המחברים מודים תמיכה במימון NIH / NIDCR R00DE018212 (SPH), NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH), NIH / NIDCR T32 DE07306 (AJ, הליגה להגנה יהודית), NIH / NCRR S10RR026645, (SPH) ומחלקות למדעי שיניים מונעים ומאחים ו Orofacial מדעים, קליפורניה בסן פרנסיסקו. בנוסף, המחברים מודים Xradia בוגר מלגה (AJ), Xradia Inc, Pleasanton, קליפורניה. המחברים מודים לד&quot;ר קתרין Grandfield, קליפורניה בסן פרנסיסקו על הסיוע שבלאחר עיבוד של נתונים; בני הזוג. סטיבן ויינר וגילי נוה, מכון ויצמן למדע, רחובות, ישראל, ד&quot;ר רון שחר, אוניברסיטת עברית בירושלים לדיונים המעמיקים ספציפיים להתקן טעינת אתר ב. המחברים גם רוצים להודות לBiomaterials ומתקן Bioengineering microCT הדמיה בקליפורניה בסן פרנסיסקו לשימוש במייקרו XCT והתקן טעינת אתר ב.

דיור בבעלי חיים ובהמתת חסד: כל בעלי החיים המשמשים בהפגנה זו שוכנו בתנאי הפתוגן ללא בהתאם להנחיותיה של הוועדה המוסדית טיפול בבעלי חיים ושימוש (IACUC) והמכון הלאומי לבריאות (NIH). לספק חיות עם אוכל סטנדרטי קשה גלולה חולדה וlib מודעות מים. להרדים בעלי חיים באמצעות שיטת שני שלבים של מחנק פחמן דו חמצני, פתיחת בית החזה בין שתי המדינות בהתאם לפרוטוקול הסטנדרטי של קליפורניה בסן פרנסיסקו, כפי שאושר על ידי IACUC. לבצע בדיקה ביומכנית בתוך 24 שעות של הקרבת בעלי חיים כדי למנוע ניוון רקמות. 1. הכנה וDissection של לסת תחתונה או לסת עליונה עכברוש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר לסתות עכברוש בעדינות על ידי ניתוק קבצים מצורפים רקמה ורקמת שריר קרומיים תוך שמירה על כל הלסת התחתונה, כולל התהליך coronoid ותהליך condylar (איור 1) 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> hemimandibles הנפרד ברכבefully חיתוך הרקמה הסיבית של מאחה mandibular עם להב סכין מנתחים. הערה: התהליכים כלילית וcondylar, וRamus של הלסת התחתונה (איור 1) יש להוציא אם הם פיזי להכשיל בדיקה ביומכנית של טוחנת 2 nd. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את השיניים החותכות בלי לחשוף את חדר העיסה שלא לעכב את הטעינה של השן הטוחנת. </li></ol> 2. הכנת דגימה באתר טוען דחיסה (איור 2) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשתק את הדגימה על בדל פלדה באמצעות חומר שהוא נוקשה באופן משמעותי מהדגימה הניסיונית לפני טעינתה במכשיר טעינת אתרו (איור 2 א). הערה: polymethylmethacrylate (PMMA) שימש כדי לשתק את הדגימה במחקר זה ועודף, אם בכלל, הוסר באמצעות חוקר שיניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את שטח הסגרים של הטוחנות (ים) של עניין במקביל עם דיסק דגימת AFM מתכת באמצעות קצה ישר בשנימטוסים (כלומר mesial-דיסטלי וbuccal לשוני). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור שוקת עם מכשיר קהה המקיף את השיניים הטוחנות. הערה: שטח זה צריך לשמש &quot;חפיר&quot; להכיל נוזל עודף ולשמור על לחות ברקמות במהלך טעינת אתר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את משטח השן לבנות לטעינה (איור 2) או אקסצנטרי (איור 2C) קונצנטריים באמצעות מרוכבים שיניים. לחרוט את פני השטח של השן של עניין עם 35% ג&#39;ל חומצה זרחתית על פני השטח סגרים ל15 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף ביסודיות עם מים etchant deionized ולייבש את המשטח באמצעות מזרק אוויר / מים או מיכל אוויר דחוס. עם חוקר, התפשט טיפת הסוכן המליטה של ​​לcusps הפתוח בשכבה דקה. לרפא מורכב עם ריפוי אור שיניים. שימו לב: יש לבצע את כל הצעדים כרוכים במרוכבים ללא אור ישיר ממנורה. בתנאים כאלה היינו undesirably להאיץ את תהליך פילמור, וcoulד למנוע מיקום נכון של מרוכבים. תאורה בחדר הוא מקובלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר סוכן מליטה עודף משיניים סמוכות עם אזמל קנס או סכין גילוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מרוכבים שיניים flowable על פני השטח לאחר הכנת פני השטח ולהפיץ אותו לחריצים של השן הטוחנת (ים) של עניין באמצעות חוקר שיניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את מרוכבים לריפוי אור שיניים ל30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עובש הצטברות סגרים של כ 3-4 מ&quot;מ באמצעות מרוכבים שרף שיניים, ממטוס הסגרים של הטוחנות (ים) של עניין וריפוי אור ל30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנמיך את החלק העליון של ההצטברות מרוכבים למקביל משטח שטוח כדי לאפשר ערכת טעינה עקבית בכל הדגימות באמצעות קצה ישר ויד במהירות גבוהה חתיכה. הערה: במהלך הבדיקה ביומכנית, יש לאחסן דגימות אחרות בפתרון שנאגרו טריס פוספט (TBS) עם 50 מ&quot;ג / מיליליטר פניצילין, וסטרפטומיצין 15. </li></ol> 3. הסחף התקן טעינה ונוקשות, יכולת חומר נכס ההתמיינות, בטוען באתרו של הג&#39;וינט סיבי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את הדגימה עם ההצטברות מרוכבים על הסדן של שלב הטעינה, ומבחן לטעינה אחידה כפי שמוצג באיור 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים נייר לבטא על פני השטח של מרוכבים ואחרי טעינת הדגימה לעומס סופי כדי לבדוק לטעינה קונצנטריים או אקסצנטרית (2B דמויות ו2C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח Kimwipe הספוג TBS סביב הדגימה כדי להבטיח לחות דגימה. הפוך שוקת סביב הדגימה ולמלא אותו עם TBS כדי לשמור על איבר התייבשות במהלך הדמיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עומס שיא קלט וקצב תזוזה לתוך תוכנת Deben לדחוס הטוחנות לרצוי עומס שיא בקצב תזוזה הבא קיבוע של hemimandible. הערה: קריאות אופייניות צריכה לכלול עומס ריאקציוני כחומר דחוס לאורך זמן (רגישות מתמר עומס = 0.1N). מעומס זמן ותזוזה בזמן, יש לקבל עקומת עומס עקירה לחומר הדחוס 16-18. שימוש בנתונים שנאספו ממחזורי הטעינה, מאפיינים שונים של המפרק יכולים גם להיות נחושים. הנוקשות של המפרק צריכים להיות מחושבים על ידי לקיחת שיפוע החלק ליניארי (כ 30% האחרונים של נתונים) של שלב ההעמסה של העומס לעומת עקומת עקירת 19. </li></ol> 4. הכתמה של רקמות רכות, PDL, עם Phosphotungstic חומצה (PTA) הערה: כדי לשפר את ניגוד הנחתה רנטגן, PDL צריך להיות מוכתם בפתרון 5% ועד הורים 20. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתרון למילוי ועד הורים צביעה לcarpule זכוכית 1.8 מיליליטר נקי ומניחים carpule נטען לתוך מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזרק פתרון לאט (5 דקות / carpule) לPDL החלל של שיניים סמוכות כדי למנוע נזק מבני לרקמות חניכיים המקיפות את השן הטוחנת של עניין. הערה: הצעדים הנ&quot;ל צריכים bהדואר חוזר ונשנה עד כ -5 carpules מלא (9 מיליליטר) של תמיסה מוזרקים ואיפשר לזרום לתוך הרקמות הסובבות. יכולות גם להיות טבולים הדגימות הכינו לילה בפתרון שנותר עד ההורים (8 שעות). </li></ol> 5. הגדרות סריקת μ-XCT מומלצות לבצע מ-XCT עם הגדרות הסריקה הבאות: <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> הגדלה אובייקטיבית </td><td> 4X, 10X </td></tr><tr><td></td><td> 1,800 תמונות </td></tr><tr><td> מתח שפופרת רנטגן </td><td> 75 kVp (50 kVp עבור דגימות עד הורים מוכתמים) </td></tr><tr><td></td><td> 8 W </td></tr><tr><td> זמן חשיפה </td><td> ~ 8-25 שניות * </td></tr><tr><td></td><td> ~ 4 מיקרומטר (אובייקטיבי 4X), ~ 2 מיקרומטר (אובייקטיבי 10X) ** </td></tr></tbody></table> * זמן חשיפה יכול להשתנות על בסיס הגיאומטריה והצפיפות אופטית של הדגימה וvo שפופרת רנטגןltage. ** פיקסלים ברזולוציה בפועל תהיה מעט שונה המבוססת על התצורה של המקור, דגימה, וגלאי.

