Name: biomechanical testing of murine tendons
Uploaded: 2019-10-15T14:30:00
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L'étude a été soutenue par le NIH / NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Les études sur les animaux ont été approuvées par le Columbia University Institutional Animal Care and Use Committee. Les souris utilisées dans cette étude étaient d'un fond C57BL/6J et ont été achetées du laboratoire de Jackson (Bar Harbor, ME, Etats-Unis). Ils étaient logés dans des conditions de barrière exemptes d'agents pathogènes et on leur a fourni de la nourriture et de l'eau ad libitum.
1. Développement d'appareils imprimés 3D sur mesure pour la préhension osseuse
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	<li>Girish, N., Ramachandra, K., Arun, G. M., Asha, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevalence+of+Musculoskeletal+Disorders+Among+Cashew+Factory+Workers.">Prevalence of Musculoskeletal Disorders Among Cashew Factory Workers.</a> Archives of Environmental &amp; Occupational Health. 67, 37-42 (2012).</li><li>Thomopoulos, S., Parks, W. C., Rifkin, D. B., Derwin, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+tendon+injury+and+repair.">Mechanisms of tendon injury and repair.</a> Journal of Orthopaedic Research. 33, 832-839 (2016).</li><li>Scott, A., Ashe, M. 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D., Yamaguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+outcome+and+repair+integrity+of+completely+arthroscopically+repaired+large+and+massive+rotator+cuff+tears.">The outcome and repair integrity of completely arthroscopically repaired large and massive rotator cuff tears.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 86, 219-224 (2004).</li><li>Sher, J. S., Uribe, J. W., Posada, A., Murphy, B. J., Zlatkin, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+findings+on+magnetic+resonance+images+of+asymptomatic+shoulders.">Abnormal findings on magnetic resonance images of asymptomatic shoulders.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 77, 10-15 (1995).</li><li>Ker, R. F., Wang, X. T., Pike, A. 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L. <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+in+vivo+Achilles+tendon+forces+in+rabbits+during+treadmill+locomotion+at+varying+speeds+and+inclinations.">Characterization of in vivo Achilles tendon forces in rabbits during treadmill locomotion at varying speeds and inclinations.</a> Journal of Biomechanics. 37, 1647-1653 (2004).</li><li>Cavinatto, 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=Early+versus+late+repair+of+rotator+cuff+tears+in+rats.">Early versus late repair of rotator cuff tears in rats.</a> Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 27, 606-613 (2018).</li><li>Potter, R., Havlioglu, N., Thomopoulos, 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+developing+shoulder+has+a+limited+capacity+to+recover+after+a+short+duration+of+neonatal+paralysis.">The developing shoulder has a limited capacity to recover after a short duration of neonatal paralysis.</a> Journal of Biomechanics. 47, 2314-2320 (2014).</li><li>Connizzo, B. 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S., Connizzo, B. K., Soslowsky, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collagen+fiber+re-alignment+in+a+neonatal+developmental+mouse+supraspinatus+tendon+model.">Collagen fiber re-alignment in a neonatal developmental mouse supraspinatus tendon model.</a> Annals of Biomedical Engineering. 40, 1102-1110 (2012).</li><li>Cong, G. 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=Evaluating+the+role+of+subacromial+impingement+in+rotator+cuff+tendinopathy:+Development+and+analysis+of+a+novel+murine+model.">Evaluating the role of subacromial impingement in rotator cuff tendinopathy: Development and analysis of a novel murine model.</a> Journal of Orthopaedic Research. 36, 2780-2788 (2018).</li><li>Thomopoulos, S., Birman, V., Genin, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Interfaces+and+Attachments+in+Biology.">Structural Interfaces and Attachments in Biology.</a> Infection and Immunity. 35, (2013).</li><li>Boivin, G. P., 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=Biomechanical+properties+and+histology+of+db/db+diabetic+mouse+Achilles+tendon.">Biomechanical properties and histology of db/db diabetic mouse Achilles tendon.</a> Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 4, 280-284 (2014).</li><li>Ansorge, H. L., Adams, S., Birk, D. E., Soslowsky, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical,+Compositional,+and+Structural+Properties+of+the+Post-natal+Mouse+Achilles+Tendon.">Mechanical, Compositional, and Structural Properties of the Post-natal Mouse Achilles Tendon.</a> Annals of Biomedical Engineering. 39, 1904-1913 (2011).</li><li>Shu, C. C., Smith, M. M., Appleyard, R. C., Little, C. B., Melrose, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Achilles+and+tail+tendons+of+perlecan+exon+3+null+heparan+sulphate+deficient+mice+display+surprising+improvement+in+tendon+tensile+properties+and+altered+collagen+fibril+organisation+compared+to+C57BL/6+wild+type+mice.">Achilles and tail tendons of perlecan exon 3 null heparan sulphate deficient mice display surprising improvement in tendon tensile properties and altered collagen fibril organisation compared to C57BL/6 wild type mice.</a> PeerJ. 6, 5120 (2018).</li><li>Probst, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+clamping+technique+for+biomechanical+testing+of+tendons+in+small+animals.">A new clamping technique for biomechanical testing of tendons in small animals.</a> Journal of Investigative Surgery. 13, 313-318 (2000).</li><li>Talan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Body+temperature+of+C57BL/6J+mice+with+age.">Body temperature of C57BL/6J mice with age.</a> Experimental Gerontology. 19, 25-29 (1984).</li><li>Newton, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+testing+angle+on+the+biomechanical+properties+of+the+rat+supraspinatus+tendon.">The influence of testing angle on the biomechanical properties of the rat supraspinatus tendon.</a> Journal of Biomechanics. 49, 4159-4163 (2016).