We would like to thank the funding from Medical Research Council and Action Medical Research, which provided MG with a clinical fellowship, GN 2339, to conduct this work.

Bu protokol, insan dokusunun kullanılması, depolanması ve bertaraf edilmesi ile ilgili bizim kurumun insan araştırma etik kurul kurallar etik kuralları takip eder. İnsan doku örnekleri, ilgili etik onayları ile araştırma amacıyla razı olan kadavra organlarının eksize edilebilir. Numuneler ayrıca ilgili etik onayı ile cerrahi girişim geçiren razı hastalardan alınan doku atılabilir. Derinin 1. Hazırlık <ol><li> elle yağ dokusu ve neşter bıçak ve forseps kullanılarak derin dermis ince bir tabaka kapalı keserek numuneleri hazırlayın. Bu adım örneklerinin 14 arasında tutarlılığı sağlamak için önemlidir. </li><li> Standart numune boyutu Kısmi kalınlıkta deri elde edilen levha kesti (örneğin, 5 cm örneklerin x 1 cm). test düzeneğinin boyutlarına dayalı örnek boyutunu belirler. Doku mühendisliği yapısı, aynı zamanda test ediliyorsa, specimen boyutu ilgi 14 malzemesi için uygun olmalıdır. Uygun kesici bidonlarına neşter bıçak atınız. </li><li> mekanik hesaplamalar tamamlanmasını sağlamak için, cilt kalınlığı öncesi ve mekanik testlerden sonra elektronik kaliperler kullanılarak test edilen ölçün. </li></ol> 2. Çekme Testi NOT: Tüm malzemeler test makineleri test öncesinde üreticinin talimatlarına göre kalibre edilmelidir. <ol><li> Oda sıcaklığında (22 ° C), 14 bir malzeme test makinesi (Şekil 2A) ile tek eksenli çekme Test deri numuneleri. </li><li> Tüm örneklerde (örneğin, dikey veya in-line Langer Lines ile (topolojik çizgiler insan vücudunun bir harita üzerinde çizilen ve dermis kollajen liflerinin) doğal yönelimi atıfta) 14 için aynı yönde cilt örnekleri yönlendirmek. </li><li> (A co iki kelepçe arasındaki örnek hareketsizmmercial jig), bir 98.07 N yük hücresi yapıştırılmış bir ve bir taşınmaz taban plakasına 14 diğer. Tek eksenli çekme test kelepçeler arasında ortaya çıkan alanı 1 cm x 4 cm (Şekil 2) az olmalıdır. NOT: Bir ticari jig test etmeden önce örnek homojen olmayan kavrama ve zarar görmesini önlemek için kullanılmıştır. Örnek bir &quot;parmak sıkı&quot; sıkılığını sabitlenir. </li><li> örnek kuruma önlemek için vazelin ile her iki tarafta (aparat yerleştirildikten sonra) numune alanı kapsayacak. </li><li> aşağıdaki gibi eylemlerin listesi olarak yazılım içine rejimi test çekme yükleme ve rahatlama Program: Sıfır Yük | Sıfır Pozisyonu | İletişim (Çekme yükleme) bul | (Gevşeme) bekleyin. </li><li> yazılım programıyla testi başlatın. 1 mm / s 29.42 N gerilim altında örnek yükleyin. Cildin bozulmasına neden olmayan bir oran ve yük kullanın (örneğin, 29.42 N 1 mm / s). </li><li> 29.42 N yük ulaşıldıktan sonra, doku dinlenmek için izin1.5 saat boyunca, bir zaman noktası, bilgisayar yazılımı tarafından kontrol edilen 14 gevşeme davranışı çok az bir değişiklik yoktur. Not: deplasman gevşeme fazında değil, yük sırasında sabit tutulur. </li><li> Analiz bölümü kurallarına göre elastik ve viskoelastik özelliklerini hesaplamak. Incelenen mekanik özellikler Kısmi kalınlıkta deri bileşenlerinin (epidermis ve dermis) 14 ortalama özelliklerini temsil edecek. Not: deformasyonu ortaya çıkar ve bu nedenle sadece bu veri noktaları içerdiği ham verilerden açıkça görüldüğü gibi, tanımlı bir dara yükü vardır. </li></ol> Kıkırdak 3. hazırlanması <ol><li> Bir neşter bıçak ve forseps 15, 16 kullanılarak kıkırdak örnekten cilt ve kaplamasını çıkarın. </li><li> Bir neşter bıçak ve forseps kullanarak standart bir örneklem büyüklüğü (örneğin, 1.5 cm blok) içine kıkırdak örnekleri bölün. Tüm örnekler için, bir semicircu kullanımılar şeklinde batıcı (Şekil 2B) bir çapa ve kıkırdak örnek büyüklüğü en az 8 kat daha fazla kalınlığa sahiptir. Bu oran batıcı örnek hazırlama 15 herhangi bir kenar etkilerinden etkilenmez sağlar. Uygun kesici bidonlarına neşter bıçak atınız. </li><li> Mekanik hesaplamalar tamamlanmasını sağlamak için, mekanik test 15, 16 öncesi ve sonrası elektronik kaliperler kullanılarak yüklenecek kıkırdak kalınlığını ölçmek. </li></ol> 4. Basınç Girinti Testi <ol><li> Oda sıcaklığında sulu bir ortam içinde, bir malzeme test makinesi kullanılarak kıkırdak örnekleri sıkıştırın. Örnek hidre olmasını sağlamak için önce ve sıkıştırılma testi sırasında fosfat-tamponlanmış tuzlu su (PBS) ile kıkırdak örnek kapak. NOT: PBS tam fizyolojik ortam eşleşmiyor, ancak malzeme ve dokular hem olmak com veriyor16 eşit 15 karşılaştırıldı. </li><li> Yüzey indenter dik yani kıkırdak örnek yönlendirmek. Bu sıkıştırma tek eksenli olmasını sağlar ve herhangi bir kayma yükleme 15 sınırlar. </li><li> aşağıdaki gibi eylemlerin listesi olarak yazılım içine rejimi test basınç yükleme ve rahatlama Program: Sıfır Yük | Sıfır Pozisyonu | İletişim (Basınç yükleme) bul | (Gevşeme) bekleyin. </li><li> yazılım programı kullanarak testi başlatın. S 15, 16/1 mm 2,94 N sıkıştırma altında örnek yükleyin. NOT: Bu kıkırdak 15 hem elastik ve viskoelastik özelliklerini tanımlamak için yeterli duyarlı bir tahribatsız yük olarak belirlenmiştir. </li><li> 2.94-N sınıra ulaşıldıktan sonra, kıkırdak 15 dakika dinlenmek için izin bir zaman noktası hangi bilgisayar yazılımı 15, 16 kullanılarak gevşeme davranış minimal değişiklik vardır. NOT: Şekil2C-D insan doku örneklerinin sıkıştırma ve germe testi için tipik bir setini göstermektedir. Aynı protokoller daha sonra yerli doku analiz olmanın biyomekanik özelliklerini eşleştirmek için sentetik biyomalzeme uygulanabilir. Örneğin, Şekil 2E-F yakın sentetik malzemenin biyomekanik özellikleri doğrultusunda, insan dokusunun sıkıştırma ve germe test göstermektedir. </li></ol> Girinti ve Çekme Testi için Young&#39;ın Elastik Modülü 5. Hesaplama <ol><li> Malzeme test cihazının 14-16 zaman (lar), yer değiştirme (mm) ve yük (N) de dahil olmak üzere ham verileri toplayın. </li><li> Şekil 3&#39;te gösterilen formüller kullanılarak baskı (MPa) ve gerilme (%) hesaplanır. NOT: yarı küresel Indenter kesit alanı ile bölünmesi kuvveti, basınç test sırasında kullanılan nominal (ortalama) stres, fakat en yüksek stres verir ise. </li><li> doğrusal bir scatter plot kullanınsuşuna karşı gerilme MPa (y-ekseni) (x ekseni) çizmek için. doğrusal eğri uyum belirleyin. lineer eğri = mx + ilgili bir R değeri b y eşittir. NOT: Tüm veri noktaları minimum R değeri&gt; 0.98 ulaşmak için dahil edilmiştir. M değeri MPa cinsinden gerilime basınç direnci ya da direnç (yani, Young Modülü) gösteren soy üzerindeki gerilme modülü karşılık gelen eğimi vardır. R değeri değil&gt; 0.98 ise, doğrusal viskoelastik davranışını varsayımı geçersiz. </li><li> deformasyona maruz sıvı akışı hesaplanır denge sağlanmaktadır mekanik test ve deney sonunda nihai gerilme seviyesinin son 200 saniye boyunca zamanla stres oranı olan viskoelastik özelliklerini tespit etmek. NOT: süresinin artmasıyla birlikte, stres düzeyi sıvı akışı olarak azalır (dinlenmek) olacak denge 17, 18 ulaşır. Hızlı stres gevşeme tepkisi Indicatörnek 17, 18 içinde yüksek rahatlık muhafaza etmek zordur es. </li></ol> 6. Dinlenme Özellikleri <ol><li> doğrusal dağılım grafiği ile ilgili (x-ekseni) zamana karşı MPa (y-ekseni) arsa stresi. </li><li> gevşeme oranını hesaplamak için doğrusal bir eğri uyum belirleyin. lineer eğri = mx + son 200 s ilgili bir değer ile B değişkeni Y eşittir. m değeri gevşeme oranıdır. </li><li> Minimum R değeri&gt; 0.98 elde etmek için tüm veri noktalarını ekleyin. deri için 1.5 saat ve kıkırdak için 15 dakika final gerilme (MPa) son mutlak gevşeme değerdir. </li></ol>

