Name: an experimental and finite element protocol to investigate the transport of neutral and charged solutes across articular cartilage
Uploaded: 2017-04-23T13:00:00
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저자는 골 연골 플러그의 과정을 포장에있는 그들의 도움을 UMC 위트레흐트에서 개발 역학 그룹에서 씨 제론 반 덴 베르그 씨 Matthijs Wassink 그들의 감사의 말씀을드립니다. 이 작품은 네덜란드 관절염 재단에서 부여에 의해 지원되었다.

참고 : 여기에 제시된 프로토콜은 최근의 연구 논문 6, 8, 9의 실험과 계산 과정에서 채택된다. 이 프로토콜은도 1에 도시되어있다. 사체 자료는 위트레흐트 대학의 수의학 교수의 허가를 수집 하였다. 1. 시료와 욕제 <ol><li> 차가운 인산 완충 식염수 (PBS)를 분사...

<ol>
	<li>Arkill, K. P., Winlove, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solute+transport+in+the+deep+and+calcified+zones+of+articular+cartilage.">Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage.</a> Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).</li><li>Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solute+transport+across+the+articular+surface+of+injured+cartilage.">Solute transport across the articular surface of injured cartilage.</a> Arch Biochem Biophys. 535 (2), 241-247 (2013).</li><li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-specific+effects+of+compression+on+macromolecular+diffusion+in+articular+cartilage.">Site-specific effects of compression on macromolecular diffusion in articular cartilage.</a> Biophys J. 95 (10), 4890-4895 (2008).</li><li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-Specific+Molecular+Diffusion+in+Articular+Cartilage+Measured+using+Fluorescence+Recovery+after+Photobleaching.">Site-Specific Molecular Diffusion in Articular Cartilage Measured using Fluorescence Recovery after Photobleaching.</a> Annals of Biomedical Engineering. 31 (7), 753-760 (2003).</li><li>Gu, W. Y., Yao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+hydration+and+fixed+charge+density+on+fluid+transport+in+charged+hydrated+soft+tissues.">Effects of hydration and fixed charge density on fluid transport in charged hydrated soft tissues.</a> Ann Biomed Eng. 31 (10), 1162-1170 (2003).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Zadpoor, A. A., Weinans, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+effects+of+external+bath+osmolality,+solute+concentration,+and+electrical+charge+on+solute+transport+across+articular+cartilage.">Isolated effects of external bath osmolality, solute concentration, and electrical charge on solute transport across articular cartilage.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (12), 1399-1407 (2016).</li><li>Kulmala, K. A. M., 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=Diffusion+coefficients+of+articular+cartilage+for+different+CT+and+MRI+contrast+agents.">Diffusion coefficients of articular cartilage for different CT and MRI contrast agents.</a> Medical Engineering &amp; Physics. 32 (8), 878-882 (2010).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+of+Neutral+Solute+Across+Articular+Cartilage:+The+Role+of+Zonal+Diffusivities.">Transport of Neutral Solute Across Articular Cartilage: The Role of Zonal Diffusivities.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), 071001-071001 (2015).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphasic+modeling+of+charged+solute+transport+across+articular+cartilage:+Application+of+multi-zone+finite-bath+model.">Multiphasic modeling of charged solute transport across articular cartilage: Application of multi-zone finite-bath model.</a> J Biomech. 49 (9), 1510-1517 (2016).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+artificial+neural+networks+for+robust+estimation+of+the+diffusion+coefficients+across+cartilage.">Combined artificial neural networks for robust estimation of the diffusion coefficients across cartilage.</a> , (2016).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+inverse-forward+artificial+neural+networks+for+fast+and+accurate+estimation+of+the+diffusion+coefficients+of+cartilage+based+on+multi-physics+models.">Combined inverse-forward artificial neural networks for fast and accurate estimation of the diffusion coefficients of cartilage based on multi-physics models.</a> Journal of Biomechanics. , (2016).</li><li>Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. 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+Basic+Science+of+Articular+Cartilage:+Structure,+Composition,+and+Function.">The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function.</a> Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).</li><li>Ateshian, G., Weiss, J., Holzapfel, G. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+of+neutral+solute+across+articular+cartilage+and+subchondral+plate.">Transport of neutral solute across articular cartilage and subchondral plate.</a> , (2016).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+multiphysics+models+to+efficient+design+of+experiments+of+solute+transport+across+articular+cartilage.">Application of multiphysics models to efficient design of experiments of solute transport across articular cartilage.</a> Comput Biol Med. 78, 91-96 (2016).</li><li>Hosseini, S. M., Wu, Y., Ito, K., Donkelaar, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+importance+of+superficial+collagen+fibrils+for+the+function+of+articular+cartilage.">The importance of superficial collagen fibrils for the function of articular cartilage.