Name: biomechanical testing of murine tendons
Uploaded: 2019-10-15T14:30:00
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El estudio fue apoyado por los NIH / NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).

Los estudios en animales fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Columbia. Los ratones utilizados en este estudio eran de un fondo C57BL/6J y fueron comprados en the Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA). Estaban alojados en condiciones de barrera libre de patógenos y se les proporcionaba alimentos y agua ad libitum.
1. Desarrollo de accesorios impresos en 3D para agarrar hueso
<ol><li>Adquisición de imagen ósea y construcción de...

<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. 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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. 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. 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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>

Los modelos animales murinos se utilizan comúnmente para estudiar trastornos del tendón, pero la caracterización de sus propiedades mecánicas es desafiante y poco común en la literatura. El propósito de este protocolo es describir un método eficiente en el tiempo y reproducible para las pruebas de tracción de los tendones murinos. Los nuevos métodos redujeron el tiempo necesario para probar una muestra de horas a minutos y eliminaron un artefacto de agarre importante que era un problema común en métodos anteri...

Los trastornos del tendón son comunes y muy frecuentes entre las poblaciones de envejecimiento, atletismo y activa1,2,3. En los Estados Unidos, 16,4 millones de lesiones por tejido conectivo se reportan cada año4 y representan el 30% de todas las visitas al consultorio médico relacionadas con lesiones3,5,6,7, 8. Los sitios más comúnmente afectados incluyen el manguito rotador, tendón de Aquiles, y tendón rotuliano9. Aunque se han explorado una variedad de tratamientos no quirúrgicos y operativos, incluyendo medicamentos antiinflamatorios, rehabilitación y reparación quirúrgica, los resultados siguen siendo pobres, con un retorno limitado a la función y altas tasas de falla5, 6. Estos malos resultados clínicos han motivado los estudios básicos y traslacionales que buscan comprender la tendinopatía y desarrollar nuevos enfoques de tratamiento.
Las propiedades biomecánicas de tracción son los principales resultados cuantitativos que definen la función del tendón. Por lo tanto, la caracterización de laboratorio de la tendinopatía y la eficacia del tratamiento deben incluir una prueba rigurosa de las propiedades de la tensión del tendón. Numerosos estudios han descrito métodos para determinar las propiedades biomecánicas de los tendones a partir de modelos animales como ratas, ovejas, perros y conejos10,11,12. Sin embargo, pocos estudios han probado las propiedades biomecánicas de los tendones murinos, principalmente debido a las dificultades para agarrar los tejidos pequeños para las pruebas de tracción. Como los modelos murinos tienen numerosas ventajas para el estudio mecanicistamente tendinopatía, incluyendo la manipulación genética, amplias opciones de reactivos y bajo costo, se necesita el desarrollo de métodos precisos y eficientes para probar biomecánicamente los tejidos murinos.
Con el fin de probar adecuadamente las propiedades mecánicas de los tendones, el tejido debe ser agarrado eficazmente, sin resbalones o desgarros artifes reales en la interfaz de agarre o fractura de la placa de crecimiento. En muchos casos, particularmente para tendones cortos, el hueso se agarra en un extremo y el tendón se agarra en el otro extremo. Los huesos se fijan típicamente incrustándolos en materiales como resina epoxi13 y polimetilmetacrilato14,15. Los tendones a menudo se colocan entre dos capas de papel de lija, pegados con cianoacrilato, y asegurados mediante abrazaderas de compresión (si la sección transversal es plana) o en un medio congelado (si la sección transversal es grande)15,16,17 . Estos métodos se han aplicado a tendones murinas de ensayo biomecánicos, pero surgen desafíos debido al pequeño tamaño de los especímenes y al cumplimiento de la placa de crecimiento, que nunca osifie18. Por ejemplo, el diámetro de la cabeza hueral murina es de sólo unos pocos milímetros, lo que dificulta el agarre del hueso. Específicamente, las pruebas de tracción de muestras de tendón-hueso de supraespinato murino a menudo resultan en falla en la placa de crecimiento en lugar de en el tendón o en la entesis del tendón. Del mismo modo, las pruebas biomecánicas del tendón de Aquiles son desafiantes. Aunque el tendón de Aquiles es más grande que otros tendones murinos, el calcáneo es pequeño, lo que dificulta el agarre de este hueso. El hueso se puede extraer, seguido de agarrar los dos extremos del tendón; sin embargo, esto impide la prueba de la unión de tendón a hueso. Otros grupos informan de agarrar el hueso de calcáneo utilizando accesorios hechos a medida19,20, anclaje por abrazaderas21, fijación en cemento plástico autocurado22 o utilizando una ranura de forma cónica22, sin embargo, estos métodos anteriores siguen estando limitados por la baja reproducibilidad, las altas tasas de fallas de agarre y los requisitos tediosos de preparación.
El objetivo del estudio actual fue desarrollar un método preciso y eficiente para las pruebas biomecánicas de tracción de los tendones murinos, centrándose en los tendones supraespinato y Aquiles como ejemplos. Utilizando una combinación de reconstrucciones 3D de la anatomía ósea nativa, modelado sólido y fabricación aditiva, se desarrolló un método novedoso para agarrar los huesos. Estos accesorios aseguraron eficazmente los huesos, evitaron fallas en la placa de crecimiento, disminuyeron el tiempo de preparación de la muestra y aumentaron la reproducibilidad de las pruebas. El nuevo método es fácilmente adaptable para probar otros tendones murinos, así como tendones en ratas y otros animales.