<ol>
	<li>Chan, B. P., Leong, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolding+in+tissue+engineering:+general+approaches+and+tissue-specific+considerations.">Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations.</a> Eur Spine J. 17, 467-479 (2008).</li><li>Nimeskern, L., van Osch, G. J., M&#252;ller, R., Stok, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+evaluation+of+mechanical+properties+in+tissue-engineered+auricular+cartilage.">Quantitative evaluation of mechanical properties in tissue-engineered auricular cartilage.</a> Tissue Eng Part B Rev. 20, 17-27 (2014).</li><li>Shaida, A. M., Kenyon, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nasal+valves:+changes+in+anatomy+and+physiology+in+normal+subjects.">The nasal valves: changes in anatomy and physiology in normal subjects.</a> Rhinology. 38, 7-12 (2000).</li><li>N&#237; Annaidh, A., Bruy&#232;re, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Ott&#233;nio, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+anisotropic+mechanical+properties+of+excised+human+skin.">Characterization of the anisotropic mechanical properties of excised human skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 5, 139-148 (2012).</li><li>Ottenio, M., Tran, D., N&#237; Annaidh, A., Gilchrist, M. D., Bruy&#232;re, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+rate+and+anisotropy+effects+on+the+tensile+failure+characteristics+of+human+skin.">Strain rate and anisotropy effects on the tensile failure characteristics of human skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 41, 241-250 (2015).</li><li>Silver, F. H., Freeman, J. W., DeVore, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+properties+of+human+skin+and+processed+dermis.">Viscoelastic properties of human skin and processed dermis.</a> Skin Res Technol. 7, 18-23 (2001).</li><li>Karimi, A., Navidbakhsh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+uniaxial+mechanical+properties+of+rat+skin+using+different+stress-strain+definitions.">Measurement of the uniaxial mechanical properties of rat skin using different stress-strain definitions.</a> Skin Res Technol. 21, 149-157 (2015).</li><li>Wilkes, G. L., Brown, I. A., Wildnauer, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanical+properties+of+skin.">The biomechanical properties of skin.</a> CRC Crit Rev Bioeng. 1, 453-495 (1973).</li><li>Hussain, S. H., Limthongkul, B., Humphreys, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanical+properties+of+the+skin.">The biomechanical properties of the skin.</a> Dermatol Surg. 39, 193-203 (2013).</li><li>Smith, C. D., Masouros, S., Hill, A. M., Wallace, A. L., Amis, A. A., Bull, M. 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=Mechanical+testing+of+intra-articular+tissues.+Relating+experiments+to+physiological+function.">Mechanical testing of intra-articular tissues. Relating experiments to physiological function.</a> Current orthopaedics. 22, 341-348 (2008).</li><li>Korhonen, R. K., S, S. a. a. r. a. k. k. a. l. a., Klika, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomechanics and Modeling of Skeletal Soft Tissues, Theoretical Biomechanics. , (2011).</li><li>Lu, X. L., Mow, V. C. <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+articular+cartilage+and+determination+of+material+properties.">Biomechanics of articular cartilage and determination of material properties.</a> Med Sci Sports Exerc. 40, 193-199 (2008).</li><li>Xia, Y., Zheng, S., Szarko, M., Lee, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+Properties+of+Bovine+Nasal+Cartilage.">Anisotropic Properties of Bovine Nasal Cartilage.</a> Micros Res Tech. 75, 300-306 (2012).</li><li>Wood, J. M., Soldin, M., Shaw, T. J., Szarko, 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+biomechanical+and+histological+sequelae+of+common+skin+banking+methods.">The biomechanical and histological sequelae of common skin banking methods.</a> J Biomech. 47, 1215-1219 (2014).</li><li>Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+characterisation+of+the+human+nasal+cartilages;+implications+for+tissue+engineering.">Biomechanical characterisation of the human nasal cartilages; implications for tissue engineering.</a> J Mater Sci Mater Med. 27, 11 (2016).</li><li>Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+chacterisation+of+human+auricular+cartilages;+implications+for+tissue+engineering.">Biomechanical chacterisation of human auricular cartilages; implications for tissue engineering.</a> Annals of biomedical Engineering. , (2016).</li><li>Shrive, N. G., Frank, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Articular+Cartilage.">Articular Cartilage.</a> Biomechanics of the Musculo-Skeletal System. , 86-106 (1999).</li><li>Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. 568, (1993).</li><li>Hultkrantz, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ueber die Spaltrichtungen der Gelenkknorpel. Verhandlungen der Anatomischen Gesellschaft. , (1898).</li><li>Cheng, S., Clarke, E. C., Bilston, L. E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+preconditioning+strain+on+measured+tissue+properties.">The effects of preconditioning strain on measured tissue properties.</a> Biomech. 42, 1360-1362 (2009).</li><li>Mow, V. C., Ratcliffe, A., Mow, V. C., Hayes, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+Function+of+Articular+Cartilage+and+Meniscus.">Structure and Function of Articular Cartilage and Meniscus.</a> Basic Orthopaedic Biomechanics. , 113-178 (1997).</li><li>Tavakol, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Proteoglycan &amp; Collagen degrading activities of neural proteases from fresh and cryopreserved articular cartilage explants and the chondrocytes. An in vitro biochemical study. , (1989).</li><li>Smeathers, J. E., Vincent, J. F. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cartilage+and+Joints.">Cartilage and Joints.</a> Biomechanics: Materials. , 99-131 (1992).</li><li>Smith, C. L., Mansour, 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=Indentation+of+an+Osteochondral+Repair:+Sensitivity+to+Experimental+Variables+and+Boundary+Conditions.">Indentation of an Osteochondral Repair: Sensitivity to Experimental Variables and Boundary Conditions.</a> J Biomech. 33, 1507-1511 (2000).</li><li>Niederauer, G. G., Niederauer, G. M., Cullen, L. C., Athanasiou, K. A., Thomas, J. B., Niederauer, M. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+Cartilage+Stiffness+to+Thickness+and+Level+of+Degeneration+Using+a+Handheld+Indentation+Probe.">Correlation of Cartilage Stiffness to Thickness and Level of Degeneration Using a Handheld Indentation Probe.</a> Ann Biomed Eng. 32, 352-359 (2004).</li><li>Ball, S. T., Amiel, A. D., Willaims, S. K., Tontz, W., Chen, A. C., Sah, R. L., Bugbee, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effects+of+Storage+on+Fresh+Human+Osteochondral+Allografts.">The Effects of Storage on Fresh Human Osteochondral Allografts.</a> Clin Orthop Relat Res. 418, 246-252 (2004).</li><li>Park, S., Hung, C. T., Ateshian, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+response+of+bovine+articular+cartilage+under+dynamic+unconfined+compression+loading+at+physiological+stress+levels.">Mechanical response of bovine articular cartilage under dynamic unconfined compression loading at physiological stress levels.</a> Osteoarthritis Cartilage. 12, 65-73 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to declare.