<ol>
	<li>Popowics, T. E., Rensberger, J. M., Herring, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enamel+microstructure+and+microstrain+in+the+fracture+of+human+and+pig+molar+cusps.">Enamel microstructure and microstrain in the fracture of human and pig molar cusps.</a> Arch. Oral Biol. 49, 595-605 (2004).</li><li>Jantarat, J., Palamara, J. E., Messer, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+cuspal+deformation+and+delayed+recovery+after+occlusal+loading.">An investigation of cuspal deformation and delayed recovery after occlusal loading.</a> J. Dent. 29, 363-370 (2001).</li><li>Jantarat, J., Panitvisai, P., Palamara, J. E., Messer, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+methods+for+measuring+cuspal+deformation+in+teeth.">Comparison of methods for measuring cuspal deformation in teeth.</a> J. Dent. 29, 75-82 (2001).</li><li>Asundi, A., Kishen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+strain+gauge+and+photoelastic+analysis+of+in+vivo+strain+and+in+vitro+stress+distribution+in+human+dental+supporting+structures.">A strain gauge and photoelastic analysis of in vivo strain and in vitro stress distribution in human dental supporting structures.</a> Arch. Oral Biol. 45, 543-550 (2000).</li><li>Asundi, A., Kishen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+digital+photoelastic+investigations+on+the+tooth-bone+interface.">Advanced digital photoelastic investigations on the tooth-bone interface.</a> J. Biomed. Opt. 6, 224-230 (2001).</li><li>Wang, R. Z., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-structure+relations+in+human+teeth+using+Moire+fringes.">Strain-structure relations in human teeth using Moire fringes.</a> J. Biomech. 31, 135-141 (1998).</li><li>Wood, J. D., Wang, R., Weiner, S., Pashley, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+of+tooth+deformation+caused+by+moisture+change+using+moire+interferometry.">Mapping of tooth deformation caused by moisture change using moire interferometry.</a> Dent. Mater. 19, 159-166 (2003).</li><li>Dong-Xu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulus+of+elasticity+of+human+periodontal+ligament+by+optical+measurement+and+numerical+simulation.">Modulus of elasticity of human periodontal ligament by optical measurement and numerical simulation.</a> Angle Orthod. 81, 229-236 (2011).</li><li>Li, J., Li, H., Fok, A. S., Watts, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+correlations+of+material+parameters+of+light-cured+dental+composites.">Multiple correlations of material parameters of light-cured dental composites.</a> 25, 829-836 (2009).</li><li>Zhang, D., Arola, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+digital+image+correlation+to+biological+tissues.">Applications of digital image correlation to biological tissues.</a> J. Biomed. Opt. 9, 691-699 (2004).</li><li>Zhang, D., Mao, S., Lu, C., Romberg, E., Arola, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dehydration+and+the+dynamic+dimensional+changes+within+dentin+and+and+enamel.">Dehydration and the dynamic dimensional changes within dentin and and enamel.</a> Dent. Mater. 25, 937-945 (2009).</li><li>Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+analysis+of+the+periodontium+considering+the+viscoelasticity+of+the+periodontal.">Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal.</a> 25, 1285-1292 (2009).</li><li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint.">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. , (2012).</li><li>Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+analysis+of+the+periodontium+considering+the+viscoelasticity+of+the+periodontal.">Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal.</a> 25, 1285-1292 (2009).</li><li>Huelke, D. F., Castelli, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+blood+supply+of+the+rat+mandible.">The blood supply of the rat mandible.</a> Anat. Rec. 153, 335-341 (1965).</li><li>Chiba, M., Komatsu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+responses+of+the+periodontal+ligament+in+the+transverse+section+of+the+rat+mandibular+incisor+at+various+velocities+of+loading+in+vitro.">Mechanical responses of the periodontal ligament in the transverse section of the rat mandibular incisor at various velocities of loading in vitro.</a> J. Biomech. 26, 561-570 (1993).</li><li>Natali, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+visco-hyperelastic-damage+constitutive+model+for+the+analysis+of+the+biomechanical+response+of+the+periodontal+ligament.">A visco-hyperelastic-damage constitutive model for the analysis of the biomechanical response of the periodontal ligament.</a> J. Biomech. Eng. 130, (2008).</li><li>Naveh, G. R., Shahar, R., Brumfeld, V., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tooth+movements+are+guided+by+specific+contact+areas+between+the+tooth+root+and+the+jaw+bone:+A+dynamic+3D+microCT+study+of+the+rat+molar.">Tooth movements are guided by specific contact areas between the tooth root and the jaw bone: A dynamic 3D microCT study of the rat molar.</a> J. Struct. Biol. 177, 477-483 (2012).</li><li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint.">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. 46, 443-449 (2013).</li><li>Metscher, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MicroCT+for+comparative+morphology:+simple+staining+methods+allow+high-contrast+3D+imaging+of+diverse+non-mineralized+animal+tissues.">MicroCT for comparative morphology: simple staining methods allow high-contrast 3D imaging of diverse non-mineralized animal tissues.</a> BMC Physiol. 9, 11 (2009).</li><li>Carrillo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoindentation+of+polydimethylsiloxane+elastomers:+Effect+of+crosslinking,+work+of+adhesion,+and+fluid+environment+on+elastic+modulus+(vol+20,+pg+2820).">Nanoindentation of polydimethylsiloxane elastomers: Effect of crosslinking, work of adhesion, and fluid environment on elastic modulus (vol 20, pg 2820).</a> J. Mater. Res. 21, 535-537 (2006).</li><li>Hiiemae, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Masticatory+function+in+the+mammals.">Masticatory function in the mammals.</a> J. Dent. Res. 46, 883-893 (1967).</li><li>Hunt, H. R., Rosen, S., Hoppert, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology+of+molar+teeth+and+occlusion+in+young+rats.">Morphology of molar teeth and occlusion in young rats.</a> J. Dent. Res. 49, 508-514 (1970).</li><li>Komatsu, K., Sanctuary, C., Shibata, T., Shimada, A., Botsis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress-relaxation+and+microscopic+dynamics+of+rabbit+periodontal+ligament.">Stress-relaxation and microscopic dynamics of rabbit periodontal ligament.</a> J. Biomech. 40, 634-644 (2007).</li><li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint.">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. 46, 443-449 (2013).</li><li>Quintarelli, G., Zito, R., Cifonelli, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+phosphotungstic+acid+staining.">On phosphotungstic acid staining.</a> I. J. Histochem. Cytochem. 19, 641-647 (1971).</li><li>Quintarelli, G., Cifonelli, J. A., Zito, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+phosphotungstic+acid+staining.">On phosphotungstic acid staining.</a> II. J. Histochem. Cytochem. 19, 648-653 (1971).</li><li>Quintarelli, G., Bellocci, M., Geremia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+phosphotungstic+acid+staining.+IV.+Selectivity+of+the+staining+reaction.">On phosphotungstic acid staining. IV. Selectivity of the staining reaction.</a> J. Histochem. Cytochem. 21, 155-160 (1973).</li><li>Crabtree, W. N., Murphy, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+value+of+ethanol+as+a+fixative+in+urinary+cytology.">The value of ethanol as a fixative in urinary cytology.</a> Acta Cytol. 24, 452-455 (1980).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