<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

Los trastornos del tendón son comunes, afectan a personas de todas las edades y a menudo son debilitantes. Los tratamientos estándar, como los antiinflamatorios, la rehabilitación y la reparación quirúrgica, a menudo fallan. Con el fin de definir la función del tendón y demostrar la eficacia de los nuevos tratamientos, las propiedades mecánicas de los tendones de los modelos animales deben determinarse con precisión. Los modelos animales murinos ahora se utilizan ampliamente para estudiar trastornos tendinosos y evaluar nuevos tratamientos para las tendinopatías; sin embargo, determinar las propiedades mecánicas de los tendones del ratón ha sido un reto. En este estudio, se desarrolló un nuevo sistema para pruebas mecánicas de tendones que incluye accesorios impresos en 3D que coinciden exactamente con las anatomías del húmero y el calcáneo para probar mecánicamente los tendones supraespinatus y los tendones de Aquiles, respectivamente. Estos accesorios fueron desarrollados utilizando reconstrucciones 3D de anatomía ósea nativa, modelado sólido y fabricación aditiva. El nuevo enfoque eliminó las fallas de agarre artifreales (por ejemplo, fallas en la falla de la placa de crecimiento en lugar de en el tendón), disminuyó el tiempo total de prueba y aumentó la reproducibilidad. Además, este nuevo método es fácilmente adaptable para probar otros tendones y tendones murinos de otros animales.

Los accesorios impresos en 3D se utilizaron para probar el supraespinato murino de 8 semanas de edad y los tendones de Aquiles. Todas las muestras analizadas mecánicamente fallaron en la entesis, como se caracteriza por escaneos microCT, inspección visual y análisis de video después de pruebas de tracción. En la Figura 3se muestra una comparación uno a uno de los métodos anteriores y actuales para las pruebas de tendón supraespinato en nuestro laboratorio. En el método anterior<sup ...

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Biomechanical Testing of Murine Tendons

El protocolo describe métodos de ensayo biomecánicos de tracción eficientes y reproducibles para tendones murinos mediante el uso de accesorios impresos en 3D de ajuste personalizado.

