3d נשמר בפורמט SLDPRT.
  3. פתח את קובץ החלק וליצור באופן ידני שלושה מטוסים רלוונטיים אנטומית (כלומר, משונן, coronal, רוחבי).
    1. הגדירו באופן ידני את המישור המשונן כדי לחתוך את החלק החזק של גיד סופראספיאטוס בעזרת היותר ממנו. ודא שבלוק התלת-ממד מכיל את המישור המשונן כמישור של סימטריה. כדי להשיג זאת, להוסיף או לגזור חומר מהבלוק אם יש צורך.
      הערה: מישור זה של סימטריה מבטיח כי כאשר הדגימה מוכנס לתוך האביזרים גיד וגידים המצורף ממוקמים בציר המרכזי של הגוף הקבוע.
  4. מדידת מידות של העצם לאורך כל אחד משלושת המישורים (כלומר, גובה, רוחב, אורך).
  5. למדוד את הממדים של תפסי בדיקה מכנית שבו מתקן 3D מודפס יהיה מצורף.
  6. התחל על ידי עיצוב חלק בלוק מוצק (למשל, גליל מלא).
    1. ודא שכל ממד של הבלוק הוא לפחות 5 מ"מ גדול מממדי הזרוע.
    2. חשבון עבור אילוצי עיצוב של תפסי בדיקה מכנית (כלומר, להבטיח כי מתקן מודפס 3D יכול להיות מורכב ומפורק באופן חופשי בדיקה מכנית אוחז).
  7. צור מודל הרכבה עם שני רכיבים: הבלוק המלא, או עצם הזרוע הימנית או השמאלית. להגדיר את כיוון העצם בתוך הבלוק (כלומר, את הזווית בין גיד ועצם). ודא שעוצמת העצם כולה מתאימה לתוך הבלוק.
  8. ליצור חלל בבלוק באמצעות עצם הזרוע כמו העובש. אם השימוש בתוכנה המצוינת בטבלת החומרים, בצע את השלבים הבאים:
    1. הכנס את חלק העיצוב (הזרוע) ואת בסיס העובש (בלוק גליל) לתוך הרכבת ביניים. בחלון ההרכבה, בחר בבלוק ולחץ על עריכת רכיב מסרגל הכלים של ההרכבה .
    2. לחץ על הוסף > תכונות > חלל. בחרו ' קנה מידה אחיד ' והזינו 0% כערך לשינוי גודל בכל הכיוונים.
  9. העלם את חלק העצם ושמור את ההרכבה כחלק.
  10. חלק פתוח (גליל עם חלל). חותכים את החלק לאורך המישור המשונן כדי ליצור שני רכיבים סימטריים המתאימים לעצם הזמן והפוטיות (למשל, שני חצאי צילינדרים, כפי שנראה באיור 1).
    הערה: שני מרכיבים מתוכננים ומתאימים לעצם בעלי העצמות. המרכיב הקדמי כולל מחצית החלל בצורת כדורית המורחבת מהצד הקדמי של הראש המפרק עד מצורף גיד הרום קוצי. חלל המרכיב האחורי מעוצב כמו החלק האחורי של הזרוע (כלומר, הצד האחורי של הראש המפרק, הדלופנים האלה, והאסכולה המדיאומטרית והאפילאני הצדדי).
  11. שמור כל רכיב כחלק קובץ נפרד.
  12. עבור הרכיב הקדמי, ודא שהראש המפרק מוטבע בחלל החלק על-ידי הגדרת טולרנסים מתאימה.
    הערה: במחקר הנוכחי, באמצעות התוכנה המצוינת בטבלת חומרים, הוא הציע לבצע את השלבים הבאים:
    1. ליצור חתך לחתוך להחליק את הגיאומטריה של רשת החלל. צור סקיצה לחתך על-ידי חיקוי הגיאומטריה של החלל והוספת סיווג locational.
      הערה: הסיווג מאפשר הרכבה חופשית ופירוק בין העצם לבין המרכיב הקדמי.
  13. שנה את הרכיב האחורי כדי לחקות את גיאומטריית החלל כדי ליצור חתך המוסיף סיווג, כמתואר לעיל עבור הרכיב הקדמי.
  14. בצע חתך במישור הרוחבי החל מראש הרכיב האחורי עד לנקודת השיא של הכלי הגבוה יותר/נמוך יותר.
    הערה: כפי שנראה באיור 1 ובאיור 2, הרכיב האחורי כולל חתך שיוצר פתיחה בקובץ המצורף לגיד.
  15. צור התאמה מתאימה בין שני הרכיבים כדי לאפשר הרכבה ופירוק בחינם.
    הערה: חור פיר התאמה עם הרשאה ריצה רופף נוצר עבור גופי במחקר הנוכחי.
  16. יצירת מודלים תלת-ממדיים עבור כל אחד מהרכיבים של הרכיב המתאים לאיבר המנוגד (כלומר, שמאלה או ימינה).
  17. הוסף חרוט בתחתית האביזרים כדי להבחין בין הצד השמאלי והימני.
  18. שמור את כל החלקים הקבועה בתבנית קובץ סטנדרטי STL לקראת הדפסת תלת-ממד.
2. גיד אכילס-עצמות כנריות
  1. בצע את אותם צעדים כפי שמתואר לעיל עבור מתקן הראש supraspinatus.
    הערה: רק מערכת אחת של גופי הכרחי עבור אכילס-calcaneal מאז האנטומיה של עצמות calcaneal שמאל וימין הוא כמעט סימטרי.

