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

Dit onderzoek werd gefinancierd door NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. en de provinciale overheid van Neder-Oostenrijk via de Life Science Calls (Project ID: LSC15-019) en door het Oostenrijkse COMET Program (Project K2 XTribology, Grant No. 849109).

1. Bereiding van metalen cilinders
<ol><li>Analyseer cilindrische kobalt-chroom-molybdeen (CoCrMo) staven voldoen aan de standaard specificaties voor chirurgische implantaten voor hun chemische samenstelling met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM) met energiedispersieve x-ray spectroscopie per protocol van de fabrikant om de opgegeven waarden te bevestigen. OPMERKING: De elementaire samenstelling van de CoCrMo legering die voor dit experiment wordt gebruikt is 65% Co, 28% Cr, 5% Mo en 2% anderen.</li>
	<...

<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>

Focale metalen implantaten vormen een bergingsprocedure voor osteochondrale defecten, vooral bij patiënten van middelbare leeftijd en na een mislukte primaire behandeling. Hoewel klinische studies veelbelovende resultaten op korte termijn aantoonden, is een waargenomen complicatie schade aan het tegengestelde, inheemsekraakbeen 10. Kadaver en biomechanische studies tonen duidelijk bewijs dat een goede implantatie met vlakke of licht verzonken positionering natuurlijke contactdruk<sup class="xref"...

De behandeling van osteochondrale defecten is veeleisend en vereist in veel gevallen een operatie. Voor focale osteochondrale laesies bij patiënten van middelbare leeftijd zijn focale metalen implantaten een haalbare optie, vooral na het falen van de primaire behandeling, zoals beenmergstimulatie (BMS) of autologe chondrocyteimplantatie (ACI)1. Gedeeltelijke oppervlaktevervangingen kunnen worden beschouwd als bergingsprocedures die pijn kunnen verminderen en het bereik van beweging2kunnen verbeteren. Deze implantaten zijn meestal samengesteld uit een CoCrMo legering en zijn verkrijgbaar in verschillende maten en offset configuraties aan de normale anatomie3wedstrijd. Terwijl in eerste instantie ontwikkeld voor defecten op de mediale femorale condyle in de knie, dergelijke implantaten zijn nu beschikbaar en in gebruik voor de heup, enkel, schouder en elleboog4,5,6. Voor een bevredigend resultaat is het van cruciaal belang om de mechanische gewrichtsuitlijning en conditie van het tegengestelde kraakbeen te beoordelen. Bovendien is aangetoond dat de juiste implantatie zonder uitsteeksel van het implantaat fundamenteel is7.
Klinische studies toonden uitstekende resultaten op korte termijn aan in termen van pijnvermindering en verbetering van de functie bij patiënten van middelbare leeftijd voor verschillende locaties5,6,8. In vergelijking met allograftimplantatie, focale metalen implantaten toestaan vroeg gewicht lager. Het tegengestelde gewrichtskraakbeen vertoonde echter versnelde slijtage bij een aanzienlijk aantal patiëntenvan 9,10. Vandaar, zelfs met de juiste plaatsing, in veel gevallen degeneratie van het inheemse kraakbeen lijkt onvermijdelijk, terwijl de onderliggende mechanismen onduidelijk blijven. Vergelijkbare degeneratieve veranderingen zijn waargenomen na bipolaire hemiarthroplastie van de heup11 en worden verhoogd met activiteit en belasting12.
Tribologische experimenten bieden de mogelijkheid om dergelijke combinaties in vitro te bestuderen en verschillende laadsituaties te simuleren die zich voordoen onder fysiologische omstandigheden13. Het gebruik van osteochondrale pinnen biedt een eenvoudig geometriemodel om de tribologie van gewrichtskraakbeen glijden tegen inheemse kraakbeen of een implantaat materiaal14 te onderzoeken en kan verder worden gebruikt in hele gezamenlijke simulatie modellen15. Metaal-op-kraakbeen combinaties tonen versnelde kraakbeen slijtage, extracellulaire matrix verstoring, en verminderde levensvatbaarheid van de cel in de oppervlakkige zone in vergelijking met een kraakbeen-op-kraakbeen koppeling16. Schade aan het kraakbeen deed zich voornamelijk voor in de vorm van delaminatie tussen de oppervlakkige en middelste zones17. De mechanismen die leiden tot kraakbeendegeneratie zijn echter niet volledig begrepen. Dit protocol biedt een uitgebreide analyse van de biosynthetische activiteit van gewrichtskraakbeen. Door de bepaling van metabole activiteit en genexpressieniveaus van katabole genen, kunnen vroege indicaties voor kraakbeenafbraak worden geïdentificeerd. Het voordeel van in vitro tribologische experimenten is dat laadparameters kunnen worden aangepast om verschillende laadomstandigheden na te bootsen.
Daarom is het volgende protocol geschikt om een metaal-op-kraakbeenkoppeling te simuleren, wat een experimenteel hemiarthroplastiemodel vertegenwoordigt.