</li><li>Schwartz, A. G., Lipner, J. H., Pasteris, J. D., Genin, G. M., Thomopoulos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+loading+is+necessary+for+the+formation+of+a+functional+tendon+enthesis.">Muscle loading is necessary for the formation of a functional tendon enthesis.</a> Bone. 55, 44-51 (2014).</li><li>Gimbel, J. A., Van Kleunen, J. P., Williams, G. R., Thomopoulos, S., Soslowsky, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+durations+of+immobilization+in+the+rat+result+in+enhanced+mechanical+properties+of+the+healing+supraspinatus+tendon.">Long durations of immobilization in the rat result in enhanced mechanical properties of the healing supraspinatus tendon.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 129, 400-404 (2006).</li><li>Freedman, B. R., Sarver, J. J., Buckley, M. R., Voleti, P. B., Soslowsky, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+and+structural+response+of+healing+Achilles+tendon+to+fatigue+loading+following+acute+injury.">Biomechanical and structural response of healing Achilles tendon to fatigue loading following acute injury.</a> Journal of Biomechanics. 47, 2028-2034 (2014).</li><li>Deymier, A. C., 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=The+multiscale+structural+and+mechanical+effects+of+mouse+supraspinatus+muscle+unloading+on+the+mature+enthesis.">The multiscale structural and mechanical effects of mouse supraspinatus muscle unloading on the mature enthesis.</a> Acta Biomaterialia. 83, 302-313 (2019).</li><li>Killian, M. L., Thomopoulos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scleraxis+is+required+for+the+development+of+a+functional+tendon+enthesis.">Scleraxis is required for the development of a functional tendon enthesis.</a> FASEB Journal. 30, 301-311 (2016).</li><li>Schwartz, A. G., Long, F., Thomopoulos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enthesis+fibrocartilage+cells+originate+from+a+population+of+Hedgehog-responsive+cells+modulated+by+the+loading+environment.">Enthesis fibrocartilage cells originate from a population of Hedgehog-responsive cells modulated by the loading environment.</a> Development. 142, 196-206 (2015).</li><li>Bell, R., Taub, P., Cagle, P., Flatow, E. L., Andarawis-Puri, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+mouse+model+of+supraspinatus+tendon+insertion+site+healing.">Development of a mouse model of supraspinatus tendon insertion site healing.</a> Journal of Orthopaedic Research. 33, 25-32 (2014).</li><li>Connizzo, B. K., Bhatt, P. R., Liechty, K. W., Soslowsky, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diabetes+Alters+Mechanical+Properties+and+Collagen+Fiber+Re-Alignment+in+Multiple+Mouse+Tendons.">Diabetes Alters Mechanical Properties and Collagen Fiber Re-Alignment in Multiple Mouse Tendons.</a> Annals of Biomedical Engineering. 42, 1880-1888 (2014).</li><li>Eekhoff, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+Distinct+Tendons+From+Elastin+Haploinsufficient+Mice+Exhibit+Mild+Stiffening+and+Tendon-Specific+Structural+Alteration.">Functionally Distinct Tendons From Elastin Haploinsufficient Mice Exhibit Mild Stiffening and Tendon-Specific Structural Alteration.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 139, 111003 (2017).</li><li>Mikic, B., Bierwert, L., Tsou, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Achilles+tendon+characterization+in+GDF-7+deficient+mice.">Achilles tendon characterization in GDF-7 deficient mice.</a> Journal of Orthopaedic Research. 24, 831-841 (2006).</li><li>Sikes, K. J., 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=Knockout+of+hyaluronan+synthase+1,+but+not+3,+impairs+formation+of+the+retrocalcaneal+bursa.">Knockout of hyaluronan synthase 1, but not 3, impairs formation of the retrocalcaneal bursa.</a> Journal of Orthopaedic Research. 36, 2622-2632 (2018).</li><li>Wang, V. M., Banack, T. M., Tsai, C. W., Flatow, E. L., Jepsen, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variability+in+tendon+and+knee+joint+biomechanics+among+inbred+mouse+strains.">Variability in tendon and knee joint biomechanics among inbred mouse strains.</a> Journal of Orthopaedic Research. 24, 1200-1207 (2006).</li><li>Wang, V. 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=Murine+tendon+function+is+adversely+affected+by+aggrecan+accumulation+due+to+the+knockout+of+ADAMTS5.">Murine tendon function is adversely affected by aggrecan accumulation due to the knockout of ADAMTS5.</a> Journal of Orthopaedic Research. 30, 620-626 (2011).</li><li>Zhang, K., 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=Tendon+mineralization+is+progressive+and+associated+with+deterioration+of+tendon+biomechanical+properties,+and+requires+BMP-Smad+signaling+in+the+mouse+Achilles+tendon+injury+model.">Tendon mineralization is progressive and associated with deterioration of tendon biomechanical properties, and requires BMP-Smad signaling in the mouse Achilles tendon injury model.</a> Matrix Biology. 52-54, 315-324 (2016).</li><li>Rooney, S. I., 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=Ibuprofen+differentially+affects+supraspinatus+muscle+and+tendon+adaptations+to+exercise+in+a+rat+model.">Ibuprofen differentially affects supraspinatus muscle and tendon adaptations to exercise in a rat model.</a> American Journal of Sports Medicine. 44, 2237-2245 (2016).</li><li>Galasso, O., 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=Quality+of+Life+and+Functional+Results+of+Arthroscopic+Partial+Repair+of+Irreparable+Rotator+Cuff+Tears.">Quality of Life and Functional Results of Arthroscopic Partial Repair of Irreparable Rotator Cuff Tears.</a> Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 33, 261-268 (2017).</li><li>Sarver, D. C., 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=Sex+differences+in+tendon+structure+and+function.">Sex differences in tendon structure and function.</a> Journal of Orthopaedic Research. 35, 2117-2126 (2017).</li><li>Razmjou, 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=Disability+and+satisfaction+after+Rotator+Cuff+decompression+or+repair:+A+sex+and+gender+analysis.">Disability and satisfaction after Rotator Cuff decompression or repair: A sex and gender analysis.</a> BMC Musculoskeletal Disorders. 12, 66 (2011).</li></ol>