2. בדיקות ביומכנית של גידים מורניים

הכנה לדגימה ומדידת שטח בחתך הרוחב
1. לנתח את גיד השריר-עצם העניין לקראת בדיקות מכני מתיחה. במחקר הנוכחי, הרום קוצי גיד השריר-העצם הזרוע דגימות (N = 10, 5 זכר, 5 נקבה) ו השריר הגקטמיאוס-גיד אכילס-בעצם דגימות עצמות (N = 12, 6 זכר, 6 נקבה) היו מבודדים 8 בשבוע הישן C57BL/6j עכברים.
  1. חיתוך עצמות השריר-גיד השרירים-עצם הזרוע
    1. המתת חסד של עכבר לכל הליך מאושר IACUC. הצב את העכבר במצב נוטה. לחתוך את העור ממעל המרפק של כף הרגל לכיוון הכתף.
    2. הסירו בזהירות את העור באמצעות חיתוך קהה, כך שהשרירים של הכתף יהיו גלויים לעין. הסר את הרקמה המקיפה את הזרוע עד העצם חשוף ניתן להחזיק מאובטח עם מלקחיים.
    3. להחזיק את הזרוע עם מלקחיים ובזהירות להסיר את השרירים ואת הטרפז כדי לחשוף את קשת coracoacromial. ולהפריד בזהירות את הבריח. מהאקרויון עם להב האזמל
    4. מטפלת לא לפגוע גיד הסופראספיאטוס ואת ההחזקה הגרמית שלה, להסיר את השריר מתוך ההחזקה השכמה שלו באמצעות להב אזמל. הטיפול לא לפגוע גיד הסופראספיאטוס ואת ההחזקה הגרמית שלה, לנתק את הראש מפרק מן glenoid; בעזרת להב האזמל, הוצא את הקפסולה המשותפת ואת התשתיות, את הגלימה ואת הגידים הקטנים.
    5. להפריד את עצם הזרוע. מהאולנה והרדיוס לבודד את הזרוע-הרום קוצי ריר גיד השריר ולנקות רקמות רכות עודף על הזרוע ואת הראש מפרק.
  2. חיתוך גיד אכילס-מדגם עצם
    1. המתת חסד של עכבר לכל הליך מאושר IACUC. הצב את העכבר במצב נוטה. הטיפול לא לפגוע גיד אכילס וההחזקה הגרמית שלה, להסיר את העור עם חיתוך קהה כך את השרירים סביב הקרסול ואת המפרקים בברך נחשף.
    2. באמצעות להב האזמל, החל את הקשר גיד אכילס-calcaneus מצורף, לנתק בזהירות את השריר הגקטנמיוס מן ההחזקות האבובית שלה.
    3. בזהירות לשלול את הקלקאוס מהעצמות השונות הסמוכות. לבודד את גיד אכילס-calcaneus הדגימה ולנקות את עודף רקמות רכות.
2. לקבוע את האזור חתך החתך של גיד באמצעות טומוגרפיה מיקרומחושבת.
  הערה: עבור הסורק המשמש את המחקר הנוכחי (טבלה של חומרים), ההגדרות המומלצות הן: לסרוק באנרגיה של 55 kvp, מסנן אל 0.25, ברזולוציה של 5 μm.
  1. מערבבים אבקה במים באולטרטהורים ובמיקרוגל עבור 1-3 דקות עד שהאגקם מומס לחלוטין. זה עוזר מיקרוגל עבור 30-45 s, לעצור ומערבולת, ולאחר מכן להמשיך לכיוון הרתיחה. מילוי הקריוצינורות עד שלושה רבעים מלא עם התעורר. תן agarose קריר עבור כ 5-10 דקות.
  2. להשעות את הדגימה בקריוצינור על ידי הוספת העצם הפוך.
    הערה: רק העצם צריכה להיות ג'ל הצמח. הגיד והשריר צריכים. להיות מושעים בחוץ
3. לאחר הסריקה, להסיר בעדינות את השריר מגיד באמצעות להב האזמל. הכנס את הדגימה לתוך מתקן מודפס תלת-ממדי.
  הערה: אוחז ניתנים לשימוש חוזר עבור כל בדיקה. אין להשתמש בדבק או באפוקסי בגוף הקבוע; העצם מוחזקת בהתאמה לעיתונות.