מספר שיטות ניסיוניות ימשיכו לשמש כדי לחקור ביומכניקה של מפרקי diarthrodial והסיביים. שיטות ספציפיות לביומכניקה איבר השן לכלול את השימוש של מודד מתח 1-3, שיטות photoelasticity 4, 5, אינטרפרומטריה moire 6, 7, אינטרפרומטריה דפוס רבב האלקטרונית 8, ומתאם דיגיטלי תמונה (DIC) 9-14. במחקר זה, הגישה החדשנית כוללת הדמיה לא פולשנית באמצעות קרני רנטגן על מנת לחשוף את המבנים הפנימיים של מפרק סיבי (רקמות mineralized והממשקים שלהם מורכבות מאזורים רכים יותר, וממשק רקמות כגון רצועות) בעומסים שווי ערך לin vivo תנאים. מכשיר טעינת אתר במצמיד מיקרוסקופ מיקרו-X-Ray יהיה בשימוש. עומס הזמן ועקומות עומס עקירה ייאספו כטוחן של ריבית בחמים-לסת תחתונה עכברוש טרי שנקטפו נטען. מ &#39;מטרת עין של הגישה שהוצגה במחקר זה היא להדגיש את ההשפעה של מורפולוגיה תלת ממדית של שיניים עצם על ידי השוואת תנאים ב: 1) אין עומס וכאשר היא עמוסה, וכאשר 2) טעונה מעגלית ואקסצנטרית. ביטול הצורך בדגימות לחתוך, ולבצע ניסויים באיברים שלמים שלמים בתנאים רטובים יאפשר שימור מרבי של מדינת מתח 3D. זה מפותח תחום חדש של חקירה בהבנת תהליכים דינמיים של המתחם בתרחישי טעינה שונים. במחקר זה, השיטות לביומכניקה PDL בדיקות בתוך מפרק סיבי שלם של עכברוש ספראג Dawley, משותפות נחשב כמערכת מודל bioengineering אופטימלית שיפורטו. ניסויים יכללו סימולציה של עומסי לעיסה בתנאי התייבשות על מנת להדגיש שלוש תכונות חשובות של המפרק ככל שהם מתייחסים לביומכניקה של רמת איברים. שלוש נקודות יכללו: 1) כוח הריאקציוני לעומת עקירה:עקירת שן בתוך שקע מכתשיים והתגובה ריאקציונרית שלה לטעינה, 2) () תצורה תלת ממדי 3D במרחב ובmorphometrics: יחסים גיאומטריים של השן עם שקע מכתשיים, ו3) שינויים בקריאות 1 ו -2 עקב שינוי ב ציר טעינה, כלומר מקונצנטריים לעומסים אקסצנטריים. שלוש קריאות הבסיסיות של הטכניקה המוצעת ניתן ליישם כדי לחקור את טבע ההסתגלות של מפרקי חוליות או בשל שינויים בדרישות פונקציונליות, ו / או מחלה. שינויים בקריאות הנ&quot;ל, במיוחד המתאם בין עומסי ריאקציוני עם עקירה, וכתוצאה מכך עיקולים ריאקציוני עומס זמן ועומס תזוזה בשיעורי העמסה שונים יכולים להיות מיושמים על מנת להדגיש סך שינויים במפרק ביומכניקה. יעילות של הפרוטוקול המוצע תוערך על ידי צימוד readouts בדיקות המכני לmorphometrics 3D וביומכניקה הכוללת של המפרק.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="652">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Bard Parker Blade</td>
			<td style="width:101px;">BD</td>
			<td style="width:123px;">MEDC-001054</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">AFM metal disk</td>
			<td style="width:101px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:123px;">16218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Polymethyl methacrylate&#160;</td>
			<td style="width:101px;">GC America</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Uni-Etch</td>
			<td style="width:101px;">Bisco</td>
			<td style="width:123px;">E5502EBM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Optibond Solo Plus</td>
			<td style="width:101px;">Kerr Corp</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Filtek Flow</td>
			<td style="width:101px;">3M</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Hurculite Ultra</td>
			<td style="width:101px;">Kerr</td>
			<td style="width:123px;">34346</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Tris buffer</td>
			<td style="width:101px;">Mediatech Inc.</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Articulating paper</td>
			<td style="width:101px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Phosphotungstic Acid</td>
			<td style="width:101px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">HT152</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ compressive loading and correlative noninvasive imaging of the bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint

