Name: biotribological testing and analysis of articular cartilage sliding against metal for implants
Uploaded: 2020-05-14T15:00:00
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Cette recherche a été financée par NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. et le gouvernement provincial de Basse-Autriche par le biais des appels en sciences de la vie (Id du projet : LSC15-019) et par le programme autrichien COMET (Projet K2 XTribology, Subvention no 849109).

1. Préparation de cylindres métalliques
<ol><li>Analyser les tiges cylindriques cobalt-chrome-molybdène (CoCrMo) en respectant les spécifications standard s’il s’agit d’implants chirurgicaux pour leur composition chimique à l’aide de microscopie électronique à balayage (SEM) avec spectroscopie radiographique dispersive par protocole du fabricant pour confirmer les valeurs fournies. REMARQUE: La composition élémentaire de l’alliage CoCrMo utilisé pour cette expérience est de 65% Co, 28% Cr, 5% Mo...

<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>

Les implants métalliques focaux représentent une procédure de récupération pour des défauts osteochondral, particulièrement dans les patients entre deux âges et après traitement primaire échoué. Bien que les études cliniques aient démontré des résultats prometteurs à court terme, une complication observée est dommages au cartilage indigène opposé10. Les études cadavériques et biomécaniques montrent clairement que l’implantation correcte avec un positionnement plat ou légè...

Le traitement des défauts ostéochondral est exigeant et exige la chirurgie dans beaucoup de cas. Pour les lésions ostéochondral focales chez les patients d’âge moyen, les implants métalliques focaux sont une option viable, surtout après l’échec du traitement primaire, comme la stimulation de la moelle osseuse (BMS) ou l’implantation autologue de chondrocytes (ACI)1. Les remplacements partiels de surface peuvent être considérés comme des procédures de récupération qui peuvent réduire la douleur et améliorer l’étendue dumouvement 2. Ces implants sont généralement composés d’un alliage CoCrMo et sont disponibles en différentes tailles et configurations offset pour correspondre à l’anatomie normale3. Alors qu’initialement développé pour les défauts sur le condyle fémoral médial dans le genou, ces implants sont maintenant disponibles et en usage pour la hanche, la cheville, l’épaule etle coude 4,5,6. Pour un résultat satisfaisant, il est crucial d’évaluer l’alignement articulaire mécanique et l’état du cartilage adverse. En outre, l’implantation correcte sans saillie de l’implant s’est montrée fondamentale7.
Les études cliniques ont démontré d’excellents résultats à court terme en termes de réduction de la douleur et d’amélioration de la fonction chez les patients d’âgemoyen pour divers endroits 5,6,8. Comparés à l’implantation d’allogreffe, les implants métalliques focaux permettent un port précoce du poids. Cependant, le cartilage articulaire opposé a montré l’usure accélérée dans un nombre considérable de patients9,10. Par conséquent, même avec le placement approprié, dans beaucoup de cas la dégénérescence du cartilage indigène semble inévitable, alors que les mécanismes sous-jacents restent peu clairs. Des changements dégénératifs similaires ont été observés après l’hémiarthroplastie bipolaire dela hanche 11 et sont augmentés avec l’activité et lechargement 12.
Les expériences tribologiques offrent la possibilité d’étudier de tels appariements in vitro et de simuler différentes situations de chargement se produisant dans des conditionsphysiologiques 13. L’utilisation d’épingles ostéochondral offre un modèle de géométrie simple pour étudier la tribologie du cartilage articulaire glissant contre le cartilage indigène ou tout matériel d’implant14 et pourrait encore être employé dans les modèles entiers de simulationcommune 15. Les appariements métal-sur-cartilage montrent l’usure accélérée de cartilage, la perturbation extracellulaire de matrice, et la viabilité diminuée de cellules dans la zone superficielle comparée à un appariement de cartilage-sur-cartilage16. Les dommages au cartilage se sont produits principalement sous forme de délamination entre les zones superficielles et moyennes17. Cependant, les mécanismes menant à la dégénérescence de cartilage ne sont pas entièrement compris. Ce protocole fournit une analyse complète de l’activité biosynthétique du cartilage articulaire. Par la détermination de l’activité métabolique et des niveaux d’expression de gène des gènes cataboliques, des indications tôt pour la panne de cartilage pourraient être identifiées. L’avantage des expériences tribologiques in vitro est que les paramètres de chargement peuvent être ajustés pour imiter diverses conditions de chargement.
Par conséquent, le protocole suivant est approprié pour simuler un appariement métal-sur-cartilage, représentant un modèle expérimental d’hémiarthroplastie.

