このプロトコルを開発するために行われた作業は、米国国立衛生研究所(NIH)の支援を受けています[AR072609]。

骨折感受性のための機械的試験の原理とプロトコル

<ol>
	<li>Vesper, E. O., Hammond, M. A., Allen, M. R., Wallace, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Even+with+rehydration,+preservation+in+ethanol+influences+the+mechanical+properties+of+bone+and+how+bone+responds+to+experimental+manipulation.">Even with rehydration, preservation in ethanol influences the mechanical properties of bone and how bone responds to experimental manipulation.</a> Bone. 97, 49-53 (2017).</li><li>Jepsen, K. J., Silva, M. J., Vashishth, D., Guo, X. E., van der Meulen, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishing+biomechanical+mechanisms+in+mouse+models:+practical+guidelines+for+systematically+evaluating+phenotypic+changes+in+the+diaphyses+of+long+bones.">Establishing biomechanical mechanisms in mouse models: practical guidelines for systematically evaluating phenotypic changes in the diaphyses of long bones.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 30 (6), 951-966 (2015).</li><li>Eds Burr, D. B., Allen, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Basic and Applied Bone Biology. , (2019).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> microCT SkyScan 1272 User Manual. , (2018).</li><li>Kim, Y., Brodt, M. D., Tang, S. Y., Silva, M. J. <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+scanning+and+analysis+of+mouse+bones.">MicroCT for scanning and analysis of mouse bones.</a> Methods in Molecular Biology. 2230, 169-198 (2021).</li><li>Bouxsein, M. 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=Guidelines+for+assessment+of+bone+microstructure+in+rodents+using+micro-computed+tomography.">Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 25 (7), 1468-1486 (2010).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micro-CT specimen scanner, Centre for high-throughput phenogenomics. , (2023).</li><li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials by four-point bending. , (2020).</li><li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. , (2017).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bruker+microCT+NRecon:+An+overview.">Bruker microCT NRecon: An overview.</a> , (2023).</li></ol>

著者は、宣言すべき利益相反を持っていません。

スキャンとテストのプロセス全体を通して、トラブルシューティングと最適化が適切な瞬間があります。1つ目は、μCTで骨をスキャンするときに発生します。多くのシステムには、1つのオブジェクトを保持してスキャンできるホルダーが付属していますが、カスタムホルダーを作成して複数のボーンを同時にスキャンすることができます。複数のボーンをスキャンすることは、最適化のため?...