4. הכנס והדבק את הגיד בין נייר טישו דק מקופל (2 ס מ x 1 ס מ) והצמד את המבנה באמצעות אוחז בסרט דק. לצרף את מתקן 3D מודפס עם הדגימה לתוך אוחז בדיקה.
5. הכנס את המדגם ואת האוחז לתוך אמבט בדיקה של פוספט מתכלה באגירה (PBS) ב 37 ° צ' (כלומר, גוף העכבר בטמפרטורת²³).
בדיקות מתיחה
1. לבצע בדיקה מכנית מתיחה על מסגרת בדיקה חומר.
  הערה: עבור מסגרת הבדיקה המשמשת במחקר הנוכחי (טבלת חומרים), הפרוטוקול המומלץ הוא:
  1. הגדירו את אורך המידה כמרחק מהאביזר העילי לאחיזה העליונה.
  2. תנאי מקדים עם 5 מחזורים בין 0.05 N ו-0.2 N.
  3. . המתיני ל-120 ס
  4. השתמש במתח לכישלון של 0.2%/s.
2. לאסוף נתונים לדפורמציה.
3. לחשב את הנבג כמו העקירה ביחס לאורך מד הראשונית של הגיד.
4. לחשב את הלחץ ככוח לחלק על ידי האזור גיד הראשי החוצה החתך (כפי שנמדד microCT).
5. אם אתה מתעניין התנהגות גמישה, לבצע הרפיה לחץ לפני בדיקת המתח לכישלון ולהשתמש בנתונים כדי לחשב פרמטרים כגון A, B, C, tau1, ו tau2 מתוך מודל גמיש לקוי מדגם²⁴.
6. מעקומת דפורמציה עומס, לחשב את הנוקשות (מדרון של חלק ליניארי של עיקול), את הכוח המקסימלי, ואת העבודה כדי להניב (האזור מתחת לעיקול עד כוח התשואה).
  1. זהה את החלק הליניארי על-ידי בחירת חלון נקודות בעקומת דפורמציה העומס המגדילה את ערך ה-R² עבור רגרסיה לפחות משבצות ליניארית²⁵.
  2. לקבוע את הנוקשות כשיפוע של החלק הליניארי של עקומת העומס מטען²⁵^,²⁶.
7. מתוך עקומת מתח המתח, לחשב את מודולוס (מדרון של חלק ליניארי של עיקול), את הכוח (מקסימום לחץ), ואת החוסן (שטח תחת עקומת עד לעלות המתח).
  הערה: שימוש באלגוריתם בראנאק, זן התשואה (ערך x) מוגדר כנקודה הראשונה כאשר y-fit חרג יותר מ-0.5% מערך המתח הצפוי (ערך y). מתח תשואה הוא ערך-y המתאים של זן התשואה.
  הערה: בנוסף מתיחה מונטוני העמסה על כישלון המתואר במחקר הנוכחי, טעינה מחזורית יכול לספק מידע חשוב על עייפות גיד ו/או מאפיינים אלסטיים. לדוגמה, פרידמן ואח ' דיווחו על תכונות עייפות של גידים אכילס מורלין²⁷.
8. לאחר סיום בדיקות מתיחה, לבצע סריקת טומוגרפיה מיקרוגרפית של העצם כולו, למשל, לסרוק את דגימות הזרוע ואת calcaneus.
  הערה: עבור הסורק המשמש את המחקר הנוכחי (טבלה של חומרים), ההגדרות המומלצות הן: לסרוק באנרגיה של 55 kvp, מסנן אל 0.25, ברזולוציה של 6 μm.
  1. חזור על שלבים 1.1.2.1 – 1.1.2.2.
9. חזור על שלב ה1.1.3.
10. השתמש בתוכנית הדמיה תלת-ממדית תואמת לסורק כדי ליצור דגם תלת-ממד של האובייקט הסרוק את אמצעי האחסון.
  הערה: התוכנית המשמשת במחקר הנוכחי מפורטת ברשימת החומרים.
11. קבע את מצב הכשל ואזור האתר כישלון על-ידי בדיקת האובייקט התלת-ממדי.
ניתוח סטטיסטי: להראות את כל תוצאות המדגם כממוצע ± סטנדרטי (SD). בצע השוואות בין קבוצות המשתמשות במבחני t של סטודנט (דו-זנבי ובלתי-מזווג). הגדר משמעות כ- p < 0.05.
הערה: התוכנה הסטטיסטית המשמשת במחקר הנוכחי מפורטת ברשימת החומרים.

