Name: biomechanical testing of murine tendons
Uploaded: 2019-10-15T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Biomechanical Testing of Murine Tendons at JoVE.com

Исследование было поддержано NIH / NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Исследования на животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Колумбийского университета. Мыши, используемые в этом исследовании, были фоном C57BL/6J и были приобретены в лаборатории Джексона (Bar Harbor, ME, США). Они были размещены в условиях, свободных ...

<ol>
	<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. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common+Tendinopathies+in+the+Upper+and+Lower+Extremities.">Common Tendinopathies in the Upper and Lower Extremities.</a> Current Sports Medicine Reports. 5, 233-241 (2006).</li><li>Praemer, A., Furner, S., Rice, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Musculoskeletal+Conditions+in+the+United+States.">Musculoskeletal Conditions in the United States.</a> American Academy of Orthopaedic Surgeons. , (1992).</li><li>Nourissat, G., Berenbaum, F., Duprez, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tendon+injury:+From+biology+to+tendon+repair.">Tendon injury: From biology to tendon repair.</a> Nature Reviews Rheumatology. 11, 223-233 (2015).</li><li>Galatz, L. M., Ball, C. M., Teefey, S. A., Middleton, W. 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. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatigue+quality+of+mammalian+tendons.">Fatigue quality of mammalian tendons.</a> The Journal of Experimental Biology. 203, 1317-1327 (2000).</li><li>Wilson, J. J., Best, 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=Common+overuse+tendon+problems:+A+review+and+recommendations+for+treatment.">Common overuse tendon problems: A review and recommendations for treatment.</a> American Family Physician. 72, 811-818 (2005).</li><li>Fleischer, 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=Biomechanical+strength+and+failure+mechanism+of+different+tubercula+refixation+methods+within+the+framework+of+an+arthroplasty+for+shoulder+fracture.">Biomechanical strength and failure mechanism of different tubercula refixation methods within the framework of an arthroplasty for shoulder fracture.</a> Orthopaedics &amp; Traumatology: Surgery &amp; Research. 103, 165-169 (2017).</li><li>West, J. R., Juncosa, N., Galloway, M. T., Boivin, G. P., Butler, D. 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. K., Sarver, J. J., Iozzo, R. V., 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=Effect+of+Age+and+Proteoglycan+Deficiency+on+Collagen+Fiber+Re-Alignment+and+Mechanical+Properties+in+Mouse+Supraspinatus+Tendon.">Effect of Age and Proteoglycan Deficiency on Collagen Fiber Re-Alignment and Mechanical Properties in Mouse Supraspinatus Tendon.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135, 021019 (2013).</li><li>Beason, D. 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=Hypercholesterolemia+increases+supraspinatus+tendon+stiffness+and+elastic+modulus+across+multiple+species.">Hypercholesterolemia increases supraspinatus tendon stiffness and elastic modulus across multiple species.</a> Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, 681-686 (2013).</li><li>Miller, K. 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>

Модели животных Murine обычно используются для изучения заболеваний сухожилий, но характеристика их механических свойств является сложной и редкой в литературе. Целью этого протокола является описание эффективного и воспроизводимого метода растяжения сухожилий мурин. Новые методы сок?...

