Name: biotribological testing and analysis of articular cartilage sliding against metal for implants
Uploaded: 2020-05-14T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Biotribological Testing and Analysis of Articular Cartilage Sliding against Metal for Implants at JoVE.com

Denne forskning blev finansieret af NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. og nierösterreichens provinsregering gennem Life Science Calls (Projekt-ID: LSC15-019) og ved det østrigske COMET-program (Projekt K2 XTribology, grant nr. 849109).

1. Fremstilling af metalflasker
<ol><li>Analysér cylindriske kobolt-chrom-molybdæn (CoCrMo) stænger opfylder standardspecifikationerne for kirurgiske implantater for deres kemiske sammensætning ved hjælp af scanning elektronmikroskopi (SEM) med energi dispersive x-ray spektroskopi pr producentens protokol for at bekræfte forudsat værdier. BEMÆRK: Den elementære sammensætning af CoCrMo legering, der anvendes til dette eksperiment er 65% Co, 28% Cr, 5% Mo og 2% andre.</li>
	<li>Våd male prøverne med silici...

<ol>
	<li>Zengerink, M., Struijs, P. A. A. A., Tol, J. L., van Dijk, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+of+osteochondral+lesions+of+the+talus:+a+systematic+review.">Treatment of osteochondral lesions of the talus: a systematic review.</a> Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 18 (2), 238-246 (2009).</li><li>Aurich, 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=Behandlung+osteochondraler+L&#228;sionen+des+Sprunggelenks:+Empfehlungen+der+Arbeitsgemeinschaft+Klinische+Geweberegeneration+der+DGOU.">Behandlung osteochondraler L&#228;sionen des Sprunggelenks: Empfehlungen der Arbeitsgemeinschaft Klinische Geweberegeneration der DGOU.</a> Zeitschrift fur Orthopadie und Unfallchirurgie. 155 (1), 92-99 (2017).</li><li>Van Bergen, C. J. A., Zengerink, M., Blankevoort, L., Van Sterkenburg, M. N., Van Oldenrijk, J., Van Dijk, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+metallic+implantation+technique+for+osteochondral+defects+of+the+medial+talar+dome.">Novel metallic implantation technique for osteochondral defects of the medial talar dome.</a> Acta Orthopaedica. 81 (4), 495-502 (2010).</li><li>Sweet, S. J., Takara, T., Ho, L., Tibone, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+Partial+Humeral+Head+Resurfacing.">Primary Partial Humeral Head Resurfacing.</a> The American Journal of Sports Medicine. 43 (3), 579-587 (2015).</li><li>Becher, 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=Minimum+5-year+results+of+focal+articular+prosthetic+resurfacing+for+the+treatment+of+full-thickness+articular+cartilage+defects+in+the+knee.">Minimum 5-year results of focal articular prosthetic resurfacing for the treatment of full-thickness articular cartilage defects in the knee.</a> Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 131 (8), 1135-1143 (2011).</li><li>Lea, M. A., Barkatali, B., Porter, M. L., Board, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteochondral+Lesion+of+the+Hip+Treated+with+Partial+Femoral+Head+Resurfacing.+Case+Report+and+Six-Year+Follow-up.">Osteochondral Lesion of the Hip Treated with Partial Femoral Head Resurfacing. Case Report and Six-Year Follow-up.</a> HIP International. 24 (4), 417-420 (2018).</li><li>Becher, C., Huber, R., Thermann, H., Paessler, H. H., Skrbensky, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+a+contoured+articular+prosthetic+device+on+tibiofemoral+peak+contact+pressure:+a+biomechanical+study.">Effects of a contoured articular prosthetic device on tibiofemoral peak contact pressure: a biomechanical study.</a> Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 16 (1), 56-63 (2007).</li><li>Malahias, M. -. A., Chytas, D., Thorey, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+outcome+of+the+different+HemiCAP+and+UniCAP+knee+implants:+A+systematic+and+comprehensive+review.">The clinical outcome of the different HemiCAP and UniCAP knee implants: A systematic and comprehensive review.</a> Orthopedic Reviews. 10 (2), (2018).</li><li>Dhollander, A. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+a+prosthetic+inlay+resurfacing+as+a+salvage+procedure+for+a+failed+cartilage+repair.">The use of a prosthetic inlay resurfacing as a salvage procedure for a failed cartilage repair.</a> Knee Surgery, Sports Traumatology. 23 (8), 2208-2212 (2014).</li><li>Van Bergen, C. J. A. A., van Eekeren, I. C. M. M., Reilingh, M. L., Sierevelt, I. N., van Dijk, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+of+osteochondral+defects+of+the+talus+with+a+metal+resurfacing+inlay+implant+after+failed+previous+surgery.">Treatment of osteochondral defects of the talus with a metal resurfacing inlay implant after failed previous surgery.</a> Bone and Joint Journal. 95 (12), 1650-1655 (2013).