Pruebas biomecánicas de tendones murinos

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

El protocolo describe un método eficiente y reproducible para las pruebas biomecánicas de tendones de ratón a través de accesorios impresos 3D reutilizables personalizados. Los nuevos métodos reducen el tiempo necesario para probar la muestra de horas a minutos y eliminan un artefacto de agarre importante que era un problema común en los métodos anteriores. Este método no se limita a los supraespinatus y tendones de Aquiles.Se puede adaptar fácilmente a probar otros tendones de ratón y tendones de animales más grandes. Para garantizar la reproducibilidad y la eficiencia del enfoque, pueden ser necesarios varios ciclos de creación de prototipos de diseño y validación para accesorios que no se describen aquí. Para comenzar, realice una tomografía microcomputada de todo el hueso en el gel de agarosa.Después de la reconstrucción en imágenes de sección transversal, seleccione el comando Abrir archivo para abrir el conjunto de datos de archivos. Abra el archivo de diálogo Preferencias y seleccione la pestaña Avanzadas. Utilice el algoritmo de renderizado adaptable para construir los modelos 3D que proporcionan un detalle de superficie más suave.Utilice 10 como parámetro de localidad que define la distancia en píxeles al punto vecino utilizado para encontrar el borde del objeto. Minimice la tolerancia a 0.1 para reducir el tamaño del archivo. Para especificar el volumen de interés, seleccione manualmente dos imágenes para establecer como la parte superior e inferior del rango de VOI seleccionado y, a continuación, vaya a la segunda página, Región de interés.Seleccione manualmente la región de interés en una sola imagen de sección transversal. Repita la selección del ROI para cada 10 a 15 imágenes de sección transversal. A continuación, vaya a la tercera página, Selección binaria.En el menú Histograma, haga clic en Desde conjunto de datos para mostrar la distribución del histograma del brillo de todas las imágenes del conjunto de datos. También en el menú Histograma, haga clic en el menú Crear un archivo de modelo 3D. Guarde un modelo 3D del hueso en formato de archivo STL.En el software Meshmixer, importe la malla y seleccione Todo para editar. Reduzca el tricount y acepte los cambios.Vuelva a guardar el archivo recién reducido en formato STL eligiendo Exportar As.To diseñar un hueso humeral del tendón supraespinatus, utilice un programa de diseño asistido por computadora de modelado sólido para crear un modelo personalizado de accesorio de agarre del húmero. Abra el archivo de formato STL del hueso del húmero en un programa de modelado sólido y guárdelo como archivo de pieza en formato SLDPRT. A continuación, abra el archivo Pieza para crear manualmente tres planos anatómicamente relevantes, por ejemplo, sagital, coronal y transversal.Haga clic en Nuevo archivo para crear la pieza de componente de bloque sólido. Haga clic en Archivo nuevo para crear un modelo de ensamblaje con dos componentes, el bloque sólido y el hueso del húmero derecho o izquierdo. Defina la orientación del hueso dentro del bloque para asegurar que el ángulo entre el tendón y el hueso sea de 180 grados.Asegúrese de que todo el volumen óseo se ajuste dentro del bloque. En la ventana Ensamblaje, seleccione el bloque y haga clic en Editar componente en la barra de herramientas Ensamblaje. Haga clic en Insertar, Operaciones, Cavidad.Seleccione Escala uniforme e introduzca 0% como valor para escalar en todas las direcciones. Suprima la pieza ósea y guarde el ensamblaje como pieza. Abra el cilindro con la parte de la cavidad.Cree un croquis, asegúrese de dejar sólo 0,5 milímetros por encima de la cabeza del húmero. En Operaciones, seleccione Corte extruido. Corte el ensamblaje a lo largo del plano sagital para crear dos componentes simétricos que se ajusten al hueso antes y después.Corte la pieza del ensamblaje a lo largo del plano sagital para crear dos componentes simétricos que se ajusten al hueso antes y después. Es fundamental asegurar la cabeza humeral para evitar el fallo de la placa de crecimiento y definir un espacio libre ajustado que evite el desenganchamiento del húmero del modelo durante las pruebas. Proceda como se describe en el manuscrito para finalizar el componente posterior y el componente anterior.Guarde ambos componentes como archivos de pieza independientes. Ahora presione Insertar patrón, Espejo y seleccione Espejo para crear modelos de espejo 3D para cada componente de la luminaria para la extremidad opuesta. Seleccione la cara frontal como una cara de simetría.Seleccione la pieza como el sólido que desea reflejar. Seleccione el plano de simetría y cree un croquis que incluya todo el material. En Operaciones, seleccione Corte extruido para eliminar la pieza original y mantener solo la pieza simétrica.Haga clic en la parte inferior de la pieza y utilice como plano para crear un croquis. Haga clic en Texto de boceto y agregue L o R.Esto añade un grabado en la parte inferior de los accesorios para distinguir entre los lados izquierdo y derecho. Guarde todas las piezas de accesorios en formato de archivo estándar STL como preparación para la impresión 3D.Para diseccionar el supraespinatus músculo-tendón, muestra de hueso del húmero, primero coloque el ratón eutanizado en una posición propensa y haga una incisión en la piel desde arriba del codo de la parte delantera hacia el hombro. Utilice fórceps para eliminar cuidadosamente la piel con disección contundente de modo que la musculatura del hombro sea visible. Retire el tejido que rodea el húmero hasta que el hueso quede expuesto.Sostenga el húmero con fórceps y retire cuidadosamente los músculos deltoides y trapezius para exponer el arco coracoacromial. Identifique la articulación ac y separe cuidadosamente la clavícula del acromion con una cuchilla de bisturí. Teniendo cuidado de no dañar el tendón supraespinatus y su apego óseo, retire el músculo de su apego escapular usando una cuchilla de bisturí.Separe la cabeza del húmero del glenoide y lacera la cápsula articular y los tendones menores infraespinatus subscapularis y teres. Desarticular la articulación del codo para separar el húmero del cúbito y el radio. Aísle la muestra del músculo tendón humerus-supraspinatus y limpie el exceso de tejidos blandos en el húmero y la cabeza del húmero.Para diseccionar el tendón de Aquiles, el hueso calcáneo, coloque un ratón eutanizado en una posición propensa. Teniendo cuidado de no dañar el tendón de Aquiles y su apego óseo, retire la piel con disección contundente para que la musculatura alrededor de las articulaciones del tobillo y la rodilla quede expuesta. Usando una cuchilla de bisturí, comenzando en el apego tendón-calcáneo de Aquiles, desasocie cuidadosamente el músculo gastrocnemius de sus accesorios proximales.Desarticular cuidadosamente el calcáneo de los diversos huesos adyacentes y aislar la muestra de tendón-calcáneo de Aquiles y limpiar el exceso de tejidos blandos. Para determinar el área transversal del tendón, inserte el hueso boca abajo para suspender el espécimen en el criotubo lleno de gel de agarosa con el hueso en el gel de agarosa y el tendón y el músculo exterior. Después de la exploración con tomografía microcomputada, retire suavemente el músculo del tendón usando una cuchilla de bisturí.Inserte el hueso en el accesorio impreso 3D y adjúntelo a las rejillas de prueba. Inserte y pegue el tendón entre un papel de tejido delgado doblado y fíjelo con finos agarres de película. Inserte la muestra y las empuñaduras en un baño de prueba de PBS a 37 grados Celsius y realice una prueba mecánica.En este estudio, utilizando accesorios impresos en 3D reutilizables para agarrar el hueso, el tiempo de preparación de la muestra se redujo de horas a minutos. Las curvas representativas de deformación de carga para las pruebas de tracción del tendón supraespinato utilizando métodos actuales eliminaron artefactos de agarre principales, como la falla de la placa de crecimiento. Las propiedades mecánicas de los supraespinatus y tendones de Aquiles demuestran un efecto significativo del sexo basado en pruebas T no pares con un valor P inferior a 0,05.Micro CT midió con éxito el área transversal a lo largo de la longitud del tendón supraespinatus a lo largo de la longitud del tendón de Aquiles. Es importante recordar que cada sitio anatómico tiene criterios de diseño específicos necesarios para un agarre efectivo. Por lo tanto, el diseño de cada accesorio debe adaptarse en consecuencia.Además de las pruebas de tracción al fallo, estos accesorios se pueden utilizar para pruebas de carga cíclica, que proporcionan información sobre la fatiga del tendón y las propiedades viscoelásticas. Caracterizar las propiedades mecánicas de los tendones murinos es poco común en la literatura debido a una serie de razones, incluyendo la dificultad para agarrar estos pequeños tejidos, métodos de preparación de muestras tediosos y lentos, y fracturas de placas de crecimiento. Este protocolo presenta un método reproducible y eficiente en el tiempo para probar los tendones del ratón que ha eliminado los errores de agarre artefacto y ha triplicado el número de muestras que se pueden probar en un día.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Dirigida celular de auto-ensamblaje para fabricar células derivadas de tejido para el análisis de anillos de Biomecánica e Ingeniería de Tejidos