Тендон расстройства являются общими и весьма распространены среди старения, спортивные, и активные группы населения1,2,3. В Соединенных Штатах, 16,4 миллиона травм соединительной ткани сообщается каждый год4 и составляют 30% всех травм, связанных с врачом офис посещает3,5,6,7, 8. Наиболее часто затронутые участки включают вращающую манжету, ахиллово сухожилие и сухожилие9. Хотя различные неоперативные и оперативные методы лечения были изучены, в том числе противовоспалительные препараты, реабилитация, и хирургический ремонт, результаты остаются плохими, с ограниченным возвращением к функции и высоким и высоким уровнем отказа5, 6. Эти плохие клинические исходы побудили основные и трансляционные исследования, стремясь понять тендинопатию и разработать новые подходы к лечению.
Тензильные биомеханические свойства являются первичными количественными исходами, определяющими функцию сухожилия. Таким образом, лабораторная характеристика тендинопатии и эффективности лечения должны включать в себя тщательное тестирование сухожилий растяжить свойства. Многочисленные исследования описали методы, чтобы определить биомеханические свойства сухожилий из животных моделей, таких как крысы, овцы, собаки и кролики10,11,12. Тем не менее, несколько исследований были протестированы биомеханические свойства сухожилий мурин, в первую очередь из-за трудностей в захвате небольших тканей для растяжения. Поскольку моделя мрины имеет многочисленные преимущества для механистического изучения тендинопатии, включая генетические манипуляции, обширные варианты реагента и низкую стоимость, необходима разработка точных и эффективных методов биомеханического тестирования мурин.
Для того, чтобы правильно проверить механические свойства сухожилий, ткань должна быть сжата эффективно, без скольжения или артефактного разрыва на интерфейс ехании или разрыв роста пластины. Во многих случаях, особенно для коротких сухожилий, кость сжат на одном конце, и сухожилие сжато на другом конце. Кости, как правило, обеспечены путем встраивания их в такие материалы, как эпоксидная смола13 и полиметилметакрилат14,15. Тендоны часто помещаются между двумя слоями наждачной бумаги, приклеены цианоакрилатом и закреплены с помощью сжатия зажимы (если поперечное сечение плоское) или в замороженную среду (если поперечный сечение большое)15,16,17 . Эти методы были применены к биомеханически испытания мурин сухожилий, но проблемы возникают из-за небольшого размера образцов и соответствия роста пластины, которая никогда не окостенеет18. Например, диаметр плечевой головки мунина составляет всего несколько миллиметров, что затрудняет захват кости. В частности, растяжение тестирования морин супраспинат сухожилие к кости образцов часто приводит к отказу на рост пластины, а не в сухожилия или на сухожилия энтеза. Аналогичным образом, биомеханическое тестирование ахиллова сухожилия является сложной задачей. Хотя ахиллово сухожилие больше, чем другие сухожилия мурин, calcaneus является небольшим, что делает захват этой кости трудно. Кость может быть удалена, а затем захвата двух концы сухожилий; однако, это исключает тестирование сухожилия к кости вложения. Другие группы сообщают захвата calcaneus кости с помощью пользовательских светильников19,20, якорь зажимы21, фиксация в самостоятельной лечения пластикового цемента22 или с помощью конической формы слот22, но эти предыдущие методы по-прежнему ограничены низкой воспроизводимостью, высокой скоростью сбоев и утомительными требованиями к подготовке.
Целью нынешнего исследования было разработать точный и эффективный метод для растяжения биомеханического тестирования сухожилий мурин, уделяя особое внимание супраспинату и ахиллову сухожилиям в качестве примеров. Используя комбинацию 3D-реконструкций из родной костной анатомии, твердого моделирования и аддитивного производства, был разработан новый метод для захвата костей. Эти приспособления эффективно закрепили кости, предотвратили отказ пластины роста, уменьшили время подготовки образца, и увеличили воспроизводимость испытания. Новый метод легко адаптируется для тестирования других сухожилий мурин, а также сухожилий у крыс и других животных.

<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

Тендон расстройства являются общими, влияют на людей всех возрастов, и часто изнурительных. Стандартные методы лечения, такие как противовоспалительные препараты, реабилитация и хирургический ремонт, часто терпят неудачу. Для того, чтобы определить функцию сухожилия и продемонстрировать эффективность новых методов лечения, механические свойства сухожилий из животных моделей должны быть точно определены. Модели животных Murine в настоящее время широко используются для изучения заболеваний сухожилий и оценки новых методов лечения тендинопатий; однако, определение механических свойств сухожилий мыши было сложной задачей. В этом исследовании, новая система была разработана для сухожилий механического тестирования, которая включает в себя 3D-печатные светильники, которые точно соответствуют анатомии плечевой кости и кальканеуса для механически испытания сухожилий супраспината и ахиллова сухожилия, соответственно. Эти светильники были разработаны с использованием 3D-реконструкций родной костной анатомии, твердого моделирования и аддитивного производства. Новый подход устранял сбои в работе артефактных захватов (например, сбой при сбое пластины роста, а не в сухожилии), сократил общее время тестирования и повысил воспроизводимость. Кроме того, этот новый метод легко адаптируется для тестирования других сухожилий и сухожилий морина от других животных.

3D-печатные светильники были использованы для тестирования 8-недельного морин супраспината и ахиллова сухожилия. Все механически испытанные образцы не сработали при энтезисе, что характерно для сканирования микрокт, визуального осмотра и видеоанализа после проведения напряженных тес...

Watch this Scientific Journal Video about Biomechanical Testing of Murine Tendons at JoVE.com

Biomechanical Testing of Murine Tendons

Протокол описывает эффективные и воспроизводимые методы биомеханического тестирования на сухожилия мурин с помощью специально подходят 3D печатные светильники.

