과사용 유발 건병증의 In Vivo 모델을 위한 수동 발목 배굴곡 검사 시스템

요약

이 프로토콜은 남용 유발 건병증의 생체 내 모델에 대해 쥐 아킬레스건에서 정량화 가능하고 통제된 피로 부상을 유도하는 데 사용되는 테스트 시스템을 제시합니다. 이 절차는 쥐의 발목을 관절 액추에이터에 고정하는 것으로 구성되며, 이 액추에이터는 맞춤형으로 작성된 MATLAB 스크립트로 수동 발목 배측굴곡을 수행합니다.

초록

건병증은 통증과 기능 상실을 초래하는 만성 힘줄 질환으로, 힘줄의 반복적인 과부하와 제한된 회복 시간으로 인해 발생합니다. 이 프로토콜은 수동 배측굴곡을 통해 쥐의 아킬레스건에 기계적 하중을 주기적으로 가하는 시험 시스템을 설명합니다. 맞춤형으로 작성된 코드는 피드백 제어 기반 순환 피로 하중 요법과 함께 하중 프로토콜의 효과를 평가하기 위한 사전 및 사후 순환 하중 측정으로 구성됩니다.

이 연구를 위해 25마리의 Sprague-Dawley 쥐를 사용했으며, 그룹당 5마리의 쥐가 500, 1,000, 2,000, 3,600 또는 7,200 사이클의 피로 하중을 받았습니다. 히스테리시스, 피크 응력, 로딩 및 언로딩 계수의 순환 전 및 사후 순환 로딩 측정 간의 백분율 차이가 계산되었습니다. 결과는 시스템이 적용된 하중 수에 따라 아킬레스건에 다양한 정도의 손상을 유발할 수 있음을 보여줍니다. 이 시스템은 피로로 인한 과사용 힘줄 손상의 생체 내 모델을 위해 아킬레스건에 정량화되고 생리학적으로 다양한 수준의 주기적 하중을 적용하는 혁신적인 접근 방식을 제공합니다.

서문

힘줄은 근육과 뼈를 연결하고 일생 동안 매일 반복적인 동작을 경험하기 때문에 통증과 제한, 기계적 기능 장애를 초래하는 과사용 부상에 매우 취약하여 인구의 30-50%에 영향을 미칩니다¹. 건병증은 반복적인 피로 동작과 부상 전 수준으로의 부적절한 치유로 인한 과사용 부상으로 간주되는 만성 질환입니다. 상지와 하지가 모두 일반적으로 영향을 받으며, 회전근개, 팔꿈치, 아킬레스건, 슬개건 ^2,3,4,5가 포함됩니다. 아킬레스건병증은 달리기 및 점프와 관련된 활동, 특히 육상, 중장거리 달리기, 테니스 및 기타 구기 종목에 종사하는 운동선수에게 흔하며, 달리기 선수의 ^7-9%에 영향을 미친다^6,7. 달리기와 점프로 인한 부상은 아킬레스건과 슬개건병증의 위험 요인인 제한된 발목 배굴을 유발할 수도 있다 ^8,9,10

프로토콜

이 연구는 Beth Israel Deaconess Medical Center에서 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee) 승인에 따라 수행되었습니다. 유도를 위해 5%의 이소플루란을 사용하고 유지를 위해 2.5%를 사용하여 동물을 마취시켰으며, 저체온증을 피하기 위해 주의를 기울였습니다.

1. 시험 시스템 설정

1. 스테퍼 모터로 패시브 발목 회전을 제어하여 일관된 회전과 토크를 적용합니다. 마이크로 컨트롤러로 스테퍼 모터를 제어합니다. 3D 위치 및 방향 시스템의 입력을 사용하여 회전 각도를 표시합니다. 토크 센서의 출력을 사용하여 임계값 한계에 도달하지 않은 경우 배굴곡 각도를 늘리기 위한 피드백 제어를 제공합니다.
2. 시작하려면 마이크로 컨트롤러, 토크 센서, 3D 전자기 포지셔닝 및 방향 시스템을 컴퓨터와 전원 공급 장치에 연결합니다. 자체 개발한 MATLAB 코드를 사용하여 맞춤형 시스템을 제어할 수 있습니다(그림 1). GitHub에서 MATLAB 코드 파일을 다운로드하고 GitHub 페이지 지침(https://github.com/Nazarian-Lab/PassiveAnkl....

토론

이 연구는 생체 내 과사용 유발 건병증 모델을 위해 수동 발목 배굴곡 시스템으로 쥐 아킬레스건에 주기적으로 하중을 가하는 방법을 제시합니다. 이 시스템의 중요성은 아킬레스건을 분리하고, 힘줄에 외과적으로 접근하지 않고도 정량화 가능한 하중을 가하고, 생체 내 힘줄 특성을 측정할 수 있는 능력에 있습니다.

2010년, Fung et al.은 맞춤형 테스트 시스템을 ?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/32'' Aluminum beads
2.5% isoflurane
3D digitizing pen	Polhemus, Vermont, NH, USA
3D electromagnetic positioning and orientation sensor	Polhemus, Vermont, NH, USA
5% isoflurane
Customized device: 1) Assembly, sensors, 3D printed animal bed and ankle mount actuator			Assembled as described in manuscript
MATLAB code	MATLAB, Natick, MA, USA
Microcontroller	Ivrea, Italy	Arduino UNO, Rev3
Nose cone
Scalpel and scalpel holder			No. 11 scalpel
Sprague-Dawley rats	Charles River Laboratories, Wilmington, MA, USA		11-13 weeks old
Stepper driver	SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503	DM542T
Stepper motor	SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503	23HE30-2804S
Straight forceps
Torque sensor assembly	Futek Inc., Irvine, CA, USA	FSH03985, FSH04473, FSH03927
Water heating pad