</li><li>Kim, Y. S. Y. -. H. H. Y. -. S., Kim, Y. S. Y. -. H. H. Y. -. S., Hwang, K. -. T. T., Choi, I. -. Y. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cartilage+degeneration+and+joint+motion+of+bipolar+hemiarthroplasty.">The cartilage degeneration and joint motion of bipolar hemiarthroplasty.</a> International Orthopaedics. 36 (10), 2015-2020 (2012).</li><li>Moon, K. 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=Degeneration+of+Acetabular+Articular+Cartilage+to+Bipolar+Hemiarthroplasty.">Degeneration of Acetabular Articular Cartilage to Bipolar Hemiarthroplasty.</a> Yonsei Medical Journal. 49 (5), 716-719 (2008).</li><li>Wimmer, M. A., Pacione, C., Laurent, M. P., Chubinskaya, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+wear+testing+of+living+cartilage+articulating+against+alumina.">In vitro wear testing of living cartilage articulating against alumina.</a> Journal of Orthopaedic Research. , (2016).</li><li>Bowland, P., Ingham, E., Fisher, J., Jennings, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+geometry+tribological+study+of+osteochondral+graft+implantation+in+the+knee.">Simple geometry tribological study of osteochondral graft implantation in the knee.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 232 (3), 249-256 (2018).</li><li>Bowland, P., Ingham, E., Fisher, J., Jennings, L. M. <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+preclinical+natural+porcine+knee+simulation+model+for+the+tribological+assessment+of+osteochondral+grafts+in+vitro.">Development of a preclinical natural porcine knee simulation model for the tribological assessment of osteochondral grafts in vitro.</a> Journal of Biomechanics. 77, 91-98 (2018).</li><li>Trevino, R. 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=Establishing+a+live+cartilage-on-cartilage+interface+for+tribological+testing.">Establishing a live cartilage-on-cartilage interface for tribological testing.</a> Biotribology. 9, 1-11 (2017).</li><li>Oungoulian, S. R., 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=Wear+and+damage+of+articular+cartilage+with+friction+against+orthopedic+implant+materials.">Wear and damage of articular cartilage with friction against orthopedic implant materials.</a> Journal of Biomechanics. 48 (10), 1957-1964 (2015).</li><li>Stotter, 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=Effects+of+Loading+Conditions+on+Articular+Cartilage+in+a+Metal-on-Cartilage+Pairing.">Effects of Loading Conditions on Articular Cartilage in a Metal-on-Cartilage Pairing.</a> Journal of Orthopaedic Research. 37 (12), 2531-2539 (2019).</li><li>Becher, C., Huber, R., Thermann, H., Tibesku, C. O., von Skrbensky, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tibiofemoral+contact+mechanics+with+a+femoral+resurfacing+prosthesis+and+a+non-functional+meniscus.">Tibiofemoral contact mechanics with a femoral resurfacing prosthesis and a non-functional meniscus.</a> Clinical biomechanics. 24 (8), 648-654 (2009).</li><li>Temple, D. K., Cederlund, A. A., Lawless, B. M., Aspden, R. M., Espino, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+properties+of+human+and+bovine+articular+cartilage:+a+comparison+of+frequency-dependent+trends.">Viscoelastic properties of human and bovine articular cartilage: a comparison of frequency-dependent trends.</a> BMC Musculoskeletal Disorders. , 1-8 (2016).</li><li>Caligaris, M., Ateshian, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+sustained+interstitial+fluid+pressurization+under+migrating+contact+area,+and+boundary+lubrication+by+synovial+fluid,+on+cartilage+friction.">Effects of sustained interstitial fluid pressurization under migrating contact area, and boundary lubrication by synovial fluid, on cartilage friction.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 16 (10), 1220-1227 (2008).</li><li>Burris, D. L., Ramsey, L., Graham, B. T., Price, C., Moore, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+Sliding+and+Hydrodynamics+Contribute+to+Articular+Cartilage+Fluid+and+Lubrication+Recovery.">How Sliding and Hydrodynamics Contribute to Articular Cartilage Fluid and Lubrication Recovery.</a> Tribology Letters. 67 (2), 1-10 (2019).</li><li>Mamat, N., Nor, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+measurement+of+contact+pressure+in+the+tibiofemoral+joint+during+gait.">Numerical measurement of contact pressure in the tibiofemoral joint during gait.</a> International Conference on Biomedical Engineering (ICoBE). , 27-28 (2012).</li><li>Manda, K., Ryd, L., Eriksson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite+element+simulations+of+a+focal+knee+resurfacing+implant+applied+to+localized+cartilage+defects+in+a+sheep+model.">Finite element simulations of a focal knee resurfacing implant applied to localized cartilage defects in a sheep model.</a> Journal of Biomechanics. 44 (5), 794-801 (2011).</li></ol>