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

Investigación

Bioingeniería

Mechanical Testing of Mouse Carotid Arteries: from Newborn to Adult

Ensayos Mecánicos del ratón arterias carótidas: desde recién nacidos hasta adultos

The large conducting arteries in vertebrates are composed of a specialized extracellular matrix designed to provide pulse dampening and reduce the work ...

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

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

Determinación de la velocidad de transporte de xenobióticos y Nanomateriales través de la placenta mediante el<em&gt; Ex vivo</em&gt; Modelo perfusión placentaria humana

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

Caracterización biomecánica de los tejidos blandos humanos utilizando sangría y Ensayo de tracción

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

Un experimental y el Protocolo de elementos finitos para investigar el transporte de solutos neutros y cargadas a través de cartílago articular

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

Un banco de pruebas para examinar el casco ajuste y retención y medidas biomecánicas de cabeza y cuello, lesión en impacto simulado

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

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

Métodos para ensayos biomecánicos In Vivo en el plexo braquial en lechones neonatales

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

Tono Basal Biaxial y Pruebas Pasivas del Sistema Reproductivo Murino Usando un Miógrafo de Presión

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

La cuantificación de la inyección mediante pruebas mecánicas

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

Tomografía de coherencia óptica basada en el análisis de interacción fluido-estructura biomecánica de la progresión de la aterosclerosis coronaria

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