Биомеханическое тестирование тендонов Murine

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

Протокол описывает эффективный и воспроизводимый метод биомеханического тестирования сухожилий мыши с помощью многоразовых пользовательских 3D печатных светильников. Новые методы сокращают время, необходимое для тестирования образца от нескольких часов до нескольких минут, и устраняют крупный захватывающий артефакт, который был распространенной проблемой в предыдущих методах. Этот метод не ограничивается супраспинатом и ахилловыми сухожилиями.Он может быть легко адаптирован для тестирования других сухожилий мыши и сухожилий от крупных животных. Для обеспечения воспроизводимости и эффективности подхода для приборов, не описанных здесь, может потребоваться несколько циклов прототипирования и проверки конструкции. Для начала выполните микрокомпьютерную томографию всей кости в агарозовом геле.После реконструкции на поперечные изображения выберите открытый файл команды, чтобы открыть набор данных файла. Откройте диалоговый файл Предпочтения и выберите расширенную вкладку. Используйте алгоритм адаптивной визуализации для построения 3D-моделей, которые обеспечивают более гладкую детализацию поверхности.Используйте 10 в качестве параметра локальности, который определяет расстояние в пикселях до соседней точки, используемой для нахождения границы объекта. Свести к минимуму допуск до 0,1, чтобы уменьшить размер файла. Чтобы указать объем интереса, вручную выберите два изображения, чтобы установить в качестве верхней и нижней части выбранного диапазона VOI, а затем перейти на вторую страницу, Регион интересов.Вручную выберите область интереса на одном поперечном изображении. Повторите выбор рентабельности инвестиций для каждых 10-15 поперечных изображений. Далее переместим на третью страницу, Binary Selection.В меню гистограммы щелкните Из набора данных, чтобы показать распределение яркости гистограммы со всех изображений набора данных. Кроме того, в меню Histogram щелкните меню файла Создать 3D-модель. Сохраните 3D-модель кости в формате файла STL.В программном обеспечении Meshmixer импортная сетка и выберите Все для редактирования. Выберите продукцию из редактирования набора инструментов, а затем выберите Triangle Budget из набора инструментов Уменьшить цель. Уменьшите трисчет и примите изменения.Resave недавно сокращенный файл в формате STL, выбрав Экспорт As.To дизайн supraspinatus сухожилия плечевой кости, использовать твердое моделирование компьютерной программы дизайна для создания пользовательских подходят модели плечевой кости захвата приспособления. Откройте файл формата STL кости плечевой кости в программе твердого моделирования и сохраните как часть файла в формате SLDPRT. Затем откройте файл Части, чтобы вручную создать три анатомически релевантные плоскости, например, sagittal, корональный и поперечный.Нажмите на файл Новый, чтобы создать твердую часть компонента блока. Нажмите на файл New, чтобы создать модель сборки с двумя компонентами, сплошной блок и правой или левой кости плечевой кости. Определите ориентацию кости внутри блока, чтобы обеспечить угол между сухожилием и костью, чтобы быть 180 градусов.Убедитесь, что весь объем кости помещается внутри блока. В окне Сборки выберите блок и нажмите компонент редактирования из панели инструментов Сборки. Нажмите Вставка, Особенности, Полость.Выберите единообразное масштабирование и введите 0%в качестве значения для масштабирования во всех направлениях. Подавите костную часть и сохраните сборку как часть. Откройте цилиндр с частью полости.Создайте эскиз, убедитесь, что оставить только 0,5 миллиметра над плечевой головой. Из функций выберите Extruded Cut. Вырежьте сборку вдоль сагиттаальной плоскости, чтобы создать два симметричных компонента, которые соответствуют кости передней и задней.Вырежьте сборочную часть вдоль сагиттаальной плоскости, чтобы создать два симметричных компонента, которые соответствуют кости передней и задней. Очень важно обеспечить плечевую головку, чтобы предотвратить отказ пластины роста и определить жесткий клиренс, который позволяет избежать отсоедичения плечевой кости от модели во время тестирования. Продолжить, как описано в рукописи, чтобы закончить задний компонент и передний компонент.Сохранить оба компонента в качестве отдельных файлов части. Теперь нажмите вставить шаблон, зеркало, и выберите Зеркало для создания 3D зеркальных моделей для каждого компонента прибора для противоположной конечности. Выберите переднюю сторону в качестве зеркального лица равнины.Выберите часть в качестве тела для зеркала. Выберите плоскость зеркала и создайте эскиз, который включает в себя весь материал. Из функций выберите Extruded Cut, чтобы удалить исходную часть и сохранить только зеркальную часть.Нажмите на нижнюю часть части и использовать в качестве плоскости, чтобы сделать эскиз. Нажмите на sketch Text и добавьте L или R.This добавляет etch в нижней части светильников, чтобы различать левую и правую стороны. Сохраните все части арматуры в стандартном формате файла STL в рамках подготовки к 3D-печати.Чтобы вскрыть надспинатус мышцы-тендон, плечевой кости образца, первое положение усыпляемой мыши в положении склонны и сделать разрез в коже сверху локоть предпыли к плечу. Используйте типсы, чтобы тщательно удалить кожу с тупым рассечением, так что мускулатура плеча видна. Удалите ткани, окружающие плечевой кости, пока кость подвергается.