Çeşitli çekme ve girinti protokolleri insan yumuşak dokuları karakterize etmek yayınlanmıştır. Biz daha tanı ve tahribatsız olmayı hedefleyen başka bir yöntem, sağlamıştır. dönüştürücüler yerinden daha yüklemek için daha duyarlı olarak bu protokolde mekanik test uygulanan numuneler, yük yerine değiştirmesi ile sınırlıdır. Bu nedenle, deney çoğaltım doku ve sentetik malzemeler arasında daha kesin olabilir. Bu tekniği kullanarak, deri dokusu ve kıkırdak doku analiz etmek için bir çentik protokolü değerlendirmek için bir çekme protokolü gösterilmiştir. Her iki protokol uygulanması kolay ve basit ve insan yumuşak dokular ve doku mühendisliği yapılarının karakterizasyonu için değerlendirilebilir. analizi için uygun olan bir gerilme-gevşeme eğrisi elde etmek için yöntem hayati adımlardan bir numune, test sırasında kaymaz sağlamaktır. Yeterli tespit requir olduğunuEd, ancak bu örneklerin herhangi bir strese neden olan ve batıcı bir kesme yüklenmesini engellemek için yüzeye dik sağlamak karşı dengelenmelidir. Doku bileşimi hem de boyut ve şekli örnekler arasında benzer kritiktir. kıkırdak için, tekrarlanabilir diseksiyon protokolü ve örnek boyutları kullanmak hayati önem taşımaktadır. Cilt numuneleri için, bir tekrar edilebilir numune elde etmek için tüm deri altı doku kaldırmak için hayati önem taşımaktadır. Uygun olması halinde, tüm numuneler için, numunenin koşulları, hidrasyon, oda sıcaklığında, ve çözme işlemi de dahil olmak üzere, aynı olmasını sağlamak için de önemlidir. sunulan protokollere bazı sınırlamalar vardır. Çalışmalar deri ve kıkırdak deformasyon özellikleri numune yönelimi 13 bağımlı olduklarını ileri sürmüşlerdir. Cilt kadar geri 19. yüzyılda olduğu gibi, Langer ile gösteren 1861 yılında cildin doğal hatlara sahip olduğu anizotropik olduğu kabul edilmiştirgerilimi, Langer hatları 4 olarak anılacaktır. Cilt örnekleri karakterize Böylece, bir metodoloji önyargı 4 almaktan kaçınması Langer Hatları paralel veya dik tüm örnekleri yönlendirmek önemlidir. Kıkırdak da anizotropik özellikleri gösterir ve Langer hatlarına eşdeğer Hultkrantz hatları içerir, bu nedenle kıkırdak 12, 19 yüklendiği yönde göre farklı deforme olabilir. Nedenle, farklı yönlerde kıkırdak testleri için izin vermek için örnek boyutunu artırmak için önemlidir. doku biyomekanik özellikleri de yaş ve cinsiyet ile değişir gibi çalışmalar klinik ortama geçerliliğini korumak için bir temsilci hasta kohort ile yapılmalıdır. Ayrıca, bazı mekanik protokoller doku doku sonraki mekanik testler 20 için istikrarlı bir devlet olmasını sağlamak için döngüsel yükleme uğrar önkoşullanma, savunuyoruz. p Bununla birlikte, tam bir mekanizmaİşleme belirsizdir ve tutarlı ve tekrarlanabilir yanıt üretmek için gerekli döngü tam sayısı farklı çalışmalarda 20 değişir. Olsun veya olmasın düşünmelisiniz araştırmacı belirli biyomekanik testi 20 performans nedenini değerlendirdikten sonra önkoşullanma dahil etmek. Epidermis, dermiş ve deri altı 4: Deri üç katmana ayrılır, kompleks, çok-tabakalı malzeme olup. Cilt dokusunun mekanik özellikleri en son in vivo değerlendirmelerinin 4 kullanılarak değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, çekme test protokolleri çıkarılan cilt 4 deri biyomekanik anlamak için kullanılabilir. Bu tür testler sınır koşulları 4 tanımlanabilir çünkü, gerilme-şekil değiştirme ilişkileri modellemek için bilgi verebilir. Tipik haliyle, in vitro test rejimleri, in vivo sistem kullanımı ise, başarısızlığa malzemeyi tanımlamak için büyük zorlamalara kullanımıDüşük suşu 4 arasında değişmektedir. Gerilim çıkarılan cilt için biyomekanik değerleri karşılaştırıldığında, Mpa 4 2.9-150 arasında değişen, farklı çalışmalar arasında büyük bir değişkenlik var. konular arasında büyük farklılıklar nedeniyle doğal biyolojik çeşitliliği bekleniyor, ancak protokol rejimlerde farklılıklar da bu doğal biyolojik farklılıklar bileşik olabilir. fazla yükleme oranları daha yüksek bir sertlik ile sonuçlanan, sıvı dışarı akması için daha az zaman neden Örneğin, protokoller arasındaki yükleme oranlarında farklılıklar varyasyonu neden olur. Cilt dokusunun hazırlanması, çıkarılması ve taşıma protokolleri de mekanik özelliklerinde 4 farklılıklara neden olur. Test cilt için gösterilen Bu protokol, araştırmacılar deri dokusu karakterize etmek için alternatif bir yöntem sağlar. Cildin daha büyük bir anlayış için izin bir mekanik test cilt dokusunun elastik ve viskoelastik özelliklerini belirlemek için yeteneği dahil olmak üzere birkaç avantajı sağlarKısa bir miktarda elde edildi. Bundan başka, aynı test doğal deri benzer biyomekanik özellikleri olan yapıları imal etmek için doku mühendisliği değiştirmeler uygulanabilir. Girinti test kıkırdak 21 biyomekanik anlamak için sınırlı sıkıştırma testi ile karşılaştırıldığında cazip bir seçenek sunar. Girinti kıkırdak fizyolojik yapısını korumak yeteneğine sahiptir ve bu nedenle klinik bir ortamda bu taklit değerler sağlar. girinti kullanılarak, hala alttaki kemiğe ise kıkırdak test etmek de mümkündür. Girinti, aynı zamanda in vivo kıkırdak fizyolojik test sağlar. İki kıkırdak yüzeyleri birbirine yaklaştığınızda basınç deformasyon 21, 17 oluştuktan sonra nedeniyle temas alanı altında suya temas &quot;şişkinlik&quot; alanını çevreleyen kenarları yanal olarak yerinden. Kıkırdak girinti, bir in ile yapılmalıdırBenzer şişkin izin vermek için kıkırdak örnek daha küçük bir yarıçap ile Denter. Indenter boyutu da belirsiz bir numunenin 22 parçası imiş gibi kıkırdak tepki sağlamak için en az 8 kat örnek büyüklüğü olmalıdır. Numune çapı yarıçap numune oluşturma bulunan herhangi bir kenar etkilerini ortadan kaldırır daha küçük bir kenar kullanma. Buna ek olarak, girinti örnek çıkarma zarar kıkırdak kusurları test kaynaklanan olası deneysel hataların önüne geçer. Girinti da kıkırdak küçük, ince parçalar izin gibi sınırlı sıkıştırma gibi derin numune hazırlama, içermez, 21 17 test edilecek. Ayrıca, girinti tahribatsız yöntem doğrulama ve onaylama çalışmaları sonrasında bir tanı aracı yapılmıştır gibi klinik ortamda potansiyel bir uygulama olduğu anlamına gelir. Kullanıcı approp için emin olmalıdır girinti ile önemli varsayımlar vardıryaklaşımlarına yön ile sonuçlanır. Girinti yükleme kritik bir sınır şartı 23, 24 (yüzey uzakta indenter gelen deforme olmadığını, yani) indenter ve kıkırdak yüzeyi arasındaki sürekli temas gerektirir. Girinti yükleme ayrıca kıkırdak yüzeyi ve indenter arasındaki temas çentikleyici yüzeyi ile temas halinde olduğunu, yani (tahribatsız ama yüzey boyunca gitmez farz sınır koşulu kapsar; kıkırdak yüzeyi altında başarısız olmamalıdır indenter) 25-26. Araştırmalar, bu sınır koşulu kıkırdak yüzeyinde 25, 26 tatbik edildiği zaman zarar görmüş alanların boyayacaktır Hindistan mürekkebi, kullanılarak kontrol edilebilir olduğunu göstermiştir. Bir başka sınır koşulu batıcı numunesinin yüzeyine dik kıkırdak sıkıştırır varsayar. sıkıştırma dik yönelimi önemli bir sınır koşul olduğunuition kesme bileşenleri neden ve mekanik yükleme değişebilir kaymasına neden olabilir, halkalı yükleme kullanılarak, özellikle bir açıyla sıkıştırarak çünkü. Dikkatli test cihazları kurmak yoluyla Bu durum sağlanabilir. özetlenen protokoller ilgi yumuşak doku için optimize edildikten sonra araştırmacılar ilgi doku dinamik test içine bakmak için, yararlı olacaktır. Örneklerin uygun döngüsel yükleme gibi taklit yürüyüş veya diğer tekrarlayan hareketler 27 gibi normal fizyolojik sınırlar ve davranışlarını taklit etmelidir. Özetle, bu rapor, insan dokuları değerlendirmek için basit mekanik test protokolleri göstermektedir. Bu protokolleri uygulamak daha doğal dokuyu taklit etmek doku mühendisliği yapıları sağlayan dokuların biyomekanik özellikleri hakkında önemli bilgiler verecektir.