תוצאות

3D-מודפס גופי שימשו כדי לבחון 8 שבועות מורטין supraspinסוטוס וגידים אכילס. כל הדגימות שנבדקו מכנית נכשלו בתזה, כפי שמאופיינת סריקות microCT, בדיקה חזותית, ניתוח וידאו לאחר בדיקות מתיחה. אחד-לאחד השוואה של השיטות הקודמות והנוכחיות עבור בדיקות גיד של הרום קוצי במעבדה שלנו מוצג באיור 3....

Discussion

מודלים בעלי חיים מוריין משמשים בדרך כלל כדי ללמוד הפרעות גיד, אבל האפיון של תכונות מכניות שלהם הוא מאתגר נדיר בספרות. מטרת פרוטוקול זה היא לתאר שיטה יעילה ומתוכעת לבדיקת מתיחה של גידים מורקיים. השיטות החדשות הפחיתו את הזמן הנדרש לבדיקת מדגם משעות לדקות ובוטלו חפץ מרתק גדול שהיה בעיה נפוצה ...

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgements

המחקר היה נתמך על ידי NIH/NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agarose	Fisher Scientific	BP160-100	Dissovle 1g in 100 ml ultrapure water to make 1% agarose
Bruker microCT	Bruker BioSpin Corp	Skyscan 1272	Used by authors
ElectroForce	TA Instruments	3200	Testing platform
Ethanol 200 Proof	Fisher Scientific	A4094	Dilute to 70% and use as suggested in protocol
Fixture to attach grips	Custom made		Used by authors
Kimwipes	Kimberly-Clark	S-8115	As suggested in protocol
MicroCT CT-Analyser (Ctan)	Bruker BioSpin Corp		Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans
MilliQ water (Ultrapure water)	Millipore Sigma	QGARD00R1 (or related purifier)	100 ml
Meshmixer	Autodesk	http://www.meshmixer.com/	Free engineering software used by authors to refine mesh
Objet EDEN 260VS	Stratasys LTD		Precision Prototyping
Objet Studio	Stratasys LTD		Used by authors with 3D printer
PBS - Phosphate-Buffered Saline	ThermoFisher Scientific	10010031	2.5 L of 10% PBS
S&T Forceps	Fine Science Tools	00108-11	Used by authors
Scalpel Blade - #11	Fine Science Tools	10011-00	Used by authors
Scalpel Handle - #3	Fine Science Tools	10003-12	Used by authors
SkyScan 1272	Bruker BioSpin Corp		Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans
Skyscan CT-Vox	Bruker BioSpin Corp		Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans
SkyScan NRecon	Bruker BioSpin Corp		Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans
SolidWorks CAD	Dassault Systèmes	SolidWorks Research Subsription	Solid modeling computer-aided design used by authors
SuperGlue	Loctite	234790	As suggested in protocol
Testing bath	Custom made		Used by authors
Thin film grips	Custom made		Used by authors
VeroWhitePlus	Stratasys LTD	NA	3D printing material used by authors
WinTest	WinTest Software		Used by authors to collect data