<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

Osteochondrale defecten bij patiënten van middelbare leeftijd kunnen worden behandeld met focale metalen implantaten. Eerst ontwikkeld voor defecten in het kniegewricht, implantaten zijn nu beschikbaar voor de schouder, heup, enkel en de eerste middenvoetsbeentjephalangeal gewricht. Terwijl het verstrekken van pijnvermindering en klinische verbetering, progressieve degeneratieve veranderingen van het tegengestelde kraakbeen worden waargenomen bij veel patiënten. De mechanismen die tot deze schade leiden, worden niet volledig begrepen. Dit protocol beschrijft een tribologisch experiment om een metaal-op-kraakbeenkoppeling en uitgebreide analyse van het gewrichtskraakbeen te simuleren. Metalen implantaat materiaal wordt getest tegen runderokondaire cilinders als een model voor menselijk gewrichtskraakbeen. Door verschillende belastingen en schuifsnelheden toe te passen, kunnen fysiologische laadomstandigheden worden nagebootst. Om een uitgebreide analyse van de effecten op het gewrichtskraakbeen te bieden, worden histologie, metabolische activiteit en genexpressieanalyse beschreven in dit protocol. Het belangrijkste voordeel van tribologische testen is dat laadparameters vrij kunnen worden aangepast om in vivo omstandigheden te simuleren. Bovendien kunnen verschillende testoplossingen worden gebruikt om de invloed van smering of ontstekingsmiddelen te onderzoeken. Door het gebruik van genexpressieanalyse voor kraakbeenspecifieke genen en katabole genen, kunnen vroege veranderingen in het metabolisme van articulaire chondrocyten in reactie op mechanische belasting worden gedetecteerd.

Het contactgebied en de contactdruk moeten worden bevestigd met behulp van een drukmeetfilm (figuur 1). Fysiologische belastingstoestand kan worden bevestigd door te vergelijken met referentieafdrukken voor gedefinieerde contactdruk. Tijdens het testen wordt de wrijvingscoëfficiënt voortdurend gemonitord. Bij een migratiecontactgebied kan een lage wrijvingscoëfficiënt ten minste 1 uur(figuur 2)worden gehandhaafd. Met behulp van Safranin O kleuring van de ext...

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

Dit protocol beschrijft de voorbereiding, biotribologische testen en analyse van osteochondrale cilinders glijden tegen metalen implantaat materiaal. Uitkomst maatregelen opgenomen in dit protocol zijn metabole activiteit, genexpressie en histologie.

Biotribologische testen en analyse van gewrichtskraakbeen glijden tegen metaal voor implantaten