çeşitli organ nakilleri başarısız ya da yaralı organların tedavi için hastalar giderek bekliyor. Ancak, uygun donör organların sıkıntısı, rejeneratif tıp son dönem organ yetmezliği olan hastalar için alternatif çözümler oluşturmak hedefliyor. Rejeneratif tıp gibi kıkırdak ve deri gibi yumuşak dokularda da dahil olmak üzere doku ikame olarak hareket etmek mühendislik malzemelerinin bu klinik ihtiyacını karşılamayı hedefliyor. Hasarlı dokuların yeniden başarılı bir malzeme oluşturmak için, yedek malzemesi 1-2 yerine gidiyor yerli dokusunun özelliklerini taklit etmelidir. Ameliyatla takılan kez, malzeme, doku defekti anatomik şekil vermeniz gerekecektir ve bu nedenle, malzemenin mekanik özellikleri 1 hayati önem taşımaktadır. Örneğin, auricular kıkırdağı yerine bir malzeme örten cilt 2 ile sıkıştırma önlemek için uygun mekanik özelliklere sahip olmalıdır. Benzer şekilde, bir malzeme burun araba yerinetilage 3 nefes sırasında çöken önlemek için yeterli mekanik özelliklere sahip olmanız gerekir. Bununla birlikte, implantasyon için malzeme üretim mekanik özellikleri önemine rağmen, çok az kanıt, farklı insan dokularında mekanik özelliklerin belirlenmesi konularına odaklanmıştır. Mekanik testler rejimleri bükme Baskı, çekme kurmak için kullanılabilir veya bir dokunun kesilme özellikleri olabilir. Cilt son derece anizotropik, viskoelastik ve neredeyse sıkıştırılamaz malzeme 4-9 olduğunu. Genel olarak çıkarılan cilt yükü ve uzama 4-9 kaydedilir ise bir deri uygun şekilli şeridin her iki uçta da kavranır ve gerilir tek eksenli çekme yöntemleri kullanılarak test edilir. Tüm yumuşak dokularda ana bileşeni doku arası su olduğu için, kıkırdak mekanik müdahale doku 10-11 arasında sıvı akışına kuwetli şekilde ilişkili olmasından. Böyle kıkırdak h gibi yumuşak dokulargeleneksel sıkıştırma testi kullanılarak test edilmiştir ave. Sıkıştırma test yöntemleri sınırlı, serbest ve girinti olarak en yaygın (Şekil 1), oldukça çeşitlidir. sınırlı sıkıştırma içinde, bir kıkırdak numune konur geçirimsiz, içi sıvı dolu gözenekli bir plaka ile iyi ve yüklendi. De gözeneksiz olduğu kıkırdak dikey yönde 12-13 olmasına rağmen akar. Serbest basınç, kıkırdak 12-13 baskın olarak, radyal olarak sıvı akışını zorlayarak, gözeneksiz bir bölme üzerine gözeneksiz bir plaka kullanılarak yüklenir. Girinti kıkırdak 12-13 biyomekanik özelliklerini değerlendirmek için en sık kullanılan yöntemdir. Bu, test edilen numunenin yüzeyinden daha küçük bir ucu, oluşur, bu numune üzerine aşağı getirilir. Girinti enabli bu girinti yerinde gerçekleştirilebilir Aslında, aşağıdakileri içeren sıkıştırma ile ilgili diğer yöntemler üzerinde birçok avantajı vardırTesti ng (Şekil 1) 12-13 daha fizyolojik olması. Bir dokunun basınç ve çekme özelliklerini anlamak için, Young elastik modül tipik haliyle numune boyutunun 12 bağımsız olarak, basınç veya germe elastik direnci gösteren, stres-gerilme eğrisinin doğrusal bölümü analizi ile hesaplanır. Hem çekme ve basma test rejimleri yük veya deformasyon uygulanan ve her ikisi de bu tür parametrelerin oranına göre değişebilir. Şu anda, son derece zor yorumlamak veya farklı çalışmaların 6-13 sonuçlarını karşılaştırmak için yapar, doku mekaniği değerlendirmek için birçok farklı test protokolleri vardır. Ayrıca, birçok mekanik yöntemler şu anda yıkıma numune test ederek doku mekanik özelliklerini karakterize odaklanmak. Biz insan doğrudan, tahribatsız karşılaştırma sağlayan bir girinti ve çekme protokol göstermektedir hedefliyoruzyumuşak dokular ve doku mühendisliği yapıları. Biz yine de henüz stres mekanik testler sınırlar sıkıştırma ve gerginlik Young elastik modülü elde bir yöntem ortaya koymaktadır. Örnek belirli bir değere ya da çekme ya gerilir, ve seçilen gerilim değeri ulaşıldıktan sonra, numune tüm veriler kaydedilir iken serbest bırakılır. Bu yöntem, sentetik malzeme ile doğrudan tatbik edilebilir, aynı test içinde doku, viskoelastik ve dinlenme özellikleri de yakalar. Biz girinti protokolü kullanılır cilt ve kıkırdak 14-16 dahil olmak üzere insan yumuşak dokuların, değerlendirmek. Kıkırdak girinti testi kullanılarak değerlendirildi ve cilt gerginliğini 14-16 test kullanılarak değerlendirilir. Araştırmacılar bu protokolleri hayata düşünebiliriz insan yumuşak dokularda benzer özelliklere sahip malzemeler mühendisi amaçlayan.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="768">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:143px;">Digitial Vernier Calipers</td>
			<td style="width:95px;">Machine Mart</td>
			<td style="width:104px;">40218046</td>
			<td style="width:427px;">Digitial vernier caliper is used to measure sample thickness.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:143px;">Water Bath&#160;</td>
			<td style="width:95px;">Cole Parmer</td>
			<td style="width:104px;">UY-12504-94</td>
			<td style="width:427px;">StableTemp Digital Water Bath Flask Holder used to defrost tissues samples if they are frozen.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:143px;">Mach-1 Material Testing Machine</td>
			<td>Biomomentum&#160;</td>
			<td style="width:104px;">V500c</td>
			<td style="width:427px;">Mechanical Testing Machine used to test the mechancial properties of the tissues.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:143px;">Scalpel Blade&#160;</td>
			<td style="width:95px;">VWR</td>
			<td style="width:104px;">233-5335</td>
			<td style="width:427px;">Scalpel blades using to cut and dissect the tissues.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:143px;">Forceps&#160;</td>
			<td style="width:95px;">VWR</td>
			<td style="width:104px;">470007-554</td>
			<td style="width:427px;">Forceps used to dissect the tissues.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:143px;">Phosphate Buffered Saline (PBS) pH 7.2</td>
			<td style="width:95px;">Life Technologies&#160;</td>
			<td style="width:104px;">20012019</td>
			<td style="width:427px;">PBS is used to hydate the tissue samples&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biomechanical characterization of human soft tissues using indentation and tensile testing