骨の機械的試験は、骨の骨折しやすさに関連する機能情報を抽出するための主要な方法です。前臨床試験では、いくつかの検査方法を使用できますが、最も一般的なのは長骨の曲げです。これらの検査は簡単に実施でき、ヒトからマウスまで、さまざまなサイズの骨に使用できます。マウスは前臨床研究で最も一般的に研究されている動物の1つであるため、このプロトコルはマウスの大腿骨と脛骨で実施される曲げ試験に焦点を当てます。
曲げ試験を行う前に、骨を適切に採取して保管する必要があります。最も一般的な保存方法は、伝統的に、生理食塩水に浸したガーゼで骨を凍結するか、生理食塩水のみで凍結するか、エ タノールで骨を脱水するかでした1。エタノールで保存された骨は、凍結保存されたものと比較して、剛性と弾性率が増加し、変形パラメータが減少することが示されています1。検査前に骨を水分補給しても、これらの特性は正常なレベル 1には回復しません。生理食塩水に浸して保管すると、生理食塩水が膨張すると圧力がかかるため、骨に損傷を与える可能性があります。さらに、マイクロコンピュータ断層撮影(μCT)スキャンのために骨を取り除くには、溶液の完全な融解が必要になります。その結果、採取したばかりの骨を生理食塩水に浸したガーゼで冷凍することが標準的な保存方法となっており、このプロトコル全体で推奨されています。
骨の大きさと形状は骨のかさ強度に影響を与え、多くの疾患モデルは骨のサイズと形態を大きく変えるため、工学的原理を使用してサイズの影響を正規化し、組織の挙動を推定する特性を生成します2。このアプローチでは、破損箇所の断面形状が必要であり、これは試験前に骨のスキャンを作成するためにμCTを使用して取得されるのが最も一般的です。μCTは、その可用性と高い画像解像度により広く使用されています。さらに、軟部組織の寄与は含まれておらず、スキャンは骨への化学的固定やその他の修正を必要としません3,4。すべての形態のCTでは、X線源が物体に焦点を合わせ、物体の反対側にある検出器が結果として生じるX線エネルギーを測定します。これにより、画像3,5に変換できるサンプルのX線影が生成される。スキャンされる物体を回転させ(またはX線源と検出器を試料の周りを回転させ)、物体5を表す3次元データセットに再構成することができる画像を生成する。
スキャン解像度、つまり 2 つのオブジェクトがどれだけ接近していても個別に解決できるかは、公称ボクセル サイズまたは結果の画像のピクセル サイズを変更することによって制御されます。一般的には、オブジェクトが識別されるためには、1つのボクセルの少なくとも2倍のサイズでなければならないとされていますが3、比率を高くすると精度が向上します。さらに、ボクセルが大きいほど、部分的な体積効果が生じやすくなり、1つのボクセルにさまざまな密度の組織が含まれる場合、単一の組織の比密度ではなく、これらの密度の平均が割り当てられるため、組織面積と鉱物密度が過大または過小評価される可能性があります3。これらの問題は、より小さなボクセル サイズを選択することで軽減できますが、より高い解像度を使用しても、部分的なボリューム効果が排除されるわけではなく、スキャン時間が長くなる可能性があります3。 ex vivoで骨をスキャンする場合、マウスの骨の小柱構造を正確に評価するために、一般的に6〜10μmのボクセルサイズが推奨されます。皮質骨には10〜17μmのより大きなボクセルサイズを使用できますが、最小の妥当なボクセルサイズを使用する必要があります。このプロトコルは10 μmのボクセルサイズを使用しており、これは主要な小柱特性を区別し、長時間のスキャン時間なしで部分的な体積の影響を最小限に抑えるのに十分な大きさです。
骨組織のミネラル密度と厚さが高いと、透過X線エネルギースペクトルが大幅に減衰および変化するため、X線エネルギーとエネルギーフィルターの設定も慎重に選択する必要があります。一般に、放射されたX線スペクトルは物体6から出るスペクトルと同等であるため、骨などの高密度の物体に低エネルギーX線を使用すると、ビーム硬化7として知られるアーチファクトが発生する可能性があります。これらのアーチファクトの発生率を減らすために、骨サンプルをスキャンするときは、50〜70 kVpのより高い電圧が推奨されます5。さらに、アルミニウムまたは銅のエネルギーフィルタを挿入すると、より集中したエネルギービームが作成され、アーチファクトがさらに最小限に抑えられます4,7。このプロトコルでは、0.5mmのアルミニウムフィルターが使用されます。
最後に、スキャン回転ステップおよび回転長(例えば、180°〜360°)が一緒になって、キャプチャされる画像の数を制御し、これが最終スキャン4におけるノイズの量を決定する。各ステップで複数のフレームを平均化すると、ノイズは低減できますが、スキャン時間が長くなる可能性があります4。このプロトコルでは、0.7 度の回転ステップと 2 のフレーム平均を使用します。
スキャンに関する最後の注意点:ハイドロキシアパタイトキャリブレーションファントムは、減衰係数を鉱物密度(g/cm35)に変換できるように、実験骨と同じスキャン設定を使用してスキャンする必要があります。このプロトコルでは、0.25 g/cm 3 および 0.75 g/cm3 のハイドロキシアパタイトのファントムを使用しますが、異なるファントムが利用可能です。一部のスキャンシステムは、毎日のシステムキャリブレーションの一部として内部ファントムを使用することに注意してください。
スキャンが完了すると、角度投影は、通常、メーカーの付属ソフトウェアを使用して、オブジェクトの断面画像に再構築されます。どのシステムを使用する場合でも、骨全体が再建に取り込まれ、骨と非骨の認識を可能にするために閾値が適切に設定されていることを確認することが重要です。再建後、すべてのスキャンを3次元で回転させて、骨の向きが一貫して横軸と適切に揃うようにすることが重要です。