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

Ons protocol maakt het mogelijk om het schuiven van metaal voor orthopedische implantaten te testen tegen gewrichtskraakbeen en daarmee de effecten van focale implantaten of hemiarthroplastie op de biosynthetische activiteit van bepaalde chondracyten te onderzoeken het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een uitgebreid inzicht biedt in zowel de tribologische eigenschappen als de biologische effecten van mechanische belasting in het kraakbeenkoppeling. Deze techniek kan complimenteren met de klinische bevindingen na chirurgische ingrepen zoals implantatie van een focale metalen implantaten voor de behandeling van een osteochondrale defect van de knie of hemiarthroplastie van de heup. Het aantonen van de procedure zal Christopher Bauer een postdoc van mijn laboratorium hier op de Donau Universiteit.Gebruik een commercieel verkrijgbare reciprocating tribometer met een cilinder op plaat configuratie, verticale laadmogelijkheden en verstelbare belasting en schuifsnelheid. Daarnaast is een vloeibare cel nodig om de tests in een smeeroplossing uit te voeren. Bevestig de osteochondrale cilinders op de onderste monsterhouder met de markering uitgelijnd met de schuifrichting.Begin met het bepalen van de contactdruk in het kobaltchchmmolybdeen op het kraakbeensysteem met behulp van een drukmeetfilm. Plaats de drukmetingsfilm op de interface en pas gedurende 30 seconden een statische belasting toe om de initiële contactdruk, contactgrootte en vorm te bepalen. Monteer de kobalt chroom molybdeencilinders op de bovenste belastingscel.Voeg de testoplossing toe aan de vloeibare cel om de osteochondrale cilinder onder te dompelen en de metalen kraakbeenschuifinterface te bedekken. Stel testparameters in zoals beschreven in normale krachtslag en glijdende snelheid die gedurende de hele test worden gehandhaafd. Begin met het wederkerig schuiven van de metalen cilinder tegen het gewrichtskraakbeen ondergedompeld in de smeeroplossing.Het controleren van de wrijvingscoëfficiënt tijdens het experiment, het einde van het experiment. Verwijder na de beoordelingsperiode de osteochondrale plug uit de monsterhouder en spoel deze op met PBS en bewaar deze in medium tot verdere biologische analyse. Houd de controlemonsters en de testoplossing bij kamertemperatuur gedurende de duur van de test en analyseer ze samen met de monsters die zijn blootgesteld aan mechanische belasting.Plaats, een 24 goed plaat op een schaal en nul. Spoel de osteochondrale plug met PBS en plaats deze in een petrischaaltje. Gebruik vervolgens een scalpel om het kraakbeen uit het transplantaat in één stuk te snijden, het kraakbeen in twee gelijke stukken, zodat het contactgebied gelijkelijk op beide kraakbeenstukken wordt verdeeld en de helft in ongeveer één millimeter blokjes wordt gesneden.Gebruik de tweede helft voor genexpressie analyse overdracht van het gehakt kraakbeen in een put van de bereid op 24 put plaat en bepalen het weefsel gewicht herhaal dit proces voor elk monster en voeg een milliliter groeimedium aan elke put van de plaat. Voeg 500 microliter XTT-oplossing toe aan elke put en meng de plaat vervolgens bij 37 graden Celsius en 5% kooldioxide gedurende vier uur na incubatie verwijder de supernatant en breng deze over naar een vijf milliliter buis. Haal het tetrazoliumproduct eruit door 500 microliter DMSO aan het kraakbeenweefsel in elke put toe te voegen en breng continue agitatie gedurende een uur bij kamertemperatuur aan, verwijder de DMSO-oplossing en trek het met de eerder verzamelde XTT-oplossing.Breng 100 microliter van elk monster in drievouden over naar een 96 putplaat. Gebruik een plaatlezer om de absorptie op een golflengte van 492 nanometer en een referentiegolflengte van 690 nanometer te meten. Om het RNA-gehakt te isoleren, wordt de tweede helft van het kraakbeenweefsel verkregen uit de osteochondrale plug in kleine stukjes overgebracht naar een buis met keramische kralen en 300 microliter van gelicentieerde buffer.Met 1% bèta mercaptoethanol gebruik maken van een commercieel lysaat om het weefsel van toepassing 6, 500 RPM homogeniseren gedurende 20 seconden vier keer met een 20 minuten koeling fase na elke run. Voeg 20 microliter proteinase K en 580 microliter RNAs gratis water toe aan elk monster en vouw ze gedurende 30 minuten uit bij 55 graden Celsius. Centrifugeer de monsters gedurende drie minuten op 10.000 keer G en breng de supernatant over op 1,5 milliliter buizen.Voeg 0,5 volume van 90% ethanol toe aan elke buis en meng vervolgens 700 microliter van het monster naar een RNA-bindingskolom in