Les modèles animaux de Murine sont couramment employés pour étudier des désordres de tendon, mais la caractérisation de leurs propriétés mécaniques est provocante et rare dans la littérature. Le but de ce protocole est de décrire une méthode efficace et reproductible de temps pour l'essai tendu des tendons murins. Les nouvelles méthodes ont réduit le temps nécessaire pour tester un échantillon d'heures en minutes et ont éliminé un artefact de préhension majeur qui était un problème commun dans les mé...

Les troubles tendons sont fréquents et très répandus parmi les populations vieillissantes, athlétiques et actives1,2,3. Aux États-Unis, 16,4 millions de lésions des tissus conjonctifs sont signalées chaque année4 et représentent 30 % de toutes les visites au bureau des médecins liées aux blessures3,5,6,7, 8. Les sites les plus fréquemment touchés sont la coiffe des rotateurs, le tendon d'Achille et le tendon rotulien9. Bien qu'une variété de traitements non-opératoires et opératoires aient été explorés, y compris les drogues anti-inflammatoires, la réadaptation, et la réparation chirurgicale, les résultats restent pauvres, avec le retour limité à la fonction et les taux élevés d'échec5, 6. Ces mauvais résultats cliniques ont motivé des études de base et translationnelles visant à comprendre la tendinopathie et à développer de nouvelles approches de traitement.
Les propriétés biomécaniques tensiles sont les principaux résultats quantitatifs définissant la fonction tendinetaire. Par conséquent, la caractérisation en laboratoire de la tendinopathie et de l'efficacité du traitement doit inclure un test rigoureux des propriétés tendineuses. De nombreuses études ont décrit des méthodes pour déterminer les propriétés biomécaniques des tendons à partir de modèles animaux tels que les rats, les moutons, les chiens et les lapins10,11,12. Cependant, peu d'études ont testé les propriétés biomécaniques des tendons murines, principalement en raison des difficultés à saisir les petits tissus pour l'essai tendu. Comme les modèles murins ont de nombreux avantages pour étudier mécaniste tendinopathie, y compris la manipulation génétique, des options de réactifs étendus, et à faible coût, le développement de méthodes précises et efficaces pour tester biomécaniquement les tissus murines est nécessaire.
Afin de tester correctement les propriétés mécaniques des tendons, le tissu doit être saisi efficacement, sans glisser ou extirper l'interface d'adhérence ou la fracturation de la plaque de croissance. Dans de nombreux cas, en particulier pour les tendons courts, l'os est saisi à une extrémité et le tendon est saisi à l'autre extrémité. Les os sont généralement fixés en les incorporant dans des matériaux tels que la résine époxy13 et le polyméthylmethacrylate14,15. Les tendons sont souvent placés entre deux couches de papier de verre, collés avec du cyanoacrylate, et fixés à l'aide de pinces de compression (si la section transversale est plate) ou dans un milieu gelé (si la section transversale est grande)15,16,17 . Ces méthodes ont été appliquées aux tendons murines biomécaniquement d'essai, mais les défis se posent en raison de la petite taille des spécimens et de la conformité de la plaque de croissance, qui n'ossifie jamais18. Par exemple, le diamètre de la tête humérale murine n'est que de quelques millimètres, ce qui rend la préhension de l'os difficile. Plus précisément, l'essai tendu des échantillons de tendon-à-os de supraspinatus murine a souvent comme conséquence l'échec à la plaque de croissance plutôt que dans le tendon ou à l'enthèse de tendon. De même, l'essai biomécanique du tendon d'Achille est difficile. Bien que le tendon d'Achille soit plus grand que les autres tendons maurines, le calcanéum est petit, ce qui rend la préhension de cet os difficile. L'os peut être enlevé, suivi par la préhension des deux extrémités du tendon; cependant, ceci empêche l'essai de l'attachement de tendon-à-os. D'autres groupes rapportent saisir l'os de calcaneus utilisant des montages faits sur commande19,20,moulant par des pinces21,fixant dans le ciment plastique d'auto-traitement22 ou utilisant une fente conique de forme22,pourtant ces les méthodes antérieures restent limitées par une faible reproductibilité, des taux d'échec de préhension élevés et des exigences fastidieuses en matière de préparation.
L'objectif de la présente étude était de développer une méthode précise et efficace pour l'essai biomécanique tendu des tendons murins, en se concentrant sur les tendons supraspinatus et d'Achille comme exemples. Utilisant une combinaison des reconstructions 3D de l'anatomie indigène d'os, de la modélisation pleine, et de la fabrication additive, une nouvelle méthode a été développée pour saisir les os. Ces appareils ont effectivement sécurisé les os, empêché l'échec de plaque de croissance, diminué le temps de préparation d'échantillon, et la reproductibilité accrue d'essai. La nouvelle méthode est facilement adaptable pour tester d'autres tendons maurines ainsi que des tendons chez les rats et d'autres animaux.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Agarose</td>
			<td >Fisher Scientific</td>
			<td >BP160-100</td>
			<td >Dissovle 1g in 100 ml ultrapure water to make 1% agarose&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Bruker microCT&#160;</td>
			<td >Bruker BioSpin Corp</td>
			<td >Skyscan 1272&#160;</td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >ElectroForce&#160;</td>
			<td >TA Instruments</td>
			<td >3200</td>
			<td>Testing platform</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Ethanol 200 Proof</td>
			<td >Fisher Scientific</td>
			<td >A4094</td>
			<td>Dilute to 70% and use as suggested in protocol</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fixture to attach grips</td>
			<td >Custom made</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Kimwipes</td>
			<td >Kimberly-Clark</td>
			<td >&#160;S-8115</td>
			<td>As suggested in protocol</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MicroCT CT-Analyser (Ctan)</td>
			<td >Bruker BioSpin Corp</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MilliQ water (Ultrapure water)</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>QGARD00R1 (or related purifier)</td>
			<td>100 ml&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Meshmixer</td>
			<td >Autodesk</td>
			<td >http://www.meshmixer.com/</td>
			<td >Free engineering software used by authors to refine mesh</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Objet EDEN 260VS&#160;</td>
			<td >Stratasys LTD</td>
			<td ></td>
			<td>Precision Prototyping</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Objet Studio</td>
			<td >Stratasys LTD</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors with 3D printer</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PBS - Phosphate-Buffered Saline</td>
			<td >ThermoFisher Scientific</td>
			<td >10010031</td>
			<td >2.5 L of 10% PBS&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >S&#38;T Forceps</td>
			<td >Fine Science Tools</td>
			<td >00108-11</td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel Blade - #11</td>
			<td >Fine Science Tools</td>
			<td >10011-00</td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel Handle - #3</td>
			<td >Fine Science Tools</td>
			<td >10003-12</td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >SkyScan 1272</td>
			<td >Bruker BioSpin Corp</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Skyscan CT-Vox</td>
			<td >Bruker BioSpin Corp</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >SkyScan NRecon</td>
			<td >Bruker BioSpin Corp</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >SolidWorks CAD</td>
			<td >Dassault Syst&#232;mes</td>
			<td >SolidWorks Research Subsription</td>
			<td>Solid modeling computer-aided design used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >SuperGlue</td>
			<td >Loctite</td>
			<td >234790</td>
			<td>As suggested in protocol</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Testing bath</td>
			<td >Custom made</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Thin film grips&#160;</td>
			<td >Custom made</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >VeroWhitePlus</td>
			<td >Stratasys LTD</td>
			<td >NA</td>
			<td>3D printing material used by authors</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >WinTest&#160;</td>
			<td >WinTest Software</td>
			<td ></td>
			<td>Used by authors to collect data</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biomechanical testing of murine tendons