Focal metalliske implantater repræsenterer en bjærgning procedure for osteochondralde defekter, især i midaldrende patienter og efter mislykkedes primær behandling. Selv om kliniske undersøgelser viste lovende kortsigtede resultater, en observeret komplikation er skader på den modsatte, indfødte brusk10. Kadaver- og biomekaniske undersøgelser viser klare beviser for, at korrekt implantation med flad eller let forsænket positionering opretholder naturligt kontakttryk19</s...

Behandlingen af osteochondraldefekter er krævende og kræver operation i mange tilfælde. For fokale osteokondrale læsioner hos midaldrende patienter er fokale metalliske implantater en farbar vej, især efter den manglende primærbehandling, som knoglemarvsstimulation (BMS) eller autolog chondrocytimplantatation (ACI)1. Delvis overflade udskiftninger kan betragtes bjærgning procedurer, der kan reducere smerter og forbedre vifte af bevægelse2. Disse implantater er typisk sammensat af en CoCrMo legering og fås i forskellige størrelser og offset konfigurationer til at matche den normale anatomi3. Mens oprindeligt udviklet til fejl på den mediale femorale condyle i knæet, sådanne implantater er nu tilgængelige og i brug for hofte, ankel, skulder, og albue4,5,6. For at opnå et tilfredsstillende resultat er det afgørende at vurdere den mekaniske fællesjustering og tilstanden af den modsatte brusk. Desuden har korrekt implantation uden fremspring af implantatet vist sig at være grundlæggende7.
Kliniske undersøgelser viste fremragende kortsigtede resultater med hensyn til smertereduktion og forbedring af funktionen hos midaldrende patienter for forskelligesteder 5,6,8. Sammenlignet med allograft implantation tillader fokalmeimplantater tidligt vægtbærende. Den modsatte ledbruse viste imidlertid accelereret slid hos et betydeligt antal patienter9,10. Derfor, selv med korrekt placering, i mange tilfælde degeneration af den indfødte brusk synes uundgåelig, mens de underliggende mekanismer fortsat uklart. Lignende degenerative ændringer er blevet observeret efter bipolar hemiarthroplasty afhoften 11 og øges med aktivitet og belastning12.
Tribologiske forsøg giver mulighed for at studere sådanne bindinger in vitro og simulere forskellige belastningssituationer, der opstår under fysiologiskeforhold 13. Brugen af osteochondralstifter giver en enkel geometrimodel til at undersøge tribologien af ledbrusk, der glider mod indbygget brusk ellerimplantatmateriale 14 og kan yderligere anvendes i hele fælles simuleringsmodeller15. Metal-on-brusk bindinger viser accelereret brusk slid, ekstracellulære matrix forstyrrelser, og nedsat celle levedygtighed i den overfladiske zone sammenlignet med en brusk-on-brusk parring16. Skader på brusk opstod hovedsagelig i form af delaminering mellem de overfladiske og midterste zoner17. Men de mekanismer, der fører til brusk degeneration er ikke fuldt forstået. Denne protokol giver en omfattende analyse af den biosyntetiske aktivitet af ledbrusk. Ved bestemmelse af metabolisk aktivitet og genekspressionsniveauer af kataboliske gener kan der identificeres tidlige indikationer for brusksammenssnængning. Fordelen ved in vitro tribologiske eksperimenter er, at belastningsparametre kan justeres til at efterligne forskellige belastningsforhold.
Derfor er følgende protokol egnet til at simulere en metal-on-brusk parring, der repræsenterer en eksperimentel hemiarthroplasty model.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:773px;" width="772">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:297px;">Amphotericin B</td>
			<td style="width:191px;">Sigma&#8208;Aldrich Chemie GmbH</td>
			<td style="width:119px;">A-2942-100ML</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">buffered formaldehyde solution 4%</td>
			<td style="width:191px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">97131000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cell Proliferation Kit II (XTT)</td>
			<td>Roche Diagnostics</td>
			<td style="width:119px;">11465015001</td>
			<td>XTT-based ex vivo toxicology assay</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:297px;">CoCrMo raw material</td>
			<td style="width:191px;">Acnis International</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>CoCrMo rods 6mm in diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CryoStar NX70 Cryostat</td>
			<td>Thermo Fischer Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>cryosectioning device</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td style="width:191px;">Sidma-Aldrich Chemie</td>
			<td style="width:119px;">D 2438-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Dulbecco&#8217;s modified Eagle&#8217;s medium</td>
			<td style="width:191px;">Sigma&#8208;Aldrich Chemie GmbH</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">fetal bovine serum</td>
			<td style="width:191px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:297px;">Hyaluronic acid</td>
			<td style="width:191px;">Anika Therapeutics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>component of lubricating solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">iCycler</td>
			<td>BioRad</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>thermal cycler</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Leica microscope DM&#8208;1000</td>
			<td>Leica</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>microscope for histology</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LightCycler 480 Sealing Foil</td>
			<td style="width:191px;">Roche Diagnostics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LightCycler 96</td>
			<td>Roche Diagnostics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>thermal cycler for PCR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MagNA Lyser Green Beads</td>
			<td>Roche Diagnostics</td>
			<td style="width:119px;">3358941001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Osteochondral Autograft Transfer System (OATS)</td>
			<td style="width:191px;">Arthrex Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>cutting tube for harvesting osteochondral cylinders</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">osteosoft</td>
			<td style="width:191px;">Merck</td>
			<td style="width:119px;">1017279010</td>
			<td>decalcifier-solution</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Penicillin /Streptomycin</td>
			<td style="width:191px;">Sigma&#8208;Aldrich Chemie GmbH</td>
			<td style="width:119px;">P4333-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:297px;">phosphate&#8208;buffered saline</td>
			<td style="width:191px;">Sigma&#8208;Aldrich Chemie GmbH</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PBS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:297px;">Prescale Low Pressure</td>
			<td style="width:191px;">Fujifilm</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>pressure indicating film</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">RNeasy Fibrous Tissue Kit</td>
			<td style="width:191px;">QIAGEN</td>
			<td style="width:119px;">74404</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Synergy 2</td>
			<td>BioTek Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>plate reader</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:297px;">Tetra&#8208;Falex MUST</td>
			<td style="width:191px;">Falex Tribology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Tribometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tissue&#8208; Tek O.C.T.</td>
			<td style="width:191px;">SAKURA</td>
			<td style="width:119px;">4583</td>
			<td>embedding formulation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit</td>
			<td>Roche Diagnostics</td>
			<td style="width:119px;">40897030001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">&#946;-mercaptoethanol</td>
			<td style="width:191px;">Sidma-Aldrich Chemie</td>
			<td style="width:119px;">M3148</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biotribological testing and analysis of articular cartilage sliding against metal for implants