Rejeneratif tıp değiştirmek veya hasarlı ya da hastalıklı organları geri malzeme mühendisi hedefliyor. onlar yerine hedefliyoruz insan dokuları taklit etmelidir tür malzemelerin mekanik özellikleri; Gerekli anatomik şekli sağlamak için, malzeme kusur yerinde implante zaman yaşayacaksınız mekanik kuvvetleri sürdürmek gerekir. doku mühendisliği iskelelerinin mekanik özellikleri büyük bir öneme sahiptir rağmen işlenmiş malzemelerle restorasyonu maruz çok sayıda insan dokuları tamamen biyomekanik, özelliği edilmemiştir. Çeşitli basınç ve çekme protokolleri malzemelerin değerlendirilmesi için rapor edilmektedir, ancak büyük değişkenlik araştırmaların sonuçları arasında kıyaslama zordur. Dahası, mekanik test, genellikle yıkıcı doğa çalışmaları olduğunu komplike. Doku başarısızlık bir anlayış önemlidir iken, daha Physiol altında elastik ve viskoelastik özellikleri konusunda bilgi sahibi olmak da önemlidirogical yükleme koşulları. Bu rapor, insan yumuşak doku sıkışma ve gerilme özelliklerini değerlendirmek için minimal zarar protokol sağlamaktır. Bu tekniğin örnekleri olarak, deri gerilme testi kıkırdak basınç testi anlatılmıştır. Bu protokoller, doğrudan mekanik özellikleri doğal doku benzer olduğundan emin olmak için, sentetik malzemelere uygulanabilir. Protokoller, uygun doku mühendisliği yerine geçen oluşturmak için bir kriter sağlayacak insan doğal dokusunun mekanik özelliklerini değerlendirmek için.