מחקר זה מדגים פרוטוקול בדיקת ביומכניקה רומן. היתרון של פרוטוקול זה כולל את השימוש במכשיר טעינת אתרו מצמידים את מיקרוסקופ רנטגן ברזולוציה גבוהה, ובכך לאפשר הדמיה של אלמנטים מבניים פנימיים תחת עומסים פיסיולוגיים מדומים ותנאים רטובים. דגימות ניסוי תכלול ברצועות עצם חניכיים בשלמות מפרקים סיביים (PDL) שן. תוצאות תמחשנה שלוש תכונות חשובות של הפרוטוקול כפי שהם יכולים להיות מיושמים לביומכניקה של רמת איברים: 1) כוח הריאקציוני לעומת עקירה: עקירת שן בתוך שקע מכתשיים והתגובה ריאקציונרית שלה לטעינה, 2) תלת ממדים (3D) בתצורה המרחבית וmorphometrics: יחסים גיאומטריים של השן עם שקע מכתשיים, ו3) שינויים בקריאות 1 ו -2 עקב שינוי בציר טעינה, כלומר מקונצנטריים לעומסים אקסצנטריים. יעילות של הפרוטוקול המוצע תוערך על ידי צימוד te המכניקריאות עוקץ לmorphometrics 3D וביומכניקה הכוללת של המפרק. בנוסף, טכניקה זו יושמה דגש על הצורך לאזן תנאי ניסוי, המון במיוחד ריאקציוני לפני רכישת tomograms של מפרקים סיביים. יש לציין כי הפרוטוקול המוצע מוגבל לבדיקת דגימות בתנאי vivo לשעבר, וכי השימוש בסוכנים בניגוד לדמיין תגובה מכאנית של רקמות רכות עלולים להוביל למסקנות שגויות על ביומכניקה של רקמות ורמת איברים.