Держите плечевой кости с типсами и тщательно удалить дельтоидные и трапециевидные мышцы, чтобы разоблачить коракоакромиальной арки. Определите сустав переменного тока и тщательно отделяйте ключицу от акромиона скальпелем. Заботьтесь, чтобы не повредить сухожилие supraspinatus и его костлявые вложения, удалить мышцу из его лопатки вложения с помощью скальпеля лезвие.Отсоедините плечевую головку от гленоида и развяжете суставную капсулу и инфраспинат subscapularis и teres незначительные сухожилия. Разобщить локтевой сустав, чтобы отделить плечевой кости от локтевой кости и радиуса. Изолировать плечевой кости-супраспинат сухожилия образца и очистить избыток мягких тканей на плечевой кости и плечевой кости.Чтобы вскрыть ахиллово сухожилие, кальканевую кость, распоить усыпанную мышь в положении склонного. Заботьтесь, чтобы не повредить ахиллово сухожилие и его костлявую привязанность, удалить кожу с тупым вскрытием, так что мускулатура вокруг лодыжки и коленных суставов подвергается. Используя лезвие скальпеля, начиная с крепления ахиллова сухожилия-кальканея, тщательно отсоединяет мышцу гастрокнеймиуса от проксимальных вложений.Тщательно отмять кальканеус от различных смежных костей и изолировать ахиллово сухожилие-кальканеус образца и очистить избыток мягких тканей. Чтобы определить поперечную область сухожилия, вставьте кость вверх дном, чтобы приостановить образец в криотрубе, наполненном агарозным гелем с костью в агарозе геля и сухожилия и мышцы снаружи. После сканирования с помощью микрокомпьютерной томографии аккуратно удалите мышцу из сухожилия с помощью скальпеля.Вставьте кость в 3D печатный прибор и прикрепите их к испытательным сеткам. Вставьте и приклейте сухожилие между сложенной тонкой бумагой и зажимьте его с помощью тонких захватов пленки. Вставьте образец и ручки в испытательную ванну PBS при 37 градусах по Цельсию и выполните механический тест.В этом исследовании, используя многоразовые 3D печатные светильники для захвата кости, время подготовки образца было сокращено с нескольких часов до нескольких минут. Репрезентативные кривые деформации нагрузки для напряженного тестирования сухожилия супраспината с помощью современных методов устранили крупный захватывающий артефакт, такой как отказ пластины роста. Механические свойства супраспината и ахиллова сухожилия демонстрируют значительный эффект секса на основе неспареных Т-тестов со значением P менее 0,05.Микро КТ успешно измерила поперечную область по длине сухожилия супраспината по длине ахиллова сухожилия. Важно помнить, что каждый анатомические сайт имеет конкретные критерии проектирования, необходимые для эффективного захвата. Поэтому дизайн для каждого светильника должен быть соответствующим образом адаптирован.В дополнение к напряженному тестированию на отказ, эти приспособления могут быть использованы для циклических тестов нагрузки, которые предоставляют информацию об усталости сухожилий и вискоэлеастических свойств. Характеристика механических свойств сухожилий мурина является редкостью в литературе из-за ряда причин, в том числе трудности в захвате этих небольших тканей, утомительные и трудоемкие методы подготовки образца, и переломы пластин роста. Этот протокол представляет собой эффективный по времени и воспроизводимый метод для тестирования сухожилий мыши, который устранил сбои в захвате артефактов и утроил количество образцов, которые могут быть протестированы в день.

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.

Режиссер Сотовая самосборки для изготовления Cell-Производные Кольца тканей для биомеханического анализа и тканевая инженерия

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

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.

Определение транспортных Оценить ксенобиотиков и наноматериалы через плаценту помощью<em&gt; Экс естественных условиях</em&gt; Плацентарной перфузии модели

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.

Биомеханическое Характеристика мягких тканей человека с помощью отступов и испытания на растяжение

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.

Экспериментальный и конечные элементы протокол по расследованию транспорта нейтральных и заряженных растворенных веществ через суставной хрящ

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.

Испытательный стенд для изучения шлем Fit и удержания и биомеханических мер головы и травмы шеи в имитации воздействия

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.

Методы биомеханического тестирования In Vivo на брахиальном сплетении у неонатальных поросяток

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.

Биаксиальный базальный тон и пассивное тестирование репродуктивной системы Мурина с помощью миографа давления

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.

Количественная оценка инъекционной пригодности путем механического тестирования

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.

Оптическая когерентная томография На основе биомеханического анализа взаимодействия жидкости и структуры коронарного атеросклероза прогрессирования

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.

Построение модели гладкомышечных клеток гладкой мускулатуры человека для рекапитуляции биомеханического штамма в стенке аорты

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