回転後、分析のための関心領域(ROI)は、皮質特性、小柱特性、または機械的正規化のための骨折形状のいずれが望ましいかに基づいて選択され得る。後者の場合、ROIは、骨折部位から骨の一端までの距離を測定し、ボクセルサイズを使用してスキャンファイル内の対応するスライス位置を決定することにより、テスト後に選択する必要があります。選択された領域は、適切な推定を提供するために、ROIのほぼ中心に破砕点がある長さが少なくとも100μmである必要があります4。
ROI が選択されている場合、機械的な正規化 (曲げ応力とひずみを計算するため) には、中立曲げ軸から破損が始まる表面までの最大距離 (試験セットアップによって決定される引張荷重を受ける表面と仮定) と、中立軸周辺の面積慣性モーメント (これも試験セットアップに依存) の 2 つのプロパティが必要です。このプロトコルでは、カスタムコードを使用してこれらの値を決定することを推奨しています。コードへのアクセスについては、対応する作成者に直接お問い合わせいただくか、https://bbml.et.iupui.edu/ のラボのWebサイトにアクセスして詳細を確認してください。
μCTスキャンが完了すると、機械的試験を開始できます。曲げ試験は、4点または3点構成のいずれかで実行できます。4点曲げ試験は、荷重点間の骨のせん断応力を排除し、この領域で純粋な曲げを発生させることができるため、好まれます3。その後、骨は張力によって骨折し、骨の真の曲げ特性をより代表する破損を引き起こします3。ただし、両方の荷重点で同じ荷重がかかるように骨に荷重をかける必要があります(これは、ピボット式ローディングヘッドで容易に行うことができます)。3点曲げ試験では、荷重点と骨が接する部分でせん断応力が大きく変化し、張力3ではなくせん断によってこの時点で骨が折れます。ASTM規格では、曲げ加工を受ける材料の長さと幅の比率を16:1にすることを推奨しており、これは、せん断の影響を最小限に抑えるために、支持スパンの長さを骨の幅の16倍にする必要があることを意味します8,9。これは、小さなげっ歯類の骨を試験する場合、達成できないことが多いため、荷重スパンは、断面形状の変化をできるだけ小さくして、できるだけ大きくします。さらに、4点曲げを行う場合、下部スパンと上部スパンの長さの比率は~3:18である必要があり、これは通常、脛骨で達成できますが、短い大腿骨では困難です。さらに、大腿骨の皮質壁が薄いため、試験中に骨断面の形状が変化するリング型の変形の影響を受けやすくなります(これは、3点曲げと比較して同じ曲げモーメントを誘発するためにより大きな力が必要になるため、4点試験で強調できます)。したがって、マウス大腿骨には 3 点曲げが利用され、このプロトコル全体で脛骨には 4 点曲げが使用されます。
最後に、統計分析のために研究に適切な電力を供給することが重要です。機械的試験の一般的な推奨事項は、一部の機械的特性、特に降伏後のパラメータが非常に変動する可能性があるため、違いを検出できるように、実験グループごとに10〜12個の骨のサンプルサイズを持つことです。場合によっては、これは、研究中に発生する可能性のある減少を考慮して、より大きな動物サンプルサイズから始めることを意味する場合があります。既存のデータを使用したサンプルサイズ分析は、研究を試みる前に完了する必要があります。
多くの制限と仮定がありますが、曲げ試験は、特にグループ間の相対的な差が重要な場合に、非常に正確な結果を提供できます。これらの特性は、小柱構造と皮質形態の分析とともに、病態と治療計画に関するより良い洞察を提供することができます。私たちが管理できる実験の側面(収穫、保管、スキャン、テストなど)に注意を払えば、正確な結果が得られていると確信できます。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CTAn</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>NA</td>
			<td>CT Scan Analysis Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DataViewer</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>NA</td>
			<td>CT Scan Rotation Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrix Laboratory (MATLAB) 2023a</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>NA</td>
			<td>Coding platform used for data analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NRecon</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>NA</td>
			<td>CT Scan Reconstruction software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SKYSCAN 1272-100 kV w/ 16 MP CCD detector, incl 3D Suite Software&#160;&#160;</td>
			<td>Micro Photonics Inc</td>
			<td>SKY-016814</td>
			<td>Micro-CT system that can non-destructively visualize up to 209 mPs in every virtual slice through an object&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