Les troubles tendons sont fréquents, touchent les personnes de tous âges et sont souvent débilitants. Les traitements standard, tels que les médicaments anti-inflammatoires, la réadaptation et la réparation chirurgicale, échouent souvent. Afin de définir la fonction tendineuse et de démontrer l'efficacité des nouveaux traitements, les propriétés mécaniques des tendons des modèles animaux doivent être déterminées avec précision. Les modèles animaux de Murine sont maintenant largement employés pour étudier des désordres de tendinon et pour évaluer de nouveaux traitements pour des tendinopathies ; cependant, la détermination des propriétés mécaniques des tendons de souris a été difficile. Dans cette étude, un nouveau système a été développé pour les essais mécaniques de tendon qui inclut les montages 3D-imprimés qui correspondent exactement aux anatomies de l'humérus et du calcaneus pour tester mécaniquement des tendons supraspinatus et tendons d'Achille, respectivement. Ces appareils ont été développés en utilisant des reconstructions 3D de l'anatomie osseuse indigène, la modélisation solide, et la fabrication additive. La nouvelle approche a éliminé les défaillances de préhension artifactual (par exemple, l'échec à l'échec de la plaque de croissance plutôt que dans le tendon), a diminué le temps d'essai global, et a augmenté la reproductibilité. En outre, cette nouvelle méthode est facilement adaptable pour tester d'autres tendons et tendons murines d'autres animaux.

Des montages 3D-imprimés ont été employés pour examiner le supraspinatus murine de 8 semaines et les tendons d'Achille. Tous les échantillons testés mécaniquement ont échoué à l'enthèse, comme caractérisé par des balayages de microCT, l'inspection visuelle, et l'analyse vidéo après des essais tendus. Une comparaison en tête-à-tête des méthodes précédentes et actuelles pour l'essai du tendon supraspinatus dans notre laboratoire est montrée dans la figure 3. Dans la méth...

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Biomechanical Testing of Murine Tendons

Le protocole décrit des méthodes d'essai biomécaniques tendineuses et reproductibles efficaces et reproductibles pour les tendons murins grâce à l'utilisation d'appareils imprimés 3D sur mesure.