Şekiller 4 ve 5, girintiler ve çekme testi ile elde edilen veriler örneklerini verir. Şekil 4 insan kıkırdak girinti testi sonrası elde edilen tipik değerleri göstermektedir. Şekil 4A girinti testi sonrası elde edilen tipik bir suşa karşı stres grafiğinin bir örnektir. Hat bir eğri 0.98 (Şekil 4B) en az bir R değeri alana kadar Young Modülü için, tüm değerleri dahildir. m değeri MPa Young Modülünden göstergesidir; Örneğin, bu veriler, kıkırdak 1.76 MPa&#39;lık bir elastisite modülüne sahiptir. Şekil 4C kıkırdağın gevşeme özelliklerini değerlendirmek için zamana karşı stres tipik bir grafiğini göstermektedir. gevşeme oranı son 200 s hesaplanır. Benzer şekilde, gevşeme oranını elde etmek için, MPa bir çizgi eğri uyum m değeri kullanılır. Örneğin, bu veri, bir kıkırdak oranıx 10 -6 8.78 MPa / s (Şekil 4D) gevşeme. gevşeme mutlak son seviye MPa stres son noktasıdır. Örneğin, bu veri setinde, gevşeme mutlak son seviye 0.028 Mpa (Şekil 4D) olacaktır. Şekil 5 çekme testi sonrası cilt dokusunun viskoelastisite nasıl değerlendirileceğini gösterir. Analiz sıkıştırma testi göre gerçekleştirilir. Şekil 5A çekme test protokolü elde edilen tipik bir gerilme-versus-stres arsa gösterir. Çizgi eğri fit 0.98 (Şekil 5B) en az R değeri vardır kadar gerginlik Young Modülü edinmek için, tüm değerleri dahildir. m değeri MPa Young Modülünden göstergesidir; Örneğin, bu veriler, deri 0.62 MPa&#39;lık bir elastisite modülüne sahiptir. Şekil 5C o gevşeme özelliklerini değerlendirmek için zamana karşı bir stres tipik grafiğini göstermektedirf cilt. gevşeme oranı son 200 s hesaplanır. Benzer şekilde, gevşeme oranını elde etmek için, MPa bir çizgi eğri uyum m değeri kullanılır. Örneğin, bu veriler, deri 3.1 x 10 -5 MPa / s (Şekil 5D) ve bir gevşeme oranı vardır. gevşeme mutlak son seviye MPa stres son noktasıdır. Örneğin, bu veri setinde, seviye 0.64 MPa (Şekil 5D) olacaktır. Aynı analiz daha sonra yerel doku olarak biyomekanik özelliklerini eşleştirmek için sıkıştırma ve germe test aşamasında biyo materyalleri analiz etmek için kullanılabilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig1.jpg" /> Şekil 1: Şematik farklı sıkıştırma yöntemleri göstermek için. A. Girinti Testi. Bir yük gözeneksiz kenar işleyici kullanarak kıkırdağın küçük bir alana uygulanır. B. Confined Sıkıştırma. Kıkırdak numunesi geçirimsiz bir sıvı dolu de yerleştirilir. kıkırdak daha sonra gözenekli bir plaka ile yüklenir. de geçirimsiz olduğu için, kıkırdak boyunca akış sadece dikey yöndedir. C. Serbest Basınç. Kıkırdak ağırlıklı radyal olarak sıvı akışını zorlayarak, gözeneksiz bir bölme üzerine gözeneksiz bir plaka kullanılarak yüklenir. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig2.jpg" /> Şekil 2: mekanik test makinesi Set-up. Test makinesi A. İllüstrasyon. B. sıkıştırma testi analizi için kullanılan indenter İllüstrasyon. C. Kıkırdak sıkıştırma girinti testi kullanılarak analiz edilmektedir. D. Cilt dokusu çekme testi altında analiz edilir. Bir sentetik biyomalzeme E. Çekme testi. F. </strong&gt; bir sentetik biyomalzeme Sıkıştırma testi. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig3.jpg" /> Şekil 3: bir doku ya da doku mühendisliği yapısının sıkışma ve gerilme mekanik özellikler hesaplamak için kullanılan formüller. kuvveti hesaplamak için kullanılan formüller (K), stres (Mpa) ve suşu (%). <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig4.jpg" /> Şekil 4: İnsan kıkırdak sıkıştırma analiz örneği. A. Stres-versus-gerginlik analizi. B. çizgili eğri fit denklemin m değeri MPa Young Elastik Modülü olduğunu. C baskı-zaman analizi gevşeme özelliklerini göstermek için. D. çizgili eğri fit denklemin m değeri gevşeme oranını göstermektedir. nihai birbsolute oranı grafikte son noktasıdır. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig5.jpg" /> Şekil 5: İnsan deri gerilme analizi Örnek. A. Stres-versus-gerginlik analizi. B. çizgili eğri fit denklemin m değeri MPa Young Elastik Modülü olduğunu. C baskı-zaman analizi gevşeme özelliklerini göstermek için. Çizgi eğri fit denklemin D. m değeri gevşeme oranı eşittir. Nihai mutlak oran grafiğinde son noktasıdır.

Watch this Scientific Journal Video about Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing at JoVE.com

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Tissue biomechanics is important for maintaining cell shape and function and for determining phenotype. This report demonstrates non-destructive mechanical protocols for characterizing elastic and viscoelastic properties of human soft tissues, which can be directly applied to tissue-engineered substrates to allow a close matching of engineered materials to native tissue.