Osteochondraldefekter hos midaldrende patienter kan behandles med fokale metalliske implantater. Først udviklet til defekter i knæleddet, implantater er nu tilgængelige for skulder, hofte, ankel og den første metatarsalphalangeal fælles. Samtidig med at smertereduktion og klinisk forbedring, progressive degenerative ændringer af den modsatte brusk er observeret hos mange patienter. De mekanismer, der fører til denne skade, er ikke fuldt forstået. Denne protokol beskriver et tribologisk eksperiment for at simulere en metal-on-brusk parring og omfattende analyse af ledbrusk. Metalimplantatmateriale testes mod kvæg osteochondralcylindre som model for menneskelig ledbrusk. Ved at anvende forskellige belastninger og glidende hastigheder, kan fysiologiske belastningsforhold efterlignes. For at give en omfattende analyse af virkningerne på ledbrusk, histologi, metabolisk aktivitet og genekspressionsanalyse er beskrevet i denne protokol. Den største fordel ved tribologisk test er, at belastningsparametre frit kan justeres for at simulere under vivo-forhold. Desuden kan der anvendes forskellige testløsninger til at undersøge smørings- eller proinflammatoriske midlers indflydelse. Ved at bruge genekspressionsanalyse til bruskspecifikke gener og kataboliske gener kan der påvises tidlige ændringer i metabolismen af artikulære chondrocytter som reaktion på mekanisk belastning.

Kontaktområdet og kontakttrykket skal bekræftes ved hjælp af en trykmålingsfilm (Figur 1). Fysiologisk belastningstilstand kan bekræftes ved at sammenligne med referenceaftryk for definerede kontakttryk. Under test overvåges friktionskoefficienten konstant. Med et overtringskontaktområde kan en lav friktionskoefficient opretholdes i mindst 1 time (figur 2). Ved hjælp af Safranin O farvning den ekstracellulære matrix sammensætning og struktur kan bestem...

Watch this Scientific Journal Video about Biotribological Testing and Analysis of Articular Cartilage Sliding against Metal for Implants at JoVE.com

Biotribological Testing and Analysis of Articular Cartilage Sliding against Metal for Implants

Denne protokol beskriver forberedelse, biotribologisk testning og analyse af osteochondralcylindre, der glider mod metalimplantatmateriale. Resultatforanstaltninger, der indgår i denne protokol, er metabolisk aktivitet, genekspression og histologi.

Biotribologisk test og analyse af ledbrusk glidende mod metal til implantater

Osteochondral defects in middle-aged patients might be treated with focal metallic implants. First developed for defects in the knee joint, implants are ...