practical considerations for the design, execution, and interpretation of studies involving whole-bone bending tests of rodent bones

骨折につながる骨格の脆弱性は、毎年150万人の骨折と180億ドルの直接的な医療費をもたらす米国の公衆衛生上の危機です。骨疾患の根底にあるメカニズムと治療への反応を理解する能力は、望まれるだけでなく、重要です。骨の機械的試験は、骨の骨折しやすさを理解し、定量化するための貴重な技術として役立ちます。この方法は簡単に実行できそうに見えますが、ユーザーがガバナンスの仮定と重要な手順を無視すると、不適切で不正確な結論に達する可能性があります。これは、方法の誤用や結果の誤った解釈を伴う研究が発表され続けているため、分野を超えて観察されています。このプロトコルは、サンプルサイズの考慮から組織の採取と保存、データ分析と解釈まで、これらの技術の適用とともに機械的試験に関連する原則の入門書として機能します。これにより、骨の骨折しやすさに関する貴重な情報が得られ、学術研究と臨床ソリューションの両方の理解が深まります。

Mechanical testing of bone is the primary method to extract functional information related to a bone&#39;s susceptibility to fracture. In preclinical studies, several testing modalities can be used but by far the most common is the bending of long bones. These tests are easy to perform and can be used on bones ranging in size from human to mouse. As mice are one of the most commonly studied animals in preclinical research, this protocol will focus on bending tests performed on the femora and tibiae of mice.
Prior to performing bending tests, bones must be properly harvested and stored. The most common storage methods have traditionally been freezing bones in saline-soaked gauze, freezing in saline alone, or dehydrating bones in ethanol 1. Bones stored in ethanol have been shown to have increased stiffness and elastic modulus and decreased deformation parameters versus those stored frozen1. Even rehydrating the bones prior to testing does not recover these properties back to normal levels 1. Storing submerged in saline could cause damage to the bone since pressure is exerted as the saline expands. In addition, a complete thaw of the solution would be required to remove the bones for microcomputed tomography (&#181;CT) scanning. Consequently, freezing freshly harvested bones in saline-soaked gauze has become the standard storage method and is recommended throughout this protocol.
Because the size and shape of a bone affect its bulk strength and many disease models significantly alter bone size and morphology, engineering principles are used to normalize away the effects of size to produce properties that estimate the behavior of the tissue2. This approach requires cross-sectional geometry of the failure location, which is most commonly acquired using &#181;CT to create scans of the bones prior to testing. &#181;CT is widely used due to its availability and high image resolution. Moreover, contributions of soft tissue are not included, and scanning does not require chemical fixation or other modifications to the bone3,4. In all forms of CT, an X-ray source is focused on an object while a detector on the other side of the object measures the resulting X-ray energy. This produces an X-ray shadow of the sample that can be converted into an image3,5. The object being scanned is rotated (or the X-ray source and detector are rotated around the sample), generating images that can be reconstructed into a three-dimensional data set representing the object5.
Scan resolution, or how close together two objects can be and still be resolved individually, is controlled by changing the nominal voxel size or the size of a pixel in the resulting image. It is generally accepted that objects must be at least two times the size of a single voxel to be identified3, but a higher ratio will allow for improved precision. Further, larger voxels are more prone to partial volume effects: when a single voxel contains tissues of varying densities, it is assigned the average of these densities, rather than the specific density of a single tissue, which may lead to an over- or under-estimation of tissue areas and mineral density3. While these issues can be mitigated by choosing smaller voxel sizes, using a higher resolution does not ensure the elimination of partial volume effects and may require longer scan times3. When scanning bones ex vivo, a voxel size of 6-10 &#181;m is generally recommended to accurately assess the trabecular architecture of mouse bones. A larger voxel size of 10-17 &#181;m can be used for cortical bone, although the smallest reasonable voxel size should be used. This protocol uses a 10 &#181;m voxel size, which is small enough to differentiate key trabecular properties and minimize partial volume effects without extensive scan time.
X-ray energy and energy filter settings must also be selected carefully, as the high mineral density and thickness of bone tissue greatly attenuates and alters the transmitted X-ray energy spectrum. It is generally assumed that because the emitted X-ray spectrum is equivalent to the spectrum that exits the object6, using low-energy X-rays on dense objects such as bone can lead to an artifact known as beam hardening7. A higher voltage of 50-70 kVp is recommended when scanning bone samples to reduce the incidence of these artifacts5. In addition, inserting an aluminum or copper energy filter creates a more concentrated energy beam, further minimizing artifacts4,7. A 0.5 mm aluminum filter will be used throughout this protocol.
Finally, the scan rotation step and rotation length (e.g., 180&#176;-360&#176;), together control the number of images captured, which determines the amount of noise in the final scan4. Averaging multiple frames in each step can reduce noise but may increase scan time4. This protocol uses a rotation step of 0.7 degrees and a frame averaging of 2.