<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

Les défauts ostéochondral dans les patients entre deux âges pourraient être traités avec des implants métalliques focaux. D’abord développés pour des défauts dans l’articulation du genou, les implants sont maintenant disponibles pour l’épaule, la hanche, la cheville et la première articulation métatarsalphalangeal. Tout en fournissant la réduction de douleur et l’amélioration clinique, des changements dégénératifs progressifs du cartilage opposé sont observés dans beaucoup de patients. Les mécanismes menant à ces dommages ne sont pas entièrement compris. Ce protocole décrit une expérience tribologique pour simuler un appariement métal-sur-cartilage et une analyse complète du cartilage articulaire. Le matériel d’implant métallique est testé contre les cylindres ostéochondral bovins comme modèle pour le cartilage articulaire humain. En appliquant différentes charges et vitesses de glissement, les conditions physiologiques de chargement peuvent être imitées. Pour fournir une analyse complète des effets sur le cartilage articulaire, l’histologie, l’activité métabolique et l’analyse d’expression de gène sont décrites dans ce protocole. Le principal avantage des essais tribologiques est que les paramètres de chargement peuvent être ajustés librement pour simuler des conditions in vivo. En outre, différentes solutions d’essai pourraient être utilisées pour étudier l’influence de la lubrification ou des agents pro-inflammatoires. En utilisant l’analyse de l’expression génétique pour les gènes spécifiques au cartilage et les gènes cataboliques, des changements précoces dans le métabolisme des chondrocytes articulaires en réponse à la charge mécanique pourraient être détectés.

La zone de contact et la pression de contact doivent être confirmées à l’aide d’un film de mesure dela pression ( figure 1). L’état physiologique de chargement peut être confirmé en comparant avec des empreintes de référence pour des pressions de contact définies. Pendant les essais, le coefficient de frottement est surveillé en permanence. Avec une zone de contact migrante, un faible coefficient de frottement peut être maintenu pendant au moins 1 h (fig...

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

Ce protocole décrit la préparation, les essais biotribologiques et l’analyse des cylindres ostéochondral glissant contre le matériel d’implant métallique. Les mesures des résultats incluses dans ce protocole sont l’activité métabolique, l’expression des gènes et l’histologie.

Essais et analyse biotribologiques du cartilage articulaire glissant contre le métal pour les implants