הערכה של &quot;רתיעה&quot; מכשיר טעינה, &quot;pushback&quot;, נוקשות, ולהיסחף מערכת תחת עומס קבוע תגובה: בין מנות העמסה ופריקה של מחזור, קיימת הפסקה של 3 שניות שבמהלך הילוכים הפוך בתוך המנוע לפני הפריקה אמיתית מתחילה, כלומר כדגימה מתרחקת מהלסת העליונה (איור 3). תקופה זו מכונות תגובה במערכת, המייצגת את קטע של זמן שבו המערכת מנסה לעבור מסגירה לפתיחה של הלסתות. יש לציין כי כל מחזורי הטעינה יכילו תגובה חריפה דומה ללא קשר לדגימה או תנאי טעינה (איור 4). עומס רגיל לעומת עקומת זמן שהושגה באמצעות גוף נוקשה מוצג ב3A דמויות ו3B המדגיש את הטעינה, פריקה, ואזורי חריפה בשני ליטר שונהOADs של 6 N ו16 נ עומס רגיל לעומת עקומת עקירת הדגשת שלושה המגזרים המקבילים מוצג באיור 3 ג. Pushback: בעוד כל תקופות התגובה להתרחש בתוך אותה מסגרת 3 שניות זמן, התגובה ריאקציונית וכתוצאה מכך את הצורה של אזור תגובת הנגד יכולה להשתנות בהתאם לדגימה. על ידי בדיקת המערכת באמצעות גוף נוקשה (איור 3), הירידה החדה ביותר והגבוהה ביותר בעומס ריאקציוני נצפתה בהשוואה למתחם עצם PDL השן וpolydimethlysiloxane (PDMS). עם זאת, המשותף הסיבי מאויר ירידה משמעותית בעומס ריאקציוני בשלב חריפה בהשוואה לPDMS. דגימות PDMS (איור 4) נראית לי הטיפה לפחות (אין הבדל בין צפיפויות 1:05 ו1:25 crosslinker - איור 4 א). AG נוקשות של מכשיר הטעינה בעת שנבדקו: נוקשותגוף ainst הנוקשה היה גבוה באופן משמעותי מזה של הדגימות מורכבות וPDMS. נתונים אלה לאמת את היעילות של מכשיר הטעינה כדי להדגיש את השינויים בביומכניקה של עצם המורכב PDL השן וחומרים רכים יותר (איור 4). (5A דמויות במפרק סיבי ללא רבב, אבל התייבשות, הנחתה של תכונות רקמות קשות, כוללים עצם מכתשיים, cementum, אמייל, ודנטין היו מודגשות: חזותי מבני רקמות רכים וקשים במתחם עצם PDL השן בשלמותה באמצעות μ-XCT ו5 ב). עם זאת, רווחים שהכילו רקמות אורגניות בעיקר רכות יותר היו שקופים לקרן רנטגן, ומשאירים את PDL החלל יחסית &quot;ריק&quot; (שחור). דגימות שטופלו עם ועד ההורים הראו ניגוד מוגבר בתוך PDL החלל, ובכך מדגישים נציג תכונות של PDL ורקמות חניכיים (איורים 5 ג-F). סריקה בmagnific גבוה יותרation חשף PDL כרשת סיבית בין השן והעצם. כוח הריאקציוני לעומת עקירה: תגובת יומכנית של המפרק הסיבי במהלך טעינה באתרו: בהשוואה לטעינה קונצנטריים, דפוס העמסה אקסצנטרי על דגימה דומה הראה תזוזה מוגברת של השן בתוך המפרק לניתן עומס ריאקציוני (איור 6 א). עם זאת, למפרקים סיביים מטופלים עם ועד הורים לא נמצאה הבדלים משמעותיים ביומכניקה הכוללת נצפו ללא קשר למצב הטעינה (איור 6). במערכת שלא טופלה, אך אקסצנטרי טעונה, התזוזה המוגברת של השורש לתוך שקע מכתשיים יכולה להיות מתואמת לקשיחות נמוכה יותר כפי שניתן לראות בעקומות עומס עקירה (איור 6 ג). אמנם יכולים להיות שיש שונות טבעיות שמובילות למגוון של תגובות ביומכנית של מפרקים סיביים שנקטפו בתוך קבוצות שליטה, שטופלו עד ההורים סיבייםמפרקים הפגינו קשיחות מוגברת ועקורים פחות בתוך השקע בהשוואה לעמיתיהם שלא טופלו לניתן עומס שיא ריאקציונר. עם זאת, לא חל שינוי לזיהוי בצורה או משך זמן של השלב חריפה של מחזור העומס בין דגימות שטופלו שלא טופלו ועד הורים. תצורה מרחבית תלת ממדים וmorphometrics: מיפוי תצורת עצם השן בתנאים שנטענו באמצעות μ-XCT: פרוסות וירטואליות נלקחו מtomograms הושוו כדי להמחיש 1 תזוזת שיניים) בתוך השקע, 2) עמותת שיניים עצם הן ב2D and 3D , 3) בשל אקסצנטרי היקף התנועה בהשוואה לטעינה קונצנטריים. תזוזת שיניים הייתה מסומנת על ידי חפיפה של פרוסות וירטואליות דומות ללא עומס ובסרטי gif עומס ומניבה. בעוד שתי תוכניות הטעינה גרמו לשן לעקור אנכית בתוך המפרק, תצורת העמסה אקסצנטרית (7 ב דמויות ו7C) ג<html> aused אפקט סיבוב נוסף של השן עם השורשים מסתובבים distally וכתוצאה מכך שטח PDL ירד לאורך הצדדים הדיסטלי של השורשים בהשוואה לסריקות קונצנטריים טעינה (איורים 7 ו -8). למרות PDL מוכתם ועד ההורים היה יותר ניחות (איור 5), התנועה של השן בתוך שקע מכתשיים במפרקים ועד ההורים שטופלו הייתה פחות מובהק ומתואם עם הנתונים ביומכנית (6B דמויות ו6C). <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51147/51147fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51147/51147fig1.jpg" /> איור 1. 15 המחשה מותאמת של מקומות מרכזיים בעת הכנת hemimandible לבדיקה ביומכנית. מוצגת בתוך הבלעה היא hemimandible. together.within-page = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51147/51147fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51147/51147fig2.jpg" /> איור 2. תצורה במערכת μ-XCT יחידה וטעינת אתר. () תמונה של מכשיר בטעינת אתר על בעל מותאם אישית בתוך טומוגרפיה ממוחשבת מיקרו רנטגן היחידה (μ-XCT). קונצנטריות (ב &#39;) ותנאי העמסה (C) אקסצנטריים שנקבעו על ידי הסוג של מגע בין הסדן והמשטח מרוכבים באים לידי ביטוי בצורה של שרטוטים, ומערכי הניסוי המתאימים (באזור מתאים לזה מודגש על ידי התיבה הלבנה ב( ) בהתאמה. מרקס מניסוח נייר לאשר שטח מגע ראשוני בין הסדן ומרוכבים שיניים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. &lt;</a>/&gt; <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51147/51147fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51147/51147fig3.jpg" /> איור 3. עקומת נציג עומס פעמית הממחיש מערכת &quot;תגובה חריפה&quot;. טען לעומת זמן באמצעות גוף נוקשה ממחיש תקופה חריפה כאירוע בין הסגירה ופתיחה של הסדנים. האזור הירוק מציין תקופה טעינה בי סדנים מתקרבים (אזור ירוק) כדי לטעון את גוף נוקשה 15 N (א) ו 5 N (B, הבלעה). האזור הכחול מציין תקופה פריקה בי הסדנים הם חוזרים בה אחד מהשני. עם זאת, בשל חוסר התגובה מוטורית מיידית בשל זמן שלקח להיפוך הילוך, יש שקרים תקופה ריסים אחורי של ~ 3 שניות. במהלך תקופה זו העומס יורד כ -2 N לפני פריקה אמיתית מתרחשת. יכולים להיות קשורים אירועים פריקה וטעינה לטעינה לעומת גרף עקירהs (C) אשר מציג תזוזה מינימאלית במהלך התקופה חריפה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51147/51147fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51147/51147fig4.jpg" /> איור 4. עקומות עומס העקירה נציג והשפעה &quot;pushback&quot; באמצעות PDMS עקומות תחתונים:. יחסי משא בזמן בין PDMS של ירידת מונומר ליחסי crosslinker לחשוף את היכולת של ביחידת טעינת אתרו כדי לזהות הבדלים בתכונות חומר. עקומות למעלה, שמאל וימין ממחישות את השינוי בתגובת נגד של המערכת עקב התאוששות מהותית. השמאל וימין בהשוואה להמחיש את אותו האפקט, מה שמצביעים על כך שהתאוששות הבדל 1:25-01:05 PDMS הוא מזערי או שאינו בתוךמגבלות זיהוי של מכשיר הטעינה. ב &#39;) עקומות עומס עקירה לחומרים שונים, כולל אלומיניום נוקשה גוף, דגימה ניסיונית, ו3 דגימות PDMS. זהו המדרון של 30% החלק ליניארי של עקומת ההעמסה ששימשה לחישוב קשיחות של החומר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig4highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51147/51147fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51147/51147fig5.jpg" /> איור 5. סעיפי רנטגן וירטואליים של טוחנות השניה mandibular המוכתם לשיפור מבנה PDL. (A, B) ערכים בקנה מידה אפורה בתוך טוחנות מטופל מצביעים על הנחתה רנטגן של רקמות שונות, כולל אזורים רכים יותר בתוך המתחם. עם זאת, רקמות nonmineralized כגון PDL לא מודגשות בשל מ &#39;שלהinimal הפחתת מאפיינים של אנרגיית קרני ה-X ב75 kVp. (CF) ועד הורים בעקבות מכתימים את מאפייני הפחתה של PDL הרך יותר היו משופרים ופרטים בתוך PDL היו דמיינו באמצעות מיקרוסקופ רנטגן. לפיכך, (הגדלה D-4X, הגדלת ה-F-10X) סעיפי sagittal 2D הווירטואלי (הגדלה C-4X, הגדלה E-10X) ורוחביים גילו נטייה PDL סיבים (חיצים צהובים). לומן של כלי דם בתוך חללי endosteal (חצים כתומים) וPDL (חצים לבנים) יופיע מבנים עגולים כהים, ואילו שטח pulpal נותר ללא רבב. חפצים שנוצרו במהלך ההליך מכתים גם ציינו (ד &#39;, כוכביות אדומות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig5highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 6" fo:content-width="5in"<html> עבור: src = /&gt; &quot;/ files/ftp_upload/51147/51147fig6highres.jpg&quot; = &quot;/ files/ftp_upload/51147/51147fig6.jpg&quot; src איור 6. דגימות טעונות מעגלי ואקסצנטרי. למעלה () ופנלים תחתון (B) להמחיש סרטי זמן מהירים של מערכת יחסים של שן עצם ללא עומס וכאשר היא עמוסה ל15 N, מעגלי ואקסצנטרי בהתאמה. פנלים העליונים ותחתונים ממחישים עמותת עצם שן כאשר תנאים שלא טופלו () ומוכתמים (ב &#39;). פנל מרכז (C) ממחיש התנהגויות עומס עקירה שונות בין אקסצנטרי ומעגלי (עקומות שמאליות) קומפלקסים טעונים, ו( עקומות ימין) מוכתמים ובלא כתם מתחמים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig6highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> &quot;Src =&quot; 147/51147fig7highres.jpg / files/ftp_upload/51147/51147fig7.jpg &quot;/&gt; סעיף איור 7. sagittal של 2 nd טוחנת ממחיש את הקשר של השן עם שקע מכתשיים כאשר היא עמוסה מעגלית () ואקסצנטרית (ב &#39;). רוב הדחיסה נתפס בתוך interradicular (ראשי חץ) ופסגה (חיצים) אזורים. בהשוואה לחלקים וירטואליים של השן בהעמסה אקסצנטרית (ב &#39;), המרכיב סיבובי נוסף של הגורמים בתנועת השן גדל דחיסה לצד הדיסטלי של שורש mesial. סעיפים רוחביים מעולפים חשפו תרגום דיסטלי ותנועה סיבובית עם כיוון השעון של השן (שורשים ירוקים) ביחס לשיניים טעונות מעגלי (אפורות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/51147fig7highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 8" fo:content-width="5in"עבור: src = /&gt; &quot;/ files/ftp_upload/51147/51147fig8highres.jpg&quot; = &quot;/ files/ftp_upload/51147/51147fig8.jpg&quot; src איור 8. סרטים המשוחזרים 3D לחשוף PDL חלל ירד בצד הדיסטלי של השורש כאשר אקסצנטרי טעון (E) בהשוואה למורכב (ד &#39;) עמוס מעגלי. לחץ <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/JOVE-Eccentric.mpg" target="_blank">כאן</a> כדי לראות את ההעמסה האקסצנטרית ולחץ <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51147/JOVE-Concentric.mpg" target="_blank">כאן</a> כדי להציג טעינה קונצנטריים.