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 13 (1), 41-51 (2013).</li><li>Alexopoulos, L. G., Williams, G. M., Upton, M. L., Setton, L. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritic+changes+in+the+biphasic+mechanical+properties+of+the+chondrocyte+pericellular+matrix+in+articular+cartilage.">Osteoarthritic changes in the biphasic mechanical properties of the chondrocyte pericellular matrix in articular cartilage.</a> Journal of Biomechanics. 38 (3), 509-517 (2005).</li><li>Felson, D. T., 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=Osteoarthritis:+new+insights.+Part+1:+the+disease+and+its+risk+factors.">Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors.</a> Ann Intern Med. 133 (8), 635-646 (2000).</li><li>Kokkonen, H. T., Jurvelin, J. S., Tiitu, V., Toyras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+mechanical+injury+of+articular+cartilage+using+contrast+enhanced+computed+tomography.">Detection of mechanical injury of articular cartilage using contrast enhanced computed tomography.</a> Osteoarthritis Cartilage. 19 (3), 295-301 (2011).</li><li>Raya, J. G., 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=Diffusion-tensor+imaging+of+human+articular+cartilage+specimens+with+early+signs+of+cartilage+damage.">Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage.</a> Radiology. 266 (3), 831-841 (2013).</li><li>Tavakoli Nia, H., 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=Aggrecan+Nanoscale+Solid-Fluid+Interactions+Are+a+Primary+Determinant+of+Cartilage+Dynamic+Mechanical+Properties.">Aggrecan Nanoscale Solid-Fluid Interactions Are a Primary Determinant of Cartilage Dynamic Mechanical Properties.</a> ACS Nano. 9 (3), 2614-2625 (2015).</li><li>Arbabi, V., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+cartilage+properties+using+indentation+tests,+finite+element+models,+and+artificial+neural+networks.">Estimation of cartilage properties using indentation tests, finite element models, and artificial neural networks.</a> , (2014).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+mechanical+and+physical+properties+of+cartilage+by+coupling+poroelastic-based+finite+element+models+of+indentation+with+artificial+neural+networks.">Determination of the mechanical and physical properties of cartilage by coupling poroelastic-based finite element models of indentation with artificial neural networks.</a> Journal of Biomechanics. 49 (5), 631-637 (2016).</li><li>Kokkonen, H. T., 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=Computed+tomography+detects+changes+in+contrast+agent+diffusion+after+collagen+cross-linking+typical+to+natural+aging+of+articular+cartilage.">Computed tomography detects changes in contrast agent diffusion after collagen cross-linking typical to natural aging of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19 (10), 1190-1198 (2011).</li><li>Decker, S. G., Moeini, M., Chin, H. C., Rosenzweig, D. H., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+and+Distribution+of+Fluorescent+Solutes+near+the+Articular+Surface+of+Mechanically+Injured+Cartilage.">Adsorption and Distribution of Fluorescent Solutes near the Articular Surface of Mechanically Injured Cartilage.</a> Biophysical Journal. 105 (10), 2427-2436 (2013).</li><li>Silvast, T. S., Jurvelin, S. J., Tiitu, V., Quinn, T. M., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bath+Concentration+of+Anionic+Contrast+Agents+Does+Not+Affect+Their+Diffusion+and+Distribution+in+Articular+cartilage+In+Vitro.">Bath Concentration of Anionic Contrast Agents Does Not Affect Their Diffusion and Distribution in Articular cartilage In Vitro.</a> Cartilage. 4 (1), 42-51 (2013).</li><li>Silvast, T. S., Jurvelin, J. S., Lammi, M. J., T&#246;yr&#228;s, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pQCT+study+on+diffusion+and+equilibrium+distribution+of+iodinated+anionic+contrast+agent+in+human+articular+cartilage+-+associations+to+matrix+composition+and+integrity.">pQCT study on diffusion and equilibrium distribution of iodinated anionic contrast agent in human articular cartilage - associations to matrix composition and integrity.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 17 (1), 26-32 (2009).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Villamar, J., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast+agent's+transport+across+healthy+articular+cartilage+under+various+bath+conditions.">Contrast agent's transport across healthy articular cartilage under various bath conditions.</a> , (2015).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+a+biphasic-solute+model+in+predicting+diffusive+properties+of+osteochondral+interface.">Application of a biphasic-solute model in predicting diffusive properties of osteochondral interface.</a> , (2016).</li></ol>

우리는 관절 연골에서 중립 및 충전 용질의 확산을 연구하기 위해 유한 요소 모델링 절차와 결합 된 실험 프로토콜을 제시 하였다. 우리의 최근 연구에 따르면, 제안 된 모델은 정확하게 관절 연골 8, 9의 서로 다른 영역에서 중립 (이상성 - 용질) 모두의 전송 및 음전하 (다상) 용질을 설명 할 수있다. 널리 관절 연골이 기능적으로 같은 OA 진행 <sup class="xr...