Tests biomécaniques des tendons murines

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

Le protocole décrit une méthode efficace et reproductible pour l’essai biomécanique des tendons de souris par des montages imprimés 3D réutilisables adaptés sur mesure. Les nouvelles méthodes réduisent le temps nécessaire pour tester l’échantillon d’heures à quelques minutes et éliminer un artefact de préhension majeur qui était un problème courant dans les méthodes précédentes. Cette méthode ne se limite pas aux tendons supraspinatus et achilles.Il peut facilement être adapté pour tester d’autres tendons et tendons de souris de plus gros animaux. Pour assurer la reproductibilité et l’efficacité de l’approche, plusieurs cycles de prototypage et de validation de conception peuvent être nécessaires pour les appareils non décrits ici. Pour commencer, effectuez un balayage de tomographie micro-calculée de l’os entier dans le gel d’agarose.Après la reconstruction en images transversales, sélectionnez le fichier de commande ouvert pour ouvrir le jeu de données de fichiers. Ouvrez les préférences de fichier de dialogue et sélectionnez l’onglet Advanced. Utilisez l’algorithme de rendu adaptatif pour construire les modèles 3D qui fournissent des détails de surface plus lisses.Utilisez 10 comme paramètre de localité qui définit la distance en pixels au point voisin utilisé pour trouver la bordure de l’objet. Réduisez au minimum la tolérance à 0,1 pour diminuer la taille du fichier. Pour spécifier le volume d’intérêt, sélectionnez manuellement deux images à définir en haut et en bas de la plage VOI sélectionnée, puis passez à la deuxième page, Région d’intérêt.Sélectionnez manuellement la région d’intérêt sur une seule image transversale. Répétez la sélection du roi pour chaque 10 à 15 images transversales. Ensuite, passez à la troisième page, Sélection binaire.Sur le menu Histogramme, cliquez sur From Dataset pour afficher la distribution histogramme de luminosité à partir de toutes les images de l’ensemble de données. Également sur le menu Histogramme, cliquez sur le menu Créer un fichier modèle 3D. Enregistrez un modèle 3D de l’os en format fichier STL.Dans le logiciel Meshmixer, importez le maillage et sélectionnez Tous pour modifier. Choisissez produire à partir de la modification de l’ensemble d’outils, puis sélectionnez Triangle Budget à partir de l’ensemble d’outils Réduire l’objectif. Réduisez le tricompte et acceptez les modifications.Resavez le fichier nouvellement réduit en format STL en choisissant Export As.To concevoir un os huméral tendon supraspinatus, utiliser un solide modèle assisté par ordinateur programme de conception pour créer un modèle personnalisé de montage humérus-préhension. Ouvrez le fichier format STL de l’os de l’humérus dans un programme de modélisation solide et économisez en tant que fichier de pièce dans le format SLDPRT. Ouvrez ensuite le fichier Partie pour créer manuellement trois plans anatomiquement pertinents, par exemple, sagittal, coronal et transversal.Cliquez sur Fichier Nouveau pour créer la partie composant de bloc solide. Cliquez sur Fichier Nouveau pour créer un modèle d’assemblage avec deux composants, le bloc solide et l’os de l’humérus droit ou gauche. Définissez l’orientation de l’os dans le bloc pour s’assurer que l’angle entre le tendon et l’os soit de 180 degrés.Assurez-vous que tout le volume osseux s’insère à l’intérieur du bloc. Dans la fenêtre Assembly, sélectionnez le bloc et cliquez sur Modifier le composant de la barre d’outils de l’Assemblage. Cliquez sur Insert, Caractéristiques, Cavité.Sélectionnez mise à l’échelle uniforme et entrez 0% comme valeur à l’échelle dans toutes les directions. Supprimer la partie osseuse et enregistrer l’assemblage en tant que partie. Ouvrez le cylindre avec une partie de cavité.Créer un croquis, assurez-vous de ne laisser que 0,5 millimètre au-dessus de la tête humérale. Parmi les fonctionnalités, sélectionnez Coupe extrudée. Couper l’assemblage le long du plan sagittal pour créer deux composants symétriques qui s’adaptent à l’os antérieurement et postérieurement.Coupez la partie d’assemblage le long du plan sagittal pour créer deux composants symétriques qui s’adaptent à l’os antérieurement et postérieurement. Il est essentiel d’assurer la tête humérale pour prévenir la défaillance de la plaque de croissance et de définir un dégagement serré qui évite le désengagement de l’humérus du modèle pendant les essais. Procédez tel que décrit dans le manuscrit pour terminer le composant postérieur et le composant antérieur.Enregistrez les deux composants sous forme de fichiers de pièces distincts. Appuyez maintenant sur Insérer le motif, le miroir et sélectionnez Miroir pour créer des modèles miroir 3D pour chaque composant de l’appareil pour le membre opposé. Sélectionnez la face avant comme une plaine de face miroir.Sélectionnez la pièce comme corps à refléter. Sélectionnez le plan miroir et créez un croquis qui inclut tout le matériel. À partir de fonctionnalités, sélectionnez Coupe extrudée pour supprimer la pièce d’origine et ne garder qu’une partie en miroir.Cliquez sur le bas de la pièce et utilisez-le comme plan pour faire un croquis. Cliquez sur Sketch Text et ajoutez L ou R.This ajoute une gravure sur le bas des appareils pour distinguer entre les côtés gauche et droit. Enregistrez toutes les pièces de montage au format de fichier standard STL en vue de l’impression 3D.Pour disséquer le tendon musculaire supraspinatus, spécimen d’os d’humérus, placez d’abord la souris euthanasiée dans une position sujette et