Watch this Scientific Journal Video about In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint at JoVE.com

In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint

במחקר זה, השימוש במכשיר טעינת אתרו בשילוב עם טומוגרפיה מיקרו רנטגן שחושב לביומכניקה המשותפת סיבית יידון. קריאות ניסיוניות לזיהוי עם שינוי כולל ביומכניקה המשותפת תכלול: 1) כוח הריאקציוני לעומת עקירה, כלומר עקירת שן בתוך שקע מכתשיים והתגובה ריאקציונרית שלה לטעינה, 2) תלת ממדים (3D) בתצורה וmorphometrics מרחבית, כלומר גיאומטרי מערכת יחסים של השן עם שקע מכתשיים, ו3) שינויים בקריאות 1 ו -2 עקב שינוי בציר טעינה, כלומר המון קונצנטריים או אקסצנטרי.

באתר טוען לחיצה והדמיה לא פולשנית המצטרף של רצועת שן עצם חניכיים סיבית המשותפת

This study demonstrates a novel biomechanics testing protocol. The advantage of this protocol includes the use of an in situ loading device coupled to a ...

in-situ-compressive-loading-correlative-noninvasive-imaging-bone

Google

Research

JoVE Journal

Bioengineering

In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint

13.2K Views.  University of California San Francisco.  במחקר זה, השימוש במכשיר טעינת אתרו בשילוב עם טומוגרפיה מיקרו רנטגן שחושב לביומכניקה המשותפת סיבית יידון. קריאות ניסיוניות לזיהוי עם שינוי כולל ביומכניקה המשותפת תכלול: 1) כוח הריאקציוני לעומת עקירה, כלומר עקירת שן בתוך שקע מ?...

Video: In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution. Traditionally, multiple experiments are run in parallel, with individual samples removed from the study at sequential time points for evaluation by light microscopy. Several intravital techniques have been developed, with confocal, multiphoton, and second harmonic microscopy all demonstrating their ability to be used for imaging in situ 1. With these systems, however, the required infrastructure is complex and expensive, involving scanning laser systems and complex light sources. Here we present a protocol for the design and assembly of a high-resolution microendoscope which can be built in a day using off-the-shelf components for under US$5,000. The platform offers flexibility in terms of image resolution, field-of-view, and operating wavelength, and we describe how these parameters can be easily modified to meet the specific needs of the end user.
We and others have explored the use of the high-resolution microendoscope (HRME) in in vitro cell culture 2-5, in excised 6 and living animal tissues 2,5, and in human tissues in vivo 2,7. Users have reported the use of several different fluorescent contrast agents, including proflavine 2-4, benzoporphyrin-derivative monoacid ring A (BPD-MA) 5, and fluoroscein 6,7, all of which have received full, or investigational approval from the FDA for use in human subjects. High-resolution microendoscopy, in the form described here, may appeal to a wide range of researchers working in the basic and clinical sciences. The technique offers an effective and economical approach which complements traditional benchtop microscopy, by enabling the user to perform high-resolution, longitudinal imaging in situ.