een twee milliliter opvangbuis en centrifugeer het op 8,000 keer G gedurende 15 seconden. Gooi de doorstroom weg en herhaal de centrifigatiestap voor de rest van het lysaat. Voeg een 350 microliter buffer RW een aan de kolom.Centrifuge het op 8.000 keer G gedurende 15 seconden en gooi de flow-through. Meng 10 microliter DNA-voorraadoplossing en 70 microliter buffer RDD. Voeg de oplossing toe aan het RNA-zuiveringsmembraan en broed deze gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur en voeg vervolgens 350 microliter buffer RW één aan de kolom toe.Centrifuge het op 8,000 keer G gedurende 15 seconden en gooi de flow-through voeg 500 microliters van buffer RPE aan de RNA zuivering kolom en Centrifuge het op 8, 000 keer G gedurende 15 seconden gooi de stroom door en om nog eens 500 microliter buffer RPE toe te voegen aan de RNA-zuiveringskolom en vervolgens te centrifugeren op 8,000 keer G gedurende twee minuten plaats de kolom in een nieuwe 1,5 milliliter collectie buis en voeg 30 microliter van RNAs gratis water centrifugeren de buis op 8.000 keer G gedurende een minuut, om de RNA gesynthetiseerd cDNA te zinspelen met behulp van een commerciële kit ontdooien en meng alle regio's, voeg de RNA monster en de reactie en de thermische cycler zoals beschreven in de tekst manuscript. Voeg negen microliters van RTQ PCR master mix, en een microliter van cDNA aan elke put van een 96 put plaat met elk monster in drievouden gloeit de PCR plaat met plafondolie en centrifugeren op 877 keer G gedurende 10 minuten op vier graden Celsius uit te voeren RTQ PCR en een precisie en thermische cycler. Volgens de aanwijzingen van het manuscript.Voorafgaand aan het testen van het contactgebied en de contactdruk op de metalen kraakbeeninterface moet worden bevestigd met behulp van een drukmeetfolie. Fysiologische belastingstoestand kan vervolgens worden bevestigd door de verkregen afdruk te vergelijken met referentie gevolgtrekking voor gedefinieerd contact Een lage wrijvingscoëfficiënt kan ten minste één uur worden gehandhaafd met een migratiecontactgebied. De extracellulaire matrixsamenstelling en -structuur kan worden bepaald met saffraan en O-kleuring.De intensiteit van saffraan en O-kleuring is evenredig aan het proteoglycangehalte. De proteoglycan inhoud varieert over het gewrichtsoppervlak, maar moet uniform zijn in de weefselsectie in basislijnmonsters, tonen extractie van glycosaminoglycanen die kunnen worden tegengegaan door mechanische belasting. De metabolische activiteit van de runderarticulaire chondracyten is onafhankelijk van de oogstplaats, maar vertoont een toename met mechanische belasting.De genexpressieniveaus van kraakbeenspecifieke genen verhoogden met fysiologische belastingsomstandigheden. Terwijl katabole genen zijn up-geregeld met stationaire contactgebied. Na deze procedure kan aanvullende analyse worden uitgevoerd, waaronder de bepaling van kraakbeenwebproducten en analyse van gewrichtsoppervlakken met behulp van scanning elektronenmicroscopie en verder proberen we de smering van gewrichtscartilage in verschillende tribologische combinaties te optimaliseren.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

Een nieuwe toepassing van musculoskeletale echografie

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

Technieken voor verwerking Ogen geïmplanteerd met een Retina Prothese voor gelokaliseerde Histopathologisch Analyse: Part 2 Epiretinal Implantaten met Retina Kopspijkers

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

Proximale Cadaveric Femur Voorbereiding voor Fracture Sterkte Testen en Kwantitatieve CT-gebaseerde 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

Mondelinge Biofilm vorming op verschillende materialen voor tandheelkundige implantaten

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

Handheld metaaldetector Screening voor metalen vreemd lichaam inname bij kinderen

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

Hemocompatibiliteittesten van bloedcontactimplantaten in een Flow Loop-model dat menselijke bloedstroom nabootst

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

Nieuwe percutane benadering voor de inzet van 3D-geprinte coronaire stenose implantaten in varkensmodellen van ischemische hart-en vaatziekten

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-planning en -print van patiëntspecifieke implantaten voor de reconstructie van bony-defecten

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

Behandeling van gezichtsmisvormingen met behulp van 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten

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