faites une incision dans la peau au-dessus du coude de la scie avant vers l’épaule. Utilisez des forceps pour enlever soigneusement la peau avec une dissection émoussée afin que la musculature de l’épaule soit visible. Enlever le tissu entourant l’humérus jusqu’à ce que l’os soit exposé.Tenez l’humérus avec des forceps et retirez soigneusement les muscles deltoïdes et trapèzes pour exposer l’arc coracoacromial. Identifiez l’articulation AC et séparez soigneusement la clavicule de l’acromion à l’aide d’une lame de scalpel. En prenant soin de ne pas endommager le tendon supraspinatus et son attachement osseux, retirez le muscle de son attachement scapulaire à l’aide d’une lame de scalpel.Détachez la tête humérale du glenoïde et lacérer la capsule articulaire et le subscapularis infraspinatus et teres tendons mineurs. Désarticuler l’articulation du coude pour séparer l’humérus de l’ulna et du rayon. Isoler le spécimen de muscle du tendon humérus-supraspinatus et nettoyer l’excès de tissus mous sur l’humérus et la tête humérale.Pour disséquer le tendon d’Achille, l’os du calcanée, placez une souris euthanasiée dans une position couchée. En prenant soin de ne pas endommager le tendon d’Achille et son attachement osseux, enlever la peau avec dissection émoussée de sorte que la musculature autour de la cheville et les articulations du genou est exposée. À l’aide d’une lame de scalpel, à partir de l’attachement tendon d’Achille-calcaneus, détachez soigneusement le muscle gastrocnemius de ses attachements proximaux.Désarticuler soigneusement le calcanée des différents os adjacents et isoler le spécimen tendon d’Achille-calcanée et nettoyer les tissus mous excédentaires. Pour déterminer la zone transversale du tendon, insérez l’os à l’envers pour suspendre le spécimen dans le cryotube rempli de gel agarose avec l’os dans le gel agarose et le tendon et le muscle à l’extérieur. Après l’analyse à l’aide d’une tomographie micro-calculée, retirez doucement le muscle du tendon à l’aide d’une lame de scalpel.Insérez l’os dans l’appareil imprimé en 3D et fixez-les aux grilles d’essai. Insérez et collez le tendon entre un papier de soie mince plié et serrez-le à l’aide de poignées de film minces. Insérez l’échantillon et les poignées dans un bain d’essai de PBS à 37 degrés Celsius et effectuez un test mécanique.Dans cette étude, utilisant les montages imprimés 3D réutilisables pour saisir l’os, le temps de préparation de spécimen a été réduit d’heures à minutes. Les courbes représentatives de déformation de charge pour l’essai tensile du tendon supraspinatus utilisant les méthodes courantes ont éliminé l’artefact principal de préhension tel que la défaillance de plaque de croissance. Les propriétés mécaniques des tendons supraspinatus et Achille démontrent un effet significatif du sexe basé sur des essais non apprirés de T avec la valeur de P moins de 0.05.Micro CT a mesuré avec succès la zone transversale le long de la longueur du tendon supraspinatus le long de la longueur du tendon d’Achille. Il est important de se rappeler que chaque site anatomique a des critères de conception spécifiques nécessaires pour une préhension efficace. Par conséquent, la conception de chaque appareil doit être adaptée en conséquence.En plus des tests tensiles à l’échec, ces appareils peuvent être utilisés pour les tests de chargement cyclique, qui fournissent des informations sur la fatigue des tendons et les propriétés viscoéléastiques. La caractérisation des propriétés mécaniques des tendons murins est rare dans la littérature en raison d’un certain nombre de raisons, y compris la difficulté à saisir ces petits tissus, les méthodes fastidieuses et longues de préparation de spécimen, et les ruptures de plaque de croissance. Ce protocole présente une méthode efficace dans le temps et reproductible pour tester les tendons de souris qui a éliminé les défaillances d’adhérence artifactual et a triplé le nombre de spécimens qui peuvent être testés en une journée.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do not have suitable autologous donor vessels due to disease progression or previous harvest. The aim of vascular tissue engineering is to develop a suitable alternative source for these bypass grafts. In addition, engineered vascular tissue may prove valuable as living vascular models to study cardiovascular diseases. Several promising approaches to engineering blood vessels have been explored, with many recent studies focusing on development and analysis of cell-based methods.2-5 Herein, we present a method to rapidly self-assemble cells into 3D tissue rings that can be used in vitro to model vascular tissues.
To do this, suspensions of smooth muscle cells are seeded into round-bottomed annular agarose wells. The non-adhesive properties of the agarose allow the cells to settle, aggregate and contract around a post at the center of the well to form a cohesive tissue ring.6,7 These rings can be cultured for several days prior to harvesting for mechanical, physiological, biochemical, or histological analysis. We have shown that these cell-derived tissue rings yield at 100-500 kPa ultimate tensile strength8 which exceeds the value reported for other tissue engineered vascular constructs cultured for similar durations (&lt;30 kPa).9,10 Our results demonstrate that robust cell-derived vascular tissue ring generation can be achieved within a short time period, and offers the opportunity for direct and quantitative assessment of the contributions of cells and cell-derived matrix (CDM) to vascular tissue structure and function.