<html> 분자 수송 관절 형 조인트의 항상성에 중요한 역할을하는 관절 치료제의 전달 연골 및 연골 조영 증강 영상 1, 2, 3. 이러한 연골 통합 intactness, 용질의 전하 및 크기뿐만 아니라 삼투압 및 전송 레이트 4, 5, 6에 영향을 미칠 수있는 연골 접촉 욕의 농도 요소. 각 영역은 다른 농도의 주요 세포 외 매트릭스 분자의 배향으로 구성되어 있기 때문에 중성 또는 충전 중 용질의 수송은, 관절 연골 영역과 상이 할 수있다, 즉, 프로테오글리칸 (PG를) 콜라겐 타입 II (1), 7, 8, 9,아가씨 = &quot;외부 참조&quot;&gt; 10, 11. 더 중요한 것은, 충전 용질의 수송은 관절 연골 (8, 9)에 걸쳐 증가 외 매트릭스 내에 고정 된 네거티브 전하를 포함 프로테오글리칸의 농도에 크게 의존 할 수있다. 골관절염 (OA)가되어 연골 걸쳐 확산 연구의 중요성을 나타내는, 진행됨에 따라 이러한 매개 변수, 특히 고정 된 전하 밀도 (FCD)는 콜라겐 원 섬유 연골 전체 수분 함량의 변화의 방향은 변화를 거칠 수있다. 현재의 연구에서, 프로토콜은 6, 8, 9, 정확하게 확산의 유한 목욕 모델에서 중립 및 충전 용질을 사용하여 다양한 경계 조건에서 확산을 조사하기 위해 제안 이전에 설정된 실험 및 전산 연구를 기반으로. 티그 방법은 연골 및 고급 이상성-용질 다상 유한 요소 모델에 의해지지되는 유한 욕조를 포함하는 시스템의 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 영상 (마이크로 CT)으로 구성되어 제안. 이러한 모델은 관절 연골의 다양한 영역에 걸쳐 중성 및 하전 분자뿐만 아니라 FCDs의 확산 계수를 취득 할 수 있습니다. 이 모델을 사용하여, 하나는 연골 및 오버레이 유한 화장실 사이의 상호 작용을 조사하는 데 사용할 수 있습니다 확산 중립 및 충전 분자의 행동의 더 나은 이해를 얻을 수 있습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="688">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hexabrix</td>
			<td style="width:149px;">Guerbet</td>
			<td style="width:123px;">15HX005D</td>
			<td style="width:201px;">Negatively charged contrast agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Visipaque</td>
			<td style="width:149px;">GE healthcare</td>
			<td align="right" style="width:123px;">12570511</td>
			<td>Nuetral contrast agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PBS</td>
			<td style="width:149px;">Life technologies</td>
			<td align="right" style="width:123px;">10010023</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">micro-CT</td>
			<td style="width:149px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Monitoring diffusion</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Freezing-point osmometer</td>
			<td style="width:149px;">Advanced instruments</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Measuring solution osmolality</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental and finite element protocol to investigate the transport of neutral and charged solutes across articular cartilage

<html> 골관절염 (OA)은 관절 연골과 연골 하골의 변성과 연관된 쇠약하게하는 질병이다. 그것은 상당한 화학적 열화, 즉 손실 프로테오글리칸 및 콜라겐 브릴 중단을 경험으로 관절 연골의 변성이 실질적으로 그 하중 기능을 손상시킨다. OA에서 화학적 손상 메커니즘을 조사하는 한 유망한 방법은 외부 용질에 연골 표본을 노출하고, 분자의 확산을 모니터하는 것입니다. 건강한 연골에 비해 상이한 확산 특성을 생성 관절 연골을 가로 질러 이동하는 동안 연골 손상 (즉, 농도 및 고분자 필수 구성)의 정도는 외부 용질 충돌하는 에너지 손실과 관련된다. 이 연구에서 우리는 몇 가지 단계로 구성되어 있으며 이전에 개발 된 실험 마이크로-C를 기반으로하는 프로토콜을 소개14px; &quot;&gt; omputed T omography (마이크로 CT) 및 유한 요소 모델링 제 이상성-용질 확산 계수를 얻기 다상 유한 요소 모델에 적용함으로써 뒤에 마이크로 CT를 사용하여 기록되어 충전 및 비 대전 요오드 분자의 수송. 연골 영역에 걸쳐 전하 밀도를 고정.

여기에 제공된 대표적인 결과는 이전의 연구 논문 6, 8, 9, 16에서 채택된다. OA에서 관절 연골은 큰 변화 가장 중요한 GAG 손실 및 콜라겐 원 섬유 손상 17, 18, 19을</su...

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An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

우리는 최근에 개발 된 실험 및 수치 방법의 도움으로 관절 연골에서 충전 및 충전되지 않은 분자의 이동을 조사하기위한 프로토콜을 제안한다.

실험적 및 유한 요소 의정서는 관절 연골에서 중립 및 충전 용질의 운송을 조사하기 위해

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

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