Girinti ve Çekme Test Kullanarak İnsan Yumuşak Doku biyomekanik Karakterizasyonu

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

biomechanical-characterization-human-soft-tissues-using-indentation

Research

JoVE Journal

Bioengineering

31.3K Görüntüleme.  University College London (UCL). Tissue biomechanics is important for maintaining cell shape and function and for determining phenotype. This report demonstrates non-destructive mechanical protocols for characterizing elastic and viscoelastic properties of human soft tissues, which can be directly applied to tissue-engineered substrates to allow a close matching of engineered materials to native tissue.

Video: Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to study pressure ulcers, for regenerative medicine and as a meat alternative 1. The first reported 3D muscle constructs have been made many years ago and pioneers in the field are Vandenburgh and colleagues 2,3. Advances made in muscle tissue engineering are not only the result from the vast gain in knowledge of biochemical factors, stem cells and progenitor cells, but are in particular based on insights gained by researchers that physical factors play essential roles in the control of cell behavior and tissue development. State-of-the-art engineered muscle constructs currently consist of cell-populated hydrogel constructs. In our lab these generally consist of murine myoblast progenitor cells, isolated from murine hind limb muscles or a murine myoblast cell line C2C12, mixed with a mixture of collagen/Matrigel and plated between two anchoring points, mimicking the muscle ligaments. Other cells may be considered as well, e.g. alternative cell lines such as L6 rat myoblasts 4, neonatal muscle derived progenitor cells 5, cells derived from adult muscle tissues from other species such as human 6 or even induced pluripotent stem cells (iPS cells) 7. Cell contractility causes alignment of the cells along the long axis of the construct 8,9 and differentiation of the muscle progenitor cells after approximately one week of culture. Moreover, the application of electrical stimulation can enhance the process of differentiation to some extent 8. Because of its limited size (8 x 2 x 0.5 mm) the complete tissue can be analyzed using confocal microscopy to monitor e.g. viability, differentiation and cell alignment. Depending on the specific application the requirements for the engineered muscle tissue will vary; e.g. use for regenerative medicine requires the up scaling of tissue size and vascularization, while to serve as a meat alternative translation to other species is necessary.

Engineered muscle tissue has great potential in regenerative medicine, as disease model and also as an alternative source for meat. Here we describe the engineering of a muscle construct, in this case from mouse myoblast progenitor cells, and the stimulation by electrical pulses.

Elektrik Stimülasyonu murin myoblast Progenitör Hücreler ve Uygulama Mühendislik İskelet Kası Dokular

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to ...

Biyomühendislik

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

Için Mekanik-adaptif Polimer Nanokompozitler bir çevre kontrollü Mikrogerilim Test<em&gt; Ex vivo</em&gt; Karakterizasyonu

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced birth defects and many later studies afterwards proved the opposite. Today several harmful xenobiotics like nicotine, heroin, methadone or drugs as well as environmental pollutants were described to overcome this barrier. With the growing use of nanotechnology, the placenta is likely to come into contact with novel nanoparticles either accidentally through exposure or intentionally in the case of potential nanomedical applications. Data from animal experiments cannot be extrapolated to humans because the placenta is the most species-specific mammalian organ 1. Therefore, the ex vivo dual recirculating human placental perfusion, developed by Panigel et al. in 1967 2 and continuously modified by Schneider et al. in 1972 3, can serve as an excellent model to study the transfer of xenobiotics or particles.
Here, we focus on the ex vivo dual recirculating human placental perfusion protocol and its further development to acquire reproducible results.
The placentae were obtained after informed consent of the mothers from uncomplicated term pregnancies undergoing caesarean delivery. The fetal and maternal vessels of an intact cotyledon were cannulated and perfused at least for five hours. As a model particle fluorescently labelled polystyrene particles with sizes of 80 and 500 nm in diameter were added to the maternal circuit. The 80 nm particles were able to cross the placental barrier and provide a perfect example for a substance which is transferred across the placenta to the fetus while the 500 nm particles were retained in the placental tissue or maternal circuit. The ex vivo human placental perfusion model is one of few models providing reliable information about the transport behavior of xenobiotics at an important tissue barrier which delivers predictive and clinical relevant data.

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

The ex vivo dual recirculating human placental perfusion model can be used to investigate the transfer of xenobiotics and nanoparticles across the human placenta. In this video protocol we describe the equipment and techniques required for a successful execution of a placenta perfusion.

Plasenta karşısında Ksenobiyotik ve Nanomalzemelerin Ulaştırma Hızı belirlenmesi kullanarak<em&gt; Ex vivo</em&gt; İnsan Plasental Perfüzyon Modeli

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced ...

Isolation of Primary Human Colon Tumor Cells from Surgical Tissues and Culturing Them Directly on Soft Elastic Substrates for Traction Cytometry

Cancer cells respond to matrix mechanical stiffness in a complex manner using a coordinated, hierarchical mechano-chemical system composed of adhesion receptors and associated signal transduction membrane proteins, the cytoskeletal architecture, and molecular motors1, 2. Mechanosensitivity of different cancer cells in vitro are investigated primarily with immortalized cell lines or murine derived primary cells, not with primary human cancer cells. Hence, little is known about the mechanosensitivity of primary human colon cancer cells in vitro. Here, an optimized protocol is developed that describes the isolation of primary human colon cells from healthy and cancerous surgical human tissue samples. Isolated colon cells are then successfully cultured on soft (2 kPa stiffness) and stiff (10 kPa stiffness) polyacrylamide hydrogels and rigid polystyrene (~3.6 GPa stiffness) substrates functionalized by an extracellular matrix (fibronectin in this case). Fluorescent microbeads are embedded in soft gels near the cell culture surface, and traction assay is performed to assess cellular contractile stresses using free open access software. In addition, immunofluorescence microscopy on different stiffness substrates provides useful information about primary cell morphology, cytoskeleton organization and vinculin containing focal adhesions as a function of substrate rigidity.

A protocol is described to extract primary human cells from surgical colon tumor and normal tissues. The isolated cells are then cultured on soft elastic substrates (polyacrylamide hydrogels) functionalized by an extracellular matrix protein, and embedded with fluorescent microbeads. Traction cytometry is performed to assess cellular contractile stresses.