This article outlines a versatile method to create cell-derived tissue rings by cellular self-assembly. Smooth muscle cells seeded into ring-shaped agarose wells aggregate and contract to form robust three-dimensional (3D) tissues within 7 days. Millimeter-scale tissue rings are conducive to mechanical testing and serve as building blocks for tissue assembly.

Réalisé cellulaire auto-assemblage pour fabriquer des anneaux de tissus dérivés de cellules pour l&#39;analyse biomécanique et génie tissulaire

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Recherche

Bio-ingénierie

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.

Détermination de la vitesse de transport des xénobiotiques et des nanomatériaux à travers le placenta en utilisant l&#39;<em&gt; Ex vivo</em&gt; Human perfusion placentaire modèle

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

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should mimic the human tissues they are aiming to replace; to provide the required anatomical shape, the materials must be able to sustain the mechanical forces they will experience when implanted at the defect site. Although the mechanical properties of tissue-engineered scaffolds are of great importance, many human tissues that undergo restoration with engineered materials have not been fully biomechanically characterized. Several compressive and tensile protocols are reported for evaluating materials, but with large variability it is difficult to compare results between studies. Further complicating the studies is the often destructive nature of mechanical testing. Whilst an understanding of tissue failure is important, it is also important to have knowledge of the elastic and viscoelastic properties under more physiological loading conditions.
This report aims to provide a minimally destructive protocol to evaluate the compressive and tensile properties of human soft tissues. As examples of this technique, the tensile testing of skin and the compressive testing of cartilage are described. These protocols can also be directly applied to synthetic materials to ensure that the mechanical properties are similar to the native tissue. Protocols to assess the mechanical properties of human native tissue will allow a benchmark by which to create suitable tissue-engineered substitutes.

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.

Caractérisation biomécanique des tissus mous humains à l&#39;aide d&#39;essais indentation et traction

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

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

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular cartilage impairs its load-bearing function substantially as it experiences tremendous chemical degradation, i.e. proteoglycan loss and collagen fibril disruption. One promising way to investigate chemical damage mechanisms during OA is to expose the cartilage specimens to an external solute and monitor the diffusion of the molecules. The degree of cartilage damage (i.e. concentration and configuration of essential macromolecules) is associated with collisional energy loss of external solutes while moving across articular cartilage creates different diffusion characteristics compared to healthy cartilage. In this study, we introduce a protocol, which consists of several steps and is based on previously developed experimental micro-Computed Tomography (micro-CT) and finite element modeling. The transport of charged and uncharged iodinated molecules is first recorded using micro-CT, which is followed by applying biphasic-solute and multiphasic finite element models to obtain diffusion coefficients and fixed charge densities across cartilage zones.

We propose a protocol to investigate the transport of charged and uncharged molecules across articular cartilage with the aid of recently developed experimental and numerical methods.

Un expérimental et Finite Element Protocole pour Enquêter sur la transport des solutés neutres et chargés dans Cartilage Articulaire

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

A Test Bed to Examine Helmet Fit and Retention and Biomechanical Measures of Head and Neck Injury in Simulated Impact

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during an impact are important factors in protecting the helmet wearer from impact-induced injury. This manuscript aims to investigate impact-induced injury mechanisms in different helmet fit scenarios through analysis of simulated helmeted impacts with an anthropometric test device (ATD), an array of headform acceleration transducers and neck force/moment transducers, a dual high speed camera system, and helmet-fit force sensors developed in our research group based on Bragg gratings in optical fiber. To simulate impacts, an instrumented headform and flexible neck fall along a linear guide rail onto an anvil. The test bed allows simulation of head impact at speeds up to 8.3 m/s, onto impact surfaces that are both flat and angled. The headform is fit with a crash helmet and several fit scenarios can be simulated by making context specific adjustments to the helmet position index and/or helmet size. To quantify helmet retention, the movement of the helmet on the head is quantified using post-hoc image analysis. To quantify head and neck injury potential, biomechanical measures based on headform acceleration and neck force/moment are measured. These biomechanical measures, through comparison with established human tolerance curves, can estimate the risk of severe life threatening and/or mild diffuse brain injury and osteoligamentous neck injury. To our knowledge, the presented test-bed is the first developed specifically to assess biomechanical effects on head and neck injury relative to helmet fit and retention.

Using an anthropometric head and neck, optical fiber-based fit force transducers, an array of head acceleration and neck force/moment transducers, and a dual high speed camera system, we present a test bed to study helmet retention and effects on biomechanical measures of head and neck injury secondary to head impact.

Un banc d’essai à examiner l’ajustement du casque et de conservation et de mesures biomécaniques de la tête et des lésions à la nuque en effet simulé

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during ...

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.

Méthodes pour les tests biomécaniques In Vivo sur le plexus brachial chez les porcelets néonatals

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

Biaxial Basal Tone and Passive Testing of the Murine Reproductive System Using a Pressure Myograph

The female reproductive organs, specifically the vagina and cervix, are composed of various cellular components and a unique extracellular matrix (ECM). Smooth muscle cells exhibit a contractile function within the vaginal and cervical walls. Depending on the biochemical environment and the mechanical distension of the organ walls, the smooth muscle cells alter the contractile conditions. The contribution of the smooth muscle cells under baseline physiological conditions is classified as a basal tone. More specifically, a basal tone is the baseline partial constriction of smooth muscle cells in the absence of hormonal and neural stimulation. Furthermore, the ECM provides structural support for the organ walls and functions as a reservoir for biochemical cues. These biochemical cues are vital to various organ functions, such as inciting growth and maintaining homeostasis. The ECM of each organ is composed primarily of collagen fibers (mostly collagen types I, III, and V), elastic fibers, and glycosaminoglycans/proteoglycans. The composition and organization of the ECM dictate the mechanical properties of each organ. A change in ECM composition may lead to the development of reproductive pathologies, such as pelvic organ prolapse or premature cervical remodeling. Furthermore, changes in ECM microstructure and stiffness may alter smooth muscle cell activity and phenotype, thus resulting in the loss of the contractile force.
In this work, the reported protocols are used to assess the basal tone and passive mechanical properties of the nonpregnant murine vagina and cervix at 4-6 months of age in estrus. The organs were mounted in a commercially available pressure myograph and both pressure-diameter and force-length tests were performed. Sample data and data analysis techniques for the mechanical characterization of the reproductive organs are included. Such information may be useful for constructing mathematical models and rationally designing therapeutic interventions for women&#8217;s health pathologies.