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

In many biological and clinical situations it is advantageous to study cellular processes as they evolve in their native microenvironment. Here we describe the assembly and use of a low-cost fiber-optic microscope which can provide real time imaging in cell culture, animal studies, and clinical patient studies.

רזולוציה גבוהה סיבים אופטיים עבור Microendoscopy באתרו נייד הדמיה

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

Demonstrating the Uses of the Novel Gravitational Force Spectrometer to Stretch and Measure Fibrous Proteins

The study of macromolecular structure has become critical to the elucidation of molecular mechanisms and function. There are several limited, but important bioinstruments capable of testing the force dependence of structural features in proteins. Scale has been a limiting parameter on how accurately researchers can peer into the nanomechanical world of molecules, such as nucleic acids, enzymes, and motor proteins that perform life-sustaining work. Atomic force microscopy (AFM) is well tuned to determine native structures of fibrous proteins with a distance resolution on par with electron microscopy. However, in AFM force studies, the forces are typically much higher than a single molecule might experience 1, 2. Optical traps (OT) are very good at determining the relative distance between the trapped beads and they can impart very small forces 3. However, they do not yield accurate absolute lengths of the molecules under study. Molecular simulations provide supportive information to such experiments, but are limited in the ability to handle the same large molecular sizes, long time frames, and convince some researchers in the absence of other supporting evidence2, 4.
The gravitational force spectrometer (GFS) fills a critical niche in the arsenal of an investigator by providing a unique combination of abilities. This instrument is capable of generating forces typically with 98% or better accuracy from the femtonewton range to the nanonewton range. The distance measurements currently are capable of resolving the absolute molecular length down to five nanometers, and relative bead pair separation distances with a precision similar to an optical trap. Also, the GFS can determine stretching or uncoiling where the force is near equilibrium, or provide a graded force to juxtapose against any measured structural changes. It is even possible to determine how many amino acid residues are involved in uncoiling events under physiological force loads 2. Unlike in other methods where there is extensive force calibration that must precede any assay, the GFS requires no such force calibration 5. By complementing the strengths of other methods, the GFS will bridge gaps in understanding the nanomechanics of vital proteins and other macromolecules.

This is a step-by step guide showing the purpose, operation, and representative results from the novel gravitational force spectrometer.

הדגמת שימושים של ספקטרומטר הכבידה רומן כוח כדי למתוח מדוד חלבונים סיביים

The study of macromolecular structure has become critical to the elucidation of molecular mechanisms and function. There are several limited, but ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Collagen fibrils are present in the extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and mechanical strength. These native collagen fibrils have a characteristic banding periodicity of ~67 nm and are formed in vivo through the hierarchical assembly of Type I collagen monomers, which are 300 nm in length and 1.4 nm in diameter. In vitro, by varying the conditions to which the monomer building blocks are exposed, unique structures ranging in length scales up to 50 microns can be constructed, including not only native type fibrils, but also fibrous long spacing and segmental long spacing collagen. Herein, we present procedures for forming the three different collagen structures from a common commercially available collagen monomer. Using the protocols that we and others have published in the past to make these three types typically lead to mixtures of structures. In particular, unbanded fibrils were commonly found when making native collagen, and native fibrils were often present when making fibrous long spacing collagen. These new procedures have the advantage of producing the desired collagen fibril type almost exclusively. The formation of the desired structures is verified by imaging using an atomic force microscope.

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Simple and reproducible procedures are described for making three structurally distinct collagen assemblies from a common commercially available Type I collagen monomer. Native type, fibrous long spacing or segmental long spacing collagen can be constructed by varying the conditions to which the 300 nm long and 1.4 nm diameter monomer building block is exposed.

בסינתזת מבחנה של ריווח ילידים, סיבי קולגן וארך ריווח המגזרי

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

עיצוב של Bioreactor טוען מכונות Biaxial להנדסת רקמות

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

FIBS-enabled Noninvasive Metabolic Profiling

In the era of computational biology, new high throughput experimental systems are necessary in order to populate and refine models so that they can be validated for predictive purposes. Ideally such systems would be low volume, which precludes sampling and destructive analyses when time course data are to be obtained. What is needed is an in situ monitoring tool which can report the necessary information in real-time and noninvasively. An interesting option is the use of fluorescent, protein-based in vivo biological sensors as reporters of intracellular concentrations. One particular class of in vivo biosensors that has found applications in metabolite quantification is based on F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) between two fluorescent proteins connected by a ligand binding domain. FRET integrated biological sensors (FIBS) are constitutively produced within the cell line, they have fast response times and their spectral characteristics change based on the concentration of metabolite within the cell. In this paper, the method for constructing Chinese hamster ovary (CHO) cell lines that constitutively express a FIBS for glucose and glutamine and calibrating the FIBS in vivo in batch cell culture in order to enable future quantification of intracellular metabolite concentration is described. Data from fed-batch CHO cell cultures demonstrates that the FIBS was able in each case to detect the resulting change in the intracellular concentration. Using the fluorescent signal from the FIBS and the previously constructed calibration curve, the intracellular concentration was accurately determined as confirmed by an independent enzymatic assay.

A description of how to calibrate F&#246;rster Resonance Energy Transfer integrated biological sensors (FIBS) for in situ metabolic profiling is presented.&#160;The FIBS can be used to measure intracellular levels of metabolites noninvasively aiding in the development of metabolic models and high throughput screening of bioprocess conditions.

FIBS מאופשר פולשנית מטבולית פרופיל

In the era of computational biology, new high throughput experimental systems are necessary in order to populate and refine models so that they can be ...

Studying the Stoichiometry of Epidermal Growth Factor Receptor in Intact Cells using Correlative Microscopy

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative fluorescence microscopy and environmental scanning electron microscopy (ESEM) of whole cells in hydrated state. Fluorescent quantum dots (QDs) were coupled to EGFR via a two-step labeling protocol, providing an efficient and specific protein labeling, while avoiding label-induced clustering of the receptor. Fluorescence microscopy provided overview images of the cellular locations of the EGFR. The scanning transmission electron microscopy (STEM) detector was used to detect the QD labels with nanoscale resolution. The resulting correlative images provide data of the cellular EGFR distribution, and the stoichiometry at the single molecular level in the natural context of the hydrated intact cell. ESEM-STEM images revealed the receptor to be present as monomer, as homodimer, and in small clusters. Labeling with two different QDs, i.e.,&#160;one emitting at 655 nm and at 800 revealed similar characteristic results.