Cerrahi Dokular İlköğretim İnsan Kolon Tümör Hücreleri İzolasyon ve Çekiş Sitometrinin Yumuşak Elastik Yüzeyler Doğrudan onları Kültürleme

Cancer cells respond to matrix mechanical stiffness in a complex manner using a coordinated, hierarchical mechano-chemical system composed of adhesion ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

Nano-formülasyonları endotoksin tespiti Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) deneyleri kullanarak

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Methods for In Vivo Biomechanical Testing on Brachial Plexus in Neonatal Piglets

Neonatal brachial plexus palsy (NBPP) is a stretch injury that occurs during the birthing process in nerve complexes located in the neck and shoulder regions, collectively referred to as the brachial plexus (BP). Despite recent advances in obstetrical care, the problem of NBPP continues to be a global health burden with an incidence of 1.5 cases per 1,000 live births. More severe types of this injury can cause permanent paralysis of the arm from the shoulder down. Prevention and treatment of NBPP warrants an understanding of the biomechanical and physiological responses of newborn BP nerves when subjected to stretch. Current knowledge of the newborn BP is extrapolated from adult animal or cadaveric BP tissue instead of in vivo neonatal BP tissue. This study describes an in vivo mechanical testing device and procedure to conduct in vivo biomechanical testing in neonatal piglets. The device consists of a clamp, actuator, load cell, and camera system that apply and monitor in vivo strains and loads until failure. The camera system also allows monitoring of the failure location during rupture. Overall, the presented method allows for a detailed biomechanical characterization of neonatal BP when subjected to stretch.

Methods for In Vivo Biomechanical Testing on Brachial Plexus in Neonatal Piglets

Presented here are methods to perform in vivo biomechanical testing on brachial plexus in a neonatal piglet model.

Yenidoğan Domuzcuklarda Brakiyal Pleksus Üzerinde In Vivo Biyomekanik Test Yöntemleri

Neonatal brachial plexus palsy (NBPP) is a stretch injury that occurs during the birthing process in nerve complexes located in the neck and shoulder ...

Biomechanical Testing of Murine Tendons

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, and surgical repair, often fail. In order to define tendon function and demonstrate efficacy of new treatments, the mechanical properties of tendons from animal models must be accurately determined. Murine animal models are now widely used to study tendon disorders and evaluate novel treatments for tendinopathies; however, determining the mechanical properties of mouse tendons has been challenging. In this study, a new system was developed for tendon mechanical testing that includes 3D-printed fixtures that exactly match the anatomies of the humerus and calcaneus to mechanically test supraspinatus tendons and Achilles tendons, respectively. These fixtures were developed using 3D reconstructions of native bone anatomy, solid modeling, and additive manufacturing. The new approach eliminated artifactual gripping failures (e.g., failure at the growth plate failure rather than in the tendon), decreased overall testing time, and increased reproducibility. Furthermore, this new method is readily adaptable for testing other murine tendons and tendons from other animals.

The protocol describes efficient and reproducible tensile biomechanical testing methods for murine tendons through the use of custom-fit 3D printed fixtures.

Murine Tendonunun Biyomekanik Testi

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, ...

Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, biomimetic surfaces mimicking the microstructure of leaf surface, were used to study the effects of leaf microstructure on leaf-environment interactions. However, no such tool exists for roots. We developed a tool allowing the synthetic mimicry of the root surface microstructure into an artificial surface. We relied on the soft lithography method, known for leaf surface microstructure replication, using a two-step process. The first step is the more challenging one as it involves the biological tissue. Here, we used a different polymer and curing strategy, relying on the strong, rigid, polyurethane, cured by UV for the root molding. This allowed us to achieve a reliable negative image of the root surface microstructure including the delicate, challenging features such as root hairs. We then used this negative image as a template to achieve the root surface microstructure replication using both the well-established polydimethyl siloxane (PDMS) as well as a cellulose derivative, ethyl cellulose, which represents a closer mimic of the root and which can also be degraded by cellulase enzymes secreted by microorganisms. This newly formed platform can be used to study the microstructural effects of the surface in root-microorganism interactions in a similar manner to what has previously been shown in leaves. Additionally, the system enables us to track the microorganism&#8217;s locations, relative to surface features, and in the future its activity, in the form of cellulase secretion.

Biomimetics has been previously used as a tool to study leaf-microorganism interactions. However, no such tool exists for roots. Here, we develop a protocol to form synthetic surfaces mimicking root surface microstructure for the study of root-environment interactions.

Yumuşak Litografi Değişimi Ile Kök Yüzey Mikroyapısının Biyomimetik Replikasyonu

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, ...

Viscoelastic Characterization of Soft Tissue-Mimicking Gelatin Phantoms using Indentation and Magnetic Resonance Elastography

Characterization of biomechanical properties of soft biological tissues is important to understand the tissue mechanics and explore the biomechanics-related mechanisms of disease, injury, and development. The mechanical testing method is the most straightforward way for tissue characterization and is considered as verification for in vivo measurement. Among the many ex vivo mechanical testing techniques, the indentation test provides a reliable way, especially for samples that are small, hard to fix, and viscoelastic such as brain tissue. Magnetic resonance elastography (MRE) is a clinically used method to measure the biomechanical properties of soft tissues. Based on shear wave propagation in soft tissues recorded using MRE, viscoelastic properties of soft tissues can be estimated in vivo based on wave equation. Here, the viscoelastic properties of gelatin phantoms with two different concentrations were measured by MRE and indentation. The protocols of phantom fabrication, testing, and modulus estimation have been presented.

This article presents a demonstration and summary of protocols of making gelatin phantoms that mimic soft tissues, and the corresponding viscoelastic characterization using indentation and magnetic resonance elastography.

Girinti ve Manyetik Rezonans Elastografisi Kullanılarak Yumuşak Dokuyu Taklit Eden Jelatin Fantomların Viskoelastik Karakterizasyonu

Characterization of biomechanical properties of soft biological tissues is important to understand the tissue mechanics and explore the ...

Addressing Practical Issues in Atomic Force Microscopy-Based Micro-Indentation on Human Articular Cartilage Explants

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the biological field. However, as with any other microscopic approach, methodological challenges can arise. In particular, the characteristics of the sample, sample preparation, type of instrument, and indentation probe can lead to unwanted artifacts. In this protocol, we exemplify these emerging issues on healthy as well as osteoarthritic articular cartilage explants. To this end, we first show via a step-by-step approach how to generate, grade, and visually classify ex vivo articular cartilage discs according to different stages of degeneration by means of large 2D mosaic fluorescence imaging of the whole tissue explants. The major strength of the ex vivo model is that it comprises aged, native, human cartilage that allows the investigation of osteoarthritis-related changes from early onset to progression. In addition, common pitfalls in tissue preparation, as well as the actual AFM procedure together with the subsequent data analysis, are also presented. We show how basic but crucial steps such as sample preparation and processing, topographic sample characteristics caused by advanced degeneration, and sample-tip interaction can impact data acquisition. We also subject to scrutiny the most common problems in AFM and describe, where possible, how to overcome them. Knowledge of these limitations is of the utmost importance for correct data acquisition, interpretation, and, ultimately, the embedding of findings into a broad scientific context.

We present a step-by-step approach to identify and address the most common problems associated with atomic force microscopy micro-indentations. We exemplify the emerging problems on native human articular cartilage explants characterized by various degrees of osteoarthritis-driven degeneration.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the ...