This protocol utilized a commercially available pressure myograph system to perform pressure myograph testing on the murine vagina and cervix. Utilizing media with and without calcium, the contributions of the smooth muscle cells (SMC) basal tone and passive extracellular matrix (ECM) were isolated for the organs under estimated physiological conditions.

Le bip basal biaxial et l'essai passif du système reproducteur de Murine utilisant un myographe de pression

The female reproductive organs, specifically the vagina and cervix, are composed of various cellular components and a unique extracellular matrix (ECM). ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more viscous than traditional aqueous injections and may be semi-solid, therefore, their injectability cannot be assumed. This protocol describes a method to objectively assess the injectability of these materials using a standard mechanical tester. The syringe plunger is compressed by the crosshead at a set rate, and the force is measured. The maximum or plateau force value can then be used for comparison between samples, or to an absolute force limit. This protocol can be used with any material, and any syringe and needle size or geometry. The results obtained may be used to make decisions about formulations, syringe and needle sizes early in the translational process. Further, the effects of altering formulations on injectability may be quantified, and the optimum time to inject temporally changing materials determined. This method is also suitable as a reproducible way to examine the effects of injection on a material, to study phenomena such as self-healing and filter pressing or study the effects of injection on cells. This protocol is faster and more directly applicable to injectability than rotational rheology, and requires minimal post processing to obtain key values for direct comparisons.

Presented here is a protocol for quantitatively evaluating the injectability of a material through a syringe-needle system using a standard mechanical testing rig.

La quantification de l’injectabilité par essais mécaniques

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression

In this paper, we present a complete workflow for the biomechanical analysis of atherosclerotic plaque in the coronary vasculature. With atherosclerosis as one of the leading causes of global death, morbidity and economic burden, novel ways of analyzing and predicting its progression are needed. One such computational method is the use of fluid-structure interaction (FSI) to analyze the interaction between the blood flow and artery/plaque domains. Coupled with in vivo imaging, this approach could be tailored to each patient, assisting in differentiating between stable and unstable plaques. We outline the three-dimensional reconstruction process, making use of intravascular Optical Coherence Tomography (OCT) and invasive coronary angiography (ICA). The extraction of boundary conditions for the simulation, including replicating the three-dimensional motion of the artery, is discussed before the setup and analysis is conducted in a commercial finite element solver. The procedure for describing the highly nonlinear hyperelastic properties of the artery wall and the pulsatile blood velocity/pressure is outlined along with setting up the system coupling between the two domains. We demonstrate the procedure by analyzing a non-culprit, mildly stenotic, lipid-rich plaque in a patient following myocardial infarction. Established and emerging markers related to atherosclerotic plaque progression, such as wall shear stress and local normalized helicity, respectively, are discussed and related to the structural response in the artery wall and plaque. Finally, we translate the results to potential clinical relevance, discuss limitations, and outline areas for further development. The method described in this paper shows promise for aiding in the determination of sites at risk of atherosclerotic progression and, hence, could assist in managing the significant death, morbidity, and economic burden of atherosclerosis.

There is a need to determine which atherosclerotic lesions will progress in the coronary vasculature to guide intervention before myocardial infarction occurs. This article outlines the biomechanical modeling of arteries from Optical Coherence Tomography using fluid-structure interaction techniques in a commercial finite element solver to help predict this progression.

Analyse de l’interaction fluide-structure biomécanique basée sur la tomographie par cohérence optique de la progression de l’athérosclérose coronaire

In this paper, we present a complete workflow for the biomechanical analysis of atherosclerotic plaque in the coronary vasculature. With atherosclerosis ...

Construction of a Human Aorta Smooth Muscle Cell Organ-On-A-Chip Model for Recapitulating Biomechanical Strain in the Aortic Wall

Conventional two-dimensional cell culture techniques and animal models have been used in the study of human thoracic aortic aneurysm and dissection (TAAD). However, human TAAD sometimes cannot be characterized by animal models. There is an apparent species gap between clinical human studies and animal experiments that may hinder the discovery of therapeutic drugs. In contrast, the conventional cell culture model is unable to simulate in vivo biomechanical stimuli. To this end, microfabrication and microfluidic techniques have developed greatly in recent years, providing novel techniques for establishing organoids-on-a-chip models that replicate the biomechanical microenvironment. In this study, a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip (HASMC-OOC) model was developed to simulate the pathophysiological parameters of aortic biomechanics, including the amplitude and frequency of cyclic strain experienced by human aortic smooth muscle cells (HASMCs) that play a vital role in TAAD. In this model, the morphology of HASMCs became elongated in shape, aligned perpendicularly to the strain direction, and presented a more contractile phenotype under strain conditions than under static conventional conditions. This was consistent with the cell orientation and phenotype in native human aortic walls. Additionally, using bicuspid aortic valve-related TAAD (BAV-TAAD) and tricuspid aortic valve-related TAAD (TAV-TAAD) patient-derived primary HASMCs, we established BAV-TAAD and TAV-TAAD disease models, which replicate HASMC characteristics in TAAD. The HASMC-OOC model provides a novel in vitro platform that is complementary to animal models for further exploring the pathogenesis of TAAD and discovering therapeutic targets.

Here, we developed a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip model to replicate the in vivo biomechanical strain of smooth muscle cells in the human aortic wall.

Construction d’un modèle d’organe sur puce de cellules musculaires lisses de l’aorte humaine pour récapituler la contrainte biomécanique dans la paroi aortique

Conventional two-dimensional cell culture techniques and animal models have been used in the study of human thoracic aortic aneurysm and dissection ...