Vores protokol gør det muligt at teste glidende metal til ortopædiske implantater mod ledbrusk og dermed undersøge virkningerne af fokalimplantater eller hemiarthroplasty på den biosyntetiske aktivitet af bestemte chondracytter den største fordel ved denne teknik er, at det giver et omfattende indblik i både de tribrologiske egenskaber og biologiske virkninger af mekanisk belastning i bruskparring. Denne teknik kan komplimentere de kliniske resultater efter kirurgiske procedurer som implantation af et fokal metalliske implantater til behandling af en osteochondral defekt i knæet eller hemiarthroplasty af hoften. Demonstration af proceduren vil være Christopher Bauer en postdoc fra mit laboratorium her på Donau Universitet.Brug et kommercielt tilgængeligt stempeltriabometer med en cylinder på pladekonfiguration, lodrette belastningsmuligheder og justerbar belastning og glidehastighed. Derudover kræves der en væskecelle for at udføre testene i en smørende opløsning. Fastgør osteochondralcylindrene på den nederste prøveholder med mærkningen justeret i forhold til glideretningen.Begynd med at bestemme kontakttrykket i koboltchrommolybdæn på brusksystemet ved hjælp af en trykmålingsfilm. Anvend trykmålingsfilmen ved grænsefladen, og påfør en statisk belastning i 30 sekunder for at bestemme det første kontakttryk, kontaktstørrelse og form. Monter koboltkrommolybdæncylindrene på den øverste vejecelle.Tilsæt testopløsningen i den flydende celle for at nedsænke osteochondralcylinderen og dække metalbruskskydegrænsefladen. Indstil testparametre som beskrevet i normal kraftslagning og glidehastighed, som vil blive opretholdt under hele prøvningen. Start metalcylinderens gensidige glidende mål mod den ledbrusk, der er nedsænket i smøreopløsningen.Overvågning af friktionskoefficienten under hele forsøget afsluttes forsøget. Efter ønskets testperiode fjernes osteochondralproppen fra prøveholderen, skyl det med PBS og opbevar det i medium indtil yderligere biologisk analyse. Hold kontrolprøver og testopløsningen ved stuetemperatur under hele testen, og analysér dem sammen med de prøver, der har været udsat for mekanisk belastning.Sted, en 24 godt plade på en skala og nul det. Skyl osteochondralproppen med PBS, og læg det i en petriskål. Brug derefter en skalpel til at skære brusken fra transplantatet i ét stykke skærer brusk i to lige store stykker, således at kontaktområdet er ligeligt fordelt på både brusk stykker og hakke den ene halvdel i cirka en millimeter kubik stykker.Brug anden halvdel til genekspressionsanalyse overføre hakket brusk i en brønd af den forberedte ved 24 brøndplade og bestemme vævsvægten gentage denne proces for hver prøve og tilsæt en milliliter vækstmedium til hver brønd af pladen. Tilsæt 500 mikroliter XTT-opløsning til hver brønd og bland derefter inkubere pladen ved 37 grader Celsius og 5% kuldioxid i fire timer efter inkubation fjerne supernatant og overføre den til en fem milliliter rør. Tetrazoliumproduktet udvindes ved at tilsætte 500 mikroliter DMSO til bruskvævet i hver brønd og anvende kontinuerlig omrøring i en time ved stuetemperatur, DMSO-opløsningen fjernes og trække den med den tidligere indsamlede XTT-opløsning.Overfør 100 mikroliter af hver prøve i tre eksemplarer til en 96 brøndplade. Brug en pladelæser til at måle absorbansen ved en bølgelængde på 492 nanometer og en referencebølgelængde på 690 nanometer. At isolere RNA hakkekød den anden halvdel af bruskvæv fra osteochondral stikket i små stykker overføre