One final note about scanning: hydroxyapatite calibration phantoms should be scanned using the same scan settings as the experimental bones to enable the conversion of attenuation coefficients to mineral density in g/cm35. This protocol uses phantoms of 0.25 g/cm3 and 0.75 g/cm3 of hydroxyapatite, although different phantoms are available. Note that some scanning systems use internal phantoms as part of daily system calibration.
Once scanning is complete, the angular projections are reconstructed into cross-sectional images of the object, typically using the manufacturer&#39;s accompanying software. Whatever system is used, it is important to ensure that the whole bone is captured in the reconstruction and that thresholding is set appropriately to allow for the recognition of bone versus non-bone. After reconstruction, it is critical to rotate all scans in three dimensions so that bones are oriented consistently and properly aligned with the transverse axis, again using the manufacturer&#39;s software.
Following rotation, regions of interest (ROI) for analysis may be selected based on whether cortical properties, trabecular properties, or fracture geometry for mechanical normalization are desired. For the latter, ROIs should be selected after testing by measuring the distance from the fracture site to one end of the bone and using voxel size to determine the corresponding slice location in the scan file. The selected region should be at least 100 &#181;m in length, with the fracture point at the approximate center of the ROI, to provide adequate estimation4.
With ROIs selected, two properties are needed for mechanical normalization (to calculate bending stress and strain): the maximum distance from the neutral bending axis to the surface where failure is initiated (assumed to be the surface loaded in tension, determined by the testing setup), and the area moment of inertia around the neutral axis, (also dependent on testing setup). This protocol recommends the use of a custom code to determine these values. For access to the code, contact the corresponding author directly or visit the lab website at&#160;https://bbml.et.iupui.edu/ for more information.
Once &#181;CT scanning has been completed, mechanical testing can begin. Bending tests can be performed in either four-point or three-point configurations. Four-point bending tests are preferred as they eliminate shear stress in the bone between loading points, allowing for pure bending to occur in this region3. The bone will then fracture due to tension, creating a failure that is more representative of the true bending properties of the bone3. However, the bone must be loaded in such a way as to deliver the same load at both loading points (this can be facilitated with a pivoting loading head). In three-point bending tests, there is a large change in shear stress where the load point meets the bone, which causes the bone to break at this point due to shear, not tension3. ASTM standards recommend materials undergoing bending should have a length-to-width ratio of 16:1, meaning the length of the support span should be 16 times larger than the width of the bone to minimize impacts of shear8,9. This is often impossible to achieve when testing small rodent bones, so the loading span is simply made as large as possible but with as small of a change in cross-sectional shape as possible. Moreover, when performing four-point bending, the ratio between the lengths of the lower and upper span should be ~3:18, which can usually be achieved in the tibia, but it is difficult in the shorter femur. In addition, the thinner cortical walls of femurs make them susceptible to ring-type deformation which changes the shape of the bone cross-section during the test (this can be accentuated in four-point tests as a greater force is required to induce the same bending moment compared to three-point bending). Therefore, three-point bending will be utilized for mouse femora while four-point bending will be used for tibiae throughout this protocol.
Finally, it is important to properly power the study for statistical analysis. A general recommendation for mechanical testing is to have a sample size of 10-12 bones per experimental group to be able to detect differences, as some mechanical properties, especially postyield parameters, can be highly variable. In some cases, this may mean starting with a higher animal sample size given attrition that could occur during the study. Sample size analysis using existing data should be completed prior to attempting a study.
There are numerous limitations and assumptions, but bending tests can provide quite accurate results, especially when relative differences between groups are of interest. These properties, together with the analysis of trabecular architecture and cortical morphology, can provide better insight into disease states and treatment regimens. If care is taken with those aspects of the experiment that are in our control (e.g., harvesting, storing, scanning, and testing), we can feel confident that accurate results have been generated.