References

Girish, N., Ramachandra, K., Arun, G. M., Asha, K. Prevalence of Musculoskeletal Disorders Among Cashew Factory Workers. Archives of Environmental & Occupational Health. 67, 37-42 (2012).
Thomopoulos, S., Parks, W. C., Rifkin, D. B., Derwin, K. A. Mechanisms of tendon injury and repair. Journal of Orthopaedic Research. 33, 832-839 (2016).
Scott, A., Ashe, M. C. Common Tendinopathies in the Upper and Lower Extremities. Current Sports Medicine Reports. 5, 233-241 (2006).
Praemer, A., Furner, S., Rice, D. P. Musculoskeletal Conditions in the United States. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , (1992).
Nourissat, G., Berenbaum, F., Duprez, D. Tendon injury: From biology to tendon repair. Nature Reviews Rheumatology. 11, 223-233 (2015).
Galatz, L. M., Ball, C. M., Teefey, S. A., Middleton, W. D., Yamaguchi, K. The outcome and repair integrity of completely arthroscopically repaired large and massive rotator cuff tears. The Journal of Bone and Joint Surgery. 86, 219-224 (2004).
Sher, J. S., Uribe, J. W., Posada, A., Murphy, B. J., Zlatkin, M. B. Abnormal findings on magnetic resonance images of asymptomatic shoulders. The Journal of Bone and Joint Surgery. 77, 10-15 (1995).
Ker, R. F., Wang, X. T., Pike, A. V. Fatigue quality of mammalian tendons. The Journal of Experimental Biology. 203, 1317-1327 (2000).
Wilson, J. J., Best, T. M. Common overuse tendon problems: A review and recommendations for treatment. American Family Physician. 72, 811-818 (2005).
Fleischer, J., et al. Biomechanical strength and failure mechanism of different tubercula refixation methods within the framework of an arthroplasty for shoulder fracture. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 103, 165-169 (2017).
West, J. R., Juncosa, N., Galloway, M. T., Boivin, G. P., Butler, D. L. Characterization of in vivo Achilles tendon forces in rabbits during treadmill locomotion at varying speeds and inclinations. Journal of Biomechanics. 37, 1647-1653 (2004).
Cavinatto, L., et al. Early versus late repair of rotator cuff tears in rats. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 27, 606-613 (2018).
Potter, R., Havlioglu, N., Thomopoulos, S. The developing shoulder has a limited capacity to recover after a short duration of neonatal paralysis. Journal of Biomechanics. 47, 2314-2320 (2014).
Connizzo, B. K., Sarver, J. J., Iozzo, R. V., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Effect of Age and Proteoglycan Deficiency on Collagen Fiber Re-Alignment and Mechanical Properties in Mouse Supraspinatus Tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 135, 021019 (2013).
Beason, D. P., et al. Hypercholesterolemia increases supraspinatus tendon stiffness and elastic modulus across multiple species. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, 681-686 (2013).
Miller, K. S., Connizzo, B. K., Soslowsky, L. J. Collagen fiber re-alignment in a neonatal developmental mouse supraspinatus tendon model. Annals of Biomedical Engineering. 40, 1102-1110 (2012).
Cong, G. T., et al. Evaluating the role of subacromial impingement in rotator cuff tendinopathy: Development and analysis of a novel murine model. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2780-2788 (2018).
Thomopoulos, S., Birman, V., Genin, G. M. Structural Interfaces and Attachments in Biology. Infection and Immunity. 35, (2013).
Boivin, G. P., et al. Biomechanical properties and histology of db/db diabetic mouse Achilles tendon. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 4, 280-284 (2014).
Ansorge, H. L., Adams, S., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. Mechanical, Compositional, and Structural Properties of the Post-natal Mouse Achilles Tendon. Annals of Biomedical Engineering. 39, 1904-1913 (2011).
Shu, C. C., Smith, M. M., Appleyard, R. C., Little, C. B., Melrose, J. Achilles and tail tendons of perlecan exon 3 null heparan sulphate deficient mice display surprising improvement in tendon tensile properties and altered collagen fibril organisation compared to C57BL/6 wild type mice. PeerJ. 6, 5120 (2018).