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative light- and electron microscopy of whole cells in hydrated state. The label contained fluorescent quantum dots. The protocol can be used to study the stoichiometry of EGFR at the single molecule level.

לומד את ההרכב של עוריות Growth Factor Receptor בתאים השלמים באמצעות מתאם מיקרוסקופית

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative fluorescence ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

פרוטוקול עבור הדמיה מגנטית תחום עם בחיי עיר היסטרזיס מדידת וההתקנה ממוטבת

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and allostasis. Moreover, dysregulated protease activity drives pathogenesis and is a functional biomarker of diseases such as cancer; therefore, the ability to detect protease activity in vivo may provide clinically relevant information for biomedical diagnostics. The goal of this protocol is to create nanosensors that probe for protease activity in vivo by producing a quantifiable signal in urine. These protease nanosensors consist of two components: a nanoparticle and substrate. The nanoparticle functions to increase circulation half-life and substrate delivery to target disease sites. The substrate is a short peptide sequence (6-8 AA), which is designed to be specific to a target protease or group of proteases. The substrate is conjugated to the surface of the nanoparticle and is terminated by a reporter, such as a fluorescent marker, for detection. As dysregulated proteases cleave the peptide substrate, the reporter is filtered into urine for quantification as a biomarker of protease activity. Herein we describe construction of a nanosensor for matrix metalloproteinase 9 (MMP9), which is associated with tumor progression and metastasis, for detection of colorectal cancer in a mouse model.

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are tightly regulated enzymes involved in fundamental biological processes, and dysregulated protease activity drives progression of complex diseases such as cancer. This method&#39;s goal is to create nanosensors that measure protease activity in vivo by producing a cleavage signal that is detectable from host urine and discriminates disease.

Nanosensors כדי לאתר פרוטאז פעילות In Vivo אבחון לא פולשנית

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Correlative Light Electron Microscopy (CLEM) for Tracking and Imaging Viral Protein Associated Structures in Cryo-immobilized Cells

Due to its high resolution, electron microscopy (EM) is an indispensable tool for virologists. However, one of the main difficulties when analyzing virus-infected or transfected cells via EM are the low efficiencies of infection or transfection, hindering the examination of these cells. In order to overcome this difficulty, light microscopy (LM) can be performed first to allocate the subpopulation of infected or transfected cells. Thus, taking advantage of the use of fluorescent proteins (FPs) fused to viral proteins, LM is used here to record the positions of the "positive-transfected" cells, expressing a FP and growing on a support with an alphanumeric pattern. Subsequently, cells are further processed for EM via high pressure freezing (HPF), freeze substitution (FS) and resin embedding. The ultra-rapid freezing step ensures excellent membrane preservation of the selected cells that can then be analyzed at the ultrastructural level by transmission electron microscopy (TEM). Here, a step-by-step correlative light electron microscopy (CLEM) workflow is provided, describing sample preparation, imaging and correlation in detail. The experimental design can be also applied to address many cell biology questions.

Correlative Light Electron Microscopy CLEM for Tracking and Imaging Viral Protein Associated Structures in Cryo-immobilized Cells

A correlative light electron microscopy (CLEM) method is applied to image virus-induced intracellular structures via electron microscopy (EM) in cells that are previously selected by light microscopy (LM). LM and EM are combined as a hybrid imaging approach to achieve an integrated view of virus-host interactions.

Correlative אלקטרון מיקרוסקופ אור (קלם) עבור מעקב אחר והדמיה חלבון נגיפי הקשורים מבנים בתאים הקפאה. מרותק למיטה

Due to its high resolution, electron microscopy (EM) is an indispensable tool for virologists. However, one of the main difficulties when analyzing ...

Isolation, Expansion, and Differentiation of Mesenchymal Stem Cells from the Infrapatellar Fat Pad of the Goat Stifle Joint

The IFP, present in the knee joint, serves as a promising source of MSCs. The IFP is an easily accessible tissue as it is routinely resected and discarded during arthroscopic procedures and knee replacement surgeries. Additionally, its removal is associated with minimal donor site morbidity. Recent studies have demonstrated that IFP-MSCs do not lose their proliferation capacity during in vitro expansion and have age-independent osteogenic differentiation potential. IFP-MSCs possess superior chondrogenic differentiation potential compared to bone marrow-derived MSCs (BMSCs) and adipose-derived stem cells (ADSCs). Although these cells are easily obtainable from aged and diseased patients, their effectiveness is limited. Hence, using IFP-MSCs from healthy donors is important to determine their efficacy in biomedical applications. As access to a healthy human donor is challenging, animal models could be a better alternative to enable fundamental understanding. Large animals such as dogs, horses, sheep, and goats play a crucial role in translational research. Amongst these, the goat could be a preferred model since the stifle joint of the goat has the closest anatomy to the human knee joint. Moreover, goat-IFP can fulfill the higher MSC numbers needed for tissue regeneration applications. Furthermore, low cost, availability, and compliance with the 3R principles for animal research make them an attractive model. This study demonstrates a simple protocol for isolating IFP-MSCs from the stifle joint of goats and in vitro culture conditions for their expansion and differentiation. The aseptically isolated IFP from the goat was washed, minced, and digested enzymatically. After filtration and centrifugation, the collected cells were cultured. These cells were adherent, had MSCs-like morphology, and demonstrated remarkable clonogenic ability. Further, they differentiated into adipogenic, chondrogenic, and osteogenic lineages, demonstrating their multipotency. In conclusion, the study demonstrates the isolation and expansion of MSCs, which show potential in tissue engineering and regenerative medicine applications.

Infrapatellar fat pad mesenchymal&#160;stem cells (IFP-MSCs) can be isolated easily from the infrapatellar fat pad of the knee joint. They proliferate well in vitro, form CFU-F colonies, and differentiate into adipogenic, chondrogenic, and osteogenic lineages. Herein, the methodology for the isolation, expansion, and differentiation of IFP-MSCs from goat stifle joint is provided.

בידוד, הרחבה והתמיינות של תאי גזע מזנכימליים ממשטח השומן האינפרא-פטלרי של מפרק העיזים מחניק

The IFP, present in the knee joint, serves as a promising source of MSCs. The IFP is an easily accessible tissue as it is routinely resected and discarded ...