著者スポットライト:全骨曲げ試験における精度と再現性の向上 

げっ歯類の骨の全骨曲げ試験を含む研究の設計、実施、および解釈に関する実践的な考慮事項

The current experimental challenges of bending tests include:Consistent placing of the bones in the same orientation, documenting the break progress of the bone during the test, and interpretation of complex results. Our protocol provides a guide not only for the testing procedure and data analysis for whole-bone bending tests, but also for sample preparation and storage. And this is the first instance where the entire protocol has been presented.Whole-bone mechanical testing is a quick and simple method to obtain measures of bone fracture susceptibility when compared to other testing methods.

CTスキャンが完了すると、ほとんどの不十分なスキャンが再構成で捕捉されます。多くの場合、スキャンが不十分な場合、スキャン中のエラーの明確な指標である高いミスアライメント補正が発生します。ただし、他の手順でエラーが発生し、データが不正確になる可能性もあります。これらのエラーは、計算された個々のアーキテクチャ プロパティを調べるときに発見されることがよくあ?...

Watch this Scientific Journal Video about Enhancing Accuracy and Reproducibility in Whole Bone Bending Tests at JoVE.com

げっ歯類の骨の機械的試験は、骨の骨折しやすさに関する情報を抽出するための貴重な方法です。適切な実践的理解を欠いていると、結果が過剰に解釈されたり、妥当性に欠けたりする可能性があります。このプロトコルは、機械的試験が正確に実施され、有効で機能的なデータを提供するためのガイドとして機能します。

Skeletal fragility leading to fracture is an American public health crisis resulting in 1.5 million fractures each year and $18 billion in direct care ...

曲げ試験の現在の実験上の課題には、同じ向きに骨を一貫して配置すること、試験中の骨の破断の進行状況を文書化すること、および複雑な結果の解釈が含まれます。当社のプロトコールは、全骨曲げ試験の試験手順とデータ解析だけでなく、サンプルの調製と保管のためのガイドも提供します。そして、これはプロトコル全体が提示された最初の例です。全骨機械的試験は、他の試験方法と比較した場合の骨折感受性の測定値を取得するための迅速で簡単な方法です。

practical-considerations-for-design-execution-interpretation-studies

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Practical Considerations for the Design, Execution, and Interpretation of Studies Involving Whole-Bone Bending Tests of Rodent Bones

581 ビュー.  Indiana University-Purdue University Indianapolis. 曲げ試験の現在の実験上の課題には、同じ向きに骨を一貫して配置すること、試験中の骨の破断の進行状況を文書化すること、および複雑な結果の解釈が含まれます。当社のプロトコールは、全骨曲げ試験の試験手順とデータ解析だけでなく、サンプルの調製と保管のためのガイドも提供します。そして、これはプロトコル全体が提示された最初の例です。全骨機?...