vævet til et rør, der indeholder keramiske perler og 300 mikroliter af licenseret buffer.Med 1% beta mercaptoethanol bruge en kommerciel lysat til at homogenisere væv anvende 6, 500 RPM i 20 sekunder fire gange med en 20 minutters afkøling fase efter hvert løb. Tilsæt 20 mikroliter proteinase K og 580 mikroliter RNAs frit vand til hver prøve, og inkuber dem ved 55 grader Celsius i 30 minutter. Prøverne centrifugeres i tre minutter ved 10.000 gange G, og supernatanten overføres til 1,5 milliliterrør.Der tilsættes 0,5 volumener på 90 % ethanol til hvert rør, og der blandes derefter 700 mikroliter af prøven til en RNA-bindingssøjle i et 2 milliliteropsamlingsrør, og centrifuge det ved 8.000 gange G i 15 sekunder. Kassér gennemstrømningen, og gentag centrifigationstrinnet for resten af lysatet. Føj en 350 mikroliter buffer-RW en til kolonnen.Centrifuge det ved 8,000 gange G i 15 sekunder og kassér flow-through. Bland 10 mikroliter af DNA-lageropløsning og 70 mikroliter af buffer-RDD. Tilsæt opløsningen til RNA-rensemembranen, og inkuber den ved stuetemperatur i 15 minutter, og tilsæt derefter 350 mikroliter buffer-RW en til kolonnen.Centrifuge det ved 8,000 gange G i 15 sekunder og kassér flow-through tilføje 500 mikroliter buffer RPE til RNA rensning kolonne og Centrifuge det på 8, 000 gange G i 15 sekunder kassere strømmen igennem og tilføje yderligere 500 mikroliter buffer RPE til RNA rensning kolonne derefter centrifuge det på 8, 000 gange G i to minutter placere kolonnen i en ny 1,5 milliliter indsamling rør og tilsæt 30 mikroliter af RNAs gratis vand centrifuge røret på 8, 000 gange G i et minut, at hentyde til RNA syntetiseret cDNA ved hjælp af en kommerciel kit tø og bland alle regioner, tilsæt RNA prøve og udføre reaktionen og den termiske cycler som beskrevet i teksten manuskript. Tilføj ni mikroliter af RTQ PCR master mix, og en mikroliter cDNA til hver brønd af en 96 brøndplade med hver prøve i tre eksemplarer lyser PCR plade med loftolie og centrifuge det på 877 gange G i 10 minutter ved fire grader Celsius udføre RTQ PCR og en præcision og termisk cycler. Ifølge manuskript retninger.Før afprøvning af kontaktområdet og kontakttrykket ved metalbruskgrænsefladen skal det bekræftes ved hjælp af en trykmålingsfilm. Fysiologisk belastningstilstand kan derefter bekræftes ved at sammenligne det opnåede aftryk med referenceindrelsen for defineret kontakt En lav friktionskoefficient kan opretholdes i mindst en time med et migrerende kontaktområde. Den ekstracellulære matrix sammensætning og struktur kan bestemmes med safran og O farvning.Intensiteten af safran og O farvning er proportional med proteoglycan indhold. Det proteoglykanske indhold varierer over ledoverfladen, men skal være ensartet i hele vævssektionen i baselineprøver, viser ekstraktion af glycosaminoglycaner, som kan modvirkes ved mekanisk belastning. Metabolisk aktivitet af kvæg leddekulære chondracytter er uafhængig af høststedet, men viser en stigning i forhold til mekanisk belastning.Genekspressionsniveauerne for bruskspecifikke gener steg med fysiologiske belastningsforhold. Der henviser til kataboliske gener er up-reguleret med stationære kontaktområde. Efter denne procedure kan der udføres yderligere analyse, herunder bestemmelse af bruskwebprodukter og analyse af ledoverflade ved hjælp af scanningselektikmikroskopi, og desuden forsøger vi at optimere smøring af ledbrusk i forskellige tribrologiske bindinger.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