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

Notre protocole permet de tester le glissement du métal pour les implants orthopédiques contre le cartilage articulaire et ainsi d’étudier les effets des implants focaux ou de l’hémiarthroplastie sur l’activité biosynthétique de chondracytes particuliers le principal avantage de cette technique est qu’elle fournit un aperçu complet à la fois des propriétés tribologiques et des effets biologiques de la charge mécanique dans l’appariement du cartilage. Cette technique pourrait compléter les résultats cliniques après des procédures chirurgicales comme l’implantation d’un implant métallique focal pour traiter un défaut ostéochondral du genou ou l’hémiarthroplastie de la hanche. Christopher Bauer, postdoc de mon laboratoire ici à l’Université du Danube, fera la démonstration de la procédure.Utilisez un tribomètre réciproque disponible dans le commerce avec un cylindre sur la configuration de la plaque, des capacités de chargement verticale et une charge réglable et une vitesse de glissement. En outre, une cellule liquide est nécessaire pour effectuer les tests dans une solution lubrifiante. Fixer les cylindres ostéochondral sur le support inférieur de l’échantillon avec le marquage aligné avec la direction coulissante.Commencez par déterminer la pression de contact dans le molybdène de chrome cobalt sur le système cartilagineux à l’aide d’un film de mesure de pression. Placez le film de mesure de pression à l’interface et appliquez une charge statique pendant 30 secondes pour déterminer la pression initiale de contact, la taille et la forme du contact. Montez les cylindres de molybdène de chrome cobalt sur la cellule de charge supérieure.Ajoutez la solution d’essai dans la cellule liquide pour submerger le cylindre ostéochondral et couvrir l’interface coulissante du cartilage métallique. Définissez des paramètres d’essai tels que décrits dans la course de force normale et la vitesse de glissement qui seront maintenus tout au long de l’essai. Commencez à glisser réciproquement le cylindre métallique contre le cartilage articulaire immergé dans la solution lubrifiante.Surveiller le coefficient de friction tout au long de l’expérience, mettre fin à l’expérience. Après la période d’essai du désir, retirez la fiche ostéochondrale du porte-échantillon rincez-la avec du PBS et rangez-la en milieu jusqu’à une analyse biologique plus poussée. Gardez les échantillons de contrôle et la solution d’essai à température ambiante pendant toute la durée de l’essai et analysez-les avec les échantillons qui ont été exposés à la charge mécanique.Placer, une plaque de 24 puits sur une échelle et zéro. Rincez le bouchon ostéochondral avec du PBS et placez-le dans une boîte de Pétri. Ensuite, utilisez un scalpel pour couper le cartilage de la greffe en une seule pièce couper le cartilage en deux morceaux égaux de sorte que la zone de contact est également répartie sur les deux morceaux de cartilage et de hacher la moitié en environ un millimètre en cubes morceaux.Utilisez la deuxième moitié pour l’analyse de l’expression génétique transférer le cartilage haché dans un puits de la plaque de puits préparé à 24 et de déterminer le poids des tissus répéter ce processus pour chaque échantillon et ajouter un millilitre de milieu de croissance à chaque puits de la plaque. Ajouter 500 microlitres de solution XTT à chaque puits et mélanger puis incuber la plaque à 37 degrés Celsius et 5% de dioxyde de carbone pendant quatre heures après l’incubation enlever le supernatant et le transférer dans un tube de cinq millilitres. Extraire le produit tétrazolium en ajoutant 500 microlitres de DMSO au tissu cartilagineux dans chaque puits et appliquer une agitation continue pendant une heure à température ambiante, enlever la solution DMSO et le tirer avec la solution XTT précédemment recueillies.Transférer 100 microlitres de chaque échantillon en triplicates dans une plaque de puits de 96. Utilisez un lecteur de plaque pour mesurer l’absorption à une longueur d’onde de 492 nanomètres, et une longueur d’onde de référence de 690 nanomètres. Pour isoler l’ARN émincer la deuxième moitié du tissu cartilagineux obtenu à partir de la fiche ostéochondral en petits morceaux transférer le tissu à un tube contenant des perles de céramique et 300 microlitres de tampon autorisé.Avec 1%bêta mercaptoéthanol utiliser un lysate commercial pour homogénéiser le tissu en appliquant 6500 RPM pendant 20 secondes quatre fois avec une phase de refroidissement de 20 minutes après chaque course. Ajouter 20 microlitres de proteinase K et 580 microlitres d’eau libre d’ARN à chaque échantillon, et les incuber à 55 degrés Celsius pendant 30 minutes. Centrifuger les échantillons pendant trois minutes à 10 000 fois G et transférer le supernatant dans des tubes de 1,5 millilitre.Ajouter 0,5 volume de 90% d’éthanol à chaque tube et mélanger puis transférer 700 microlitres de l’échantillon à une colonne de liaison ARN dans un tube de collecte de deux millilitres et le centrifuger à 8000 fois G pendant 15 secondes. Jetez le flow-through et répétez l’étape de centrifugation pour le reste du lysate. Ajoutez un 350 microlitres de tampon RW à la colonne.Centrifugez-le à 8000 fois G pendant 15 secondes et jetez le flux. Mélangez 10 microlitres de solution de stock d’ADN et 70 microlitres de RDD tampon. Ajouter la solution à la membrane de purification de l’ARN et l’incuber à température ambiante pendant 15 minutes, puis ajouter 350 microlitres de tampon RW un à la colonne.Centrifugez-le à 8000 fois G pendant 15 secondes et jetez le flow-through ajouter 500 microlitres de RPE tampon à la colonne de purification de l’ARN et centrifugeuse à 8, 000 fois G pendant 15 secondes jeter le flux à travers et d’ajouter un autre 500 microlitres de RPE tampon à la colonne de purification de l’ARN, puis le centrifuger à 8000 fois G pendant deux minutes placer la colonne dans un nouveau tube de collecte de 1,5 millilitre et ajouter 30 microlitres de Les ARN libèrent la centrifugeuse d’eau du tube à 8 000 fois G pendant une minute, pour faire allusion à l’ARN synthétisé cDNA à l’aide d’un kit commercial dégeler et mélanger toutes les régions, ajouter l’échantillon d’ARN et effectuer la réaction et le cycleur thermique tel que décrit dans le manuscrit du texte. Ajoutez neuf microlitres de mélange principal RTQ PCR, et un microlitre de cDNA à chaque puits d’une plaque de puits de 96 avec chaque échantillon en triplicates brille la plaque PCR avec de l’huile de plafond et centrifugeuse à 877 fois G pendant 10 minutes à quatre degrés Celsius effectuer RTQ PCR et un cycler de précision et thermique. Selon les instructions manuscrites.Avant de tester la zone de contact et la pression de contact à l’interface du cartilage métallique doit être confirmée à l’aide d’un film de mesure de pression. L’état physiologique de chargement peut alors être confirmé en comparant l’empreinte obtenue avec l’inférence de référence pour le contact défini Un faible coefficient de frottement peut être maintenu pendant au moins une heure avec une zone de contact migrante. La composition et la structure extracellulaires de matrice peuvent être déterminées avec le safran et la coloration d’O.L’intensité de la coloration du safran et de l’O est proportionnelle à la teneur en protéoglycane. La teneur en protéoglycanes varie sur la surface articulaire, mais doit être uniforme dans toute la section tissulaire dans les échantillons de base, montrer l’extraction de glycosaminoglycans qui peuvent être neutralisé par la charge mécanique. L’activité métabolique des chondracytes articulaires bovins est indépendante du site de récolte, mais montre une augmentation avec la charge mécanique.Les niveaux d’expression génique des gènes spécifiques au cartilage ont augmenté avec des conditions physiologiques de chargement. Alors que les gènes cataboliques sont régulés avec une zone de contact stationnaire. Après cette procédure, l’analyse supplémentaire peut être exécutée comprenant la détermination des produits de toile de cartilage et l’analyse de la surface articulaire utilisant la microscopie électronique de balayage et en outre nous essayons d’optimiser la lubrification du cartilage articulaire dans divers appariements tribologiques.

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