ビデオ: 著者スポットライト:全骨曲げ試験における精度と再現性の向上 

Skeletal fragility leading to fracture is an American public health crisis resulting in 1.5 million fractures each year and $18 billion in direct care costs. The ability to understand the mechanisms underlying bone disease and the response to treatment is not only desired, but critical. Mechanical testing of bone serves as a valuable technique for understanding and quantifying a bone&#39;s susceptibility to fracture. While this method appears simple to perform, inappropriate and inaccurate conclusions may be reached if governing assumptions and key steps are disregarded by the user. This has been observed across disciplines as studies continue to be published with misuse of methods and incorrect interpretation of results. This protocol will serve as a primer for the principles associated with mechanical testing along with the application of these techniques-from considerations of sample size through tissue harvesting and storage, to data analysis and interpretation. With this in hand, valuable information regarding a bone&#39;s susceptibility to fracture may be obtained, furthering understanding for both academic research and clinical solutions.

Mechanical testing of rodent bones is a valuable method for extracting information regarding a bone's susceptibility to fracture. Lacking proper practical understanding, the results may be overinterpreted or lack validity. This protocol will serve as a guide to ensure mechanical tests are performed accurately to provide valid and functional data.

生物工学

Mechanical Testing Procedure to Check Bone&#39;s Susceptibility to Fracture

Mechanical Testing Procedure to Check Bone&#039;s Susceptibility to Fracture  

After harvesting the femur and tibia from the euthanized mouse, obtain a six to 10 micrometer resolution micro CT scan reconstructed for each sample to calculate for exercise geometry. Thaw all the bones for testing, and ensure to test all bones from the same experiment in one session. Now locate a load cell with sensitivity and capacity suitable for the specimen.Considering the failure range of the specimen, select a load cell with 50%more capacity while maximizing sensitivity. Locate the loading and support span fixtures. Install the load cell and fixtures by screwing the load cell onto the upper support of the tester, attaching the upper loading fixture to the load cell and mounting the lower fixture to the bottom support of the tester.Then select a support span length, which will remain constant for all samples. Use the shortest bone in the sample set to determine the support span distance, and properly orient the bone between the fixtures. To perform a three-point bending test of the femur.place the anterior surface of the bone against the support span, ensuring the position is within the diaphysis of the sample. Exclude the third trochanter on the proximal end and the transition point where the bone widens into the metaphysis and condyles on the distal end. Ensure the loading span is centered within the support span and contains a uniform region of the bone.Then measure and record the support span distance. Once the support span has been set and recorded, bring the lower fixture close to the upper fixture with enough room between the two for a bone to be placed. Place the bone back into saline or rehydrated with a saline bolus.Ensure all fixture parts are tight and free of movement. In the mechanical tester software, design a bending test profile with a slow displacement ramp rate to avoid viscoelastic effects to load the bone until it fails. After creating a testing profile, create distinct folders for every study group.Select a properly thawed bone, then measure and record its full length using calipers. Load the bone sample onto the fixture in the proper orientation. Alter the file name to reflect the particulars of the sample being tested and save each test in its corresponding folder.Zero the load and activate the system's mover, ensuring it's not in load or displacement control. Carefully apply a slight preload to the bone to secure its position. Avoid compromising the sample.Aim for a preload of about 0.25 Newtons. Make sure the desired bone orientation is kept consistent before moving forward. Hydrate the sample by generously dousing it with saline.On the software, initiate the bending test by selecting start or run. It's crucial to observe the sample for the duration of the test accurately, noting down any occurrences of issues. Monitor closely as the bone starts to fracture.Tests stop automatically when they reach their set limits. But if there's a failure, stop the test manually to avoid damaging the load cell. Once testing is complete, measure the length from the distal end to the breakpoint using calipers and record it.