A Novel Anvendelse af Muskuloskeletal Ultralydbilleddannelse

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon  motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological  approach ...

Techniques for Processing Eyes Implanted with a Retinal Prosthesis for Localized Histopathological Analysis: Part 2 Epiretinal Implants with Retinal Tacks

Teknikker til Processing Eyes implanteret med en retinal protese til Lokaliseret Histopatologisk Analyse: Del 2 Epiretinal Implantater med retinal Tacks

Retinal prostheses for the treatment of certain forms of blindness are gaining traction in clinical trials around the world with commercial devices ...

Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis

Proksimal afdød Lårben Forberedelse til brudstyrken Test og Quantitative CT-baserede Finite Element Analysis

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength.  Because ex vivo biological tissues are prone to ...

Oral Biofilm Formation on Different Materials for Dental Implants

Mundtlige Biofilmdannelse på forskellige materialer til tandimplantater

Dental implants and their prosthetic components are prone to bacterial colonization and biofilm formation. The use of materials that provides low ...

Handheld Metal Detector Screening for Metallic Foreign Body Ingestion in Children

Håndholdt metaldetektor Screening for metallisk fremmedlegeme indtagelse hos børn

Coins are the most common ingested metallic foreign bodies among children. The goal of this protocol is to assess the accuracy and feasibility of using a ...

Hemocompatibility Testing of Blood-Contacting Implants in a Flow Loop Model Mimicking Human Blood Flow

Hæmorikompatibilitet test af blod-kontakt implantater i en Flow Loop Model efterligne humanblodgennemstrømning

The growing use of medical devices (e.g., vascular grafts, stents, and cardiac catheters) for temporary or permanent purposes that remain in the ...

Novel Percutaneous Approach for Deployment of 3D Printed Coronary Stenosis Implants in Swine Models of Ischemic Heart Disease

Novel Perkutan tilgang til indsættelse af 3D-trykte koronar stenose implantater i svin Modeller af iskæmisk hjertesygdom

Minimally invasive methods for creating models of focal coronary narrowing in large animals are challenging. Rapid prototyping using three-dimensionally ...

3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects

3D planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater til rekonstruktion af knogledefekter

We are in the midst of the 3D era in most aspects of life, and especially in medicine. The surgical discipline is one of the major players in the medical ...

Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants

Behandling af ansigtsdeformiteter ved hjælp af 3D-planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater

Technological advancements in surgical planning and patient-specific implants are constantly evolving. One can either adopt the technology to achieve ...