Probst, A., et al. A new clamping technique for biomechanical testing of tendons in small animals. Journal of Investigative Surgery. 13, 313-318 (2000).
Talan, M. Body temperature of C57BL/6J mice with age. Experimental Gerontology. 19, 25-29 (1984).
Newton, M. D., et al. The influence of testing angle on the biomechanical properties of the rat supraspinatus tendon. Journal of Biomechanics. 49, 4159-4163 (2016).
Schwartz, A. G., Lipner, J. H., Pasteris, J. D., Genin, G. M., Thomopoulos, S. Muscle loading is necessary for the formation of a functional tendon enthesis. Bone. 55, 44-51 (2014).
Gimbel, J. A., Van Kleunen, J. P., Williams, G. R., Thomopoulos, S., Soslowsky, L. J. Long durations of immobilization in the rat result in enhanced mechanical properties of the healing supraspinatus tendon. Journal of Biomechanical Engineering. 129, 400-404 (2006).
Freedman, B. R., Sarver, J. J., Buckley, M. R., Voleti, P. B., Soslowsky, L. J. Biomechanical and structural response of healing Achilles tendon to fatigue loading following acute injury. Journal of Biomechanics. 47, 2028-2034 (2014).
Deymier, A. C., et al. The multiscale structural and mechanical effects of mouse supraspinatus muscle unloading on the mature enthesis. Acta Biomaterialia. 83, 302-313 (2019).
Killian, M. L., Thomopoulos, S. Scleraxis is required for the development of a functional tendon enthesis. FASEB Journal. 30, 301-311 (2016).
Schwartz, A. G., Long, F., Thomopoulos, S. Enthesis fibrocartilage cells originate from a population of Hedgehog-responsive cells modulated by the loading environment. Development. 142, 196-206 (2015).
Bell, R., Taub, P., Cagle, P., Flatow, E. L., Andarawis-Puri, N. Development of a mouse model of supraspinatus tendon insertion site healing. Journal of Orthopaedic Research. 33, 25-32 (2014).
Connizzo, B. K., Bhatt, P. R., Liechty, K. W., Soslowsky, L. J. Diabetes Alters Mechanical Properties and Collagen Fiber Re-Alignment in Multiple Mouse Tendons. Annals of Biomedical Engineering. 42, 1880-1888 (2014).
Eekhoff, J. D., et al. Functionally Distinct Tendons From Elastin Haploinsufficient Mice Exhibit Mild Stiffening and Tendon-Specific Structural Alteration. Journal of Biomechanical Engineering. 139, 111003 (2017).
Mikic, B., Bierwert, L., Tsou, D. Achilles tendon characterization in GDF-7 deficient mice. Journal of Orthopaedic Research. 24, 831-841 (2006).
Sikes, K. J., et al. Knockout of hyaluronan synthase 1, but not 3, impairs formation of the retrocalcaneal bursa. Journal of Orthopaedic Research. 36, 2622-2632 (2018).
Wang, V. M., Banack, T. M., Tsai, C. W., Flatow, E. L., Jepsen, K. J. Variability in tendon and knee joint biomechanics among inbred mouse strains. Journal of Orthopaedic Research. 24, 1200-1207 (2006).
Wang, V. M., et al. Murine tendon function is adversely affected by aggrecan accumulation due to the knockout of ADAMTS5. Journal of Orthopaedic Research. 30, 620-626 (2011).
Zhang, K., et al. Tendon mineralization is progressive and associated with deterioration of tendon biomechanical properties, and requires BMP-Smad signaling in the mouse Achilles tendon injury model. Matrix Biology. 52-54, 315-324 (2016).
Rooney, S. I., et al. Ibuprofen differentially affects supraspinatus muscle and tendon adaptations to exercise in a rat model. American Journal of Sports Medicine. 44, 2237-2245 (2016).
Galasso, O., et al. Quality of Life and Functional Results of Arthroscopic Partial Repair of Irreparable Rotator Cuff Tears. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 33, 261-268 (2017).
Sarver, D. C., et al. Sex differences in tendon structure and function. Journal of Orthopaedic Research. 35, 2117-2126 (2017).
Razmjou, H., et al. Disability and satisfaction after Rotator Cuff decompression or repair: A sex and gender analysis. BMC Musculoskeletal Disorders. 12, 66 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

152

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: