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

מחקר זה מומן על ידי NÖ Forschungs- ו Bildungsges.m.b.H. והממשלה המחוזית של אוסטריה התחתונה באמצעות שיחות מדעי החיים (מזהה פרויקט: LSC15-019) ועל ידי תוכנית שביט האוסטרית (פרויקט K2 XTribology, גרנט מס' 849109).

1. הכנת צילינדרים מתכתיים
<ol><li>נתח מוטות קובלט-כרום-מוליבדן גלילי (CoCrMo) הממלאים את המפרטים הסטנדרטיים עבור שתלים כירורגיים עבור ההרכב הכימי שלהם באמצעות סריקת מיקרוסקופאלקטרונים (SEM) עם ספקטרוסקופיית רנטגן פיזור אנרגיה לכל פרוטוקול היצרן כדי לאשר ערכים שסופקו. הערה: ההרכב היסודי של סגסו...

<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>

שתלים מתכתיים מוקד מייצגים הליך הצלה עבור פגמים osteochondral, במיוחד בחולים בגיל העמידה ולאחר טיפול ראשוני נכשל. למרות מחקרים קליניים הראו תוצאות מבטיחות לטווח קצר, סיבוך שנצפה אחד הוא נזק לסחוס היריב, יליד10. מחקרים ביומכניים וגווייה מראים ראיות ברורות לכך שהשתלה נכונה עם מיקום שט...

הטיפול בפגמים אוסטאוכונדרליים הוא תובעני ודורש ניתוח במקרים רבים. עבור נגעים osteochondral מוקד בחולים בגיל העמידה, שתלים מתכתיים מוקד הם אופציה בת קיימא, במיוחד לאחר כישלון של טיפול ראשוני, כמו גירוי מח עצם (BMS) או השתלת chondrocyte אוטולוגי (ACI)1. החלפת משטח חלקית יכולה להיחשב הליכי הצלה שיכולים להפחית את הכאב ולשפר את טווח התנועה2. שתלים אלה מורכבים בדרך כלל מסגסוגת CoCrMo והם זמינים בגדלים שונים ותצורות היסט כדי להתאים את האנטומיה הרגילה3. בעוד שפותחה בתחילה עבור פגמים על condyle הירך המדלה בברך, שתלים כאלה זמינים כעת בשימוש עבור הירך, הקרסול, הכתף, ואתהמרפק 4,5,6. לתוצאה משביעת רצון, חיוני להעריך את היישור המפרק המכני ואת מצב הסחוס הנגדי. יתר על כן, השתלה נכונה ללא בהלת השתל הוכח להיות בסיסי7.
מחקרים קליניים הראו תוצאות מצוינות לטווח קצר במונחים של הפחתת כאב ושיפור התפקוד בחולים בגיל העמידה במקומותשונים 5,6,8. בהשוואה להשתלת אלוגרפט, שתלי מתכת מוקד מאפשרים מיסב משקל מוקדם. עם זאת, הסחוס המנוגד לדלקת פרקים הראה בלאי מואץ במספר ניכר שלחולים 9,10. לפיכך, גם עם מיקום נכון, במקרים רבים ניוון של הסחוס היליד נראה בלתי נמנע, בעוד המנגנונים הבסיסיים נשארים לא ברורים. שינויים ניווניים דומים נצפו לאחר hemiarthroplasty דו קוטבי שלהירך 11 וגדלו עם פעילותוטעינה 12.
ניסויים טריבולוגיים מספקים את האפשרות ללמוד זיווגים כאלה במבחנה ולמדמה מצבי טעינה שונים המתרחשים בתנאים פיזיולוגיים13. השימוש סיכות אוסטאוכונדרלי מציע מודל גיאומטריה פשוט לחקור את הטריבולוגיה של סחוס מפרקים הזזה נגד סחוס מקורי או כל חומרשתל 14, עשוי לשמש עוד במודלים סימולציה משותפתשלמה 15. זיווגים מתכת על סחוס להראות בלאי סחוס מואץ, שיבוש מטריצה חוץ תאית, וכדאיות תאים מופחתת באזור שטחי לעומת סחוס על סחוסזיווג 16. נזק לסחוס נגרם בעיקר בצורת התבססות בין האזורים שטחיים ואמצעיים17. עם זאת, המנגנונים המובילים ניוון סחוס אינם מובנים במלואם. פרוטוקול זה מספק ניתוח מקיף של הפעילות הביוסינתטית של סחוס מבעית. על ידי קביעת פעילות מטבולית ורמות ביטוי גנים של גנים קטבוליים, אינדיקציות מוקדמות להתמוטטות סחוס עשוי להיות מזוהה. היתרון של ניסויים במבחנה tribological הוא כי פרמטרים טעינה ניתן להתאים לחקות תנאי טעינה שונים.
לפיכך, הפרוטוקול הבא מתאים לדמות זיווג מתכת על סחוס, המייצג מודל hemiarthroplasty ניסיוני.

<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

פגמים אוסטאוכונדריים בחולים בגיל העמידה עשויים להיות מטופלים עם שתלים מתכתיים מוקד. פותח לראשונה עבור פגמים במפרק הברך, שתלים זמינים כעת עבור הכתף, הירך, הקרסול ואת מפרק כף הרגל הראשון. בעוד מתן הפחתת כאב ושיפור קליני, שינויים ניווניות מתקדמים של הסחוס היריב נצפו בחולים רבים. המנגנונים המובילים לנזק זה אינם מובנים במלואם. פרוטוקול זה מתאר ניסוי טריבולוגי כדי לדמות זיווג מתכת על סחוס וניתוח מקיף של סחוס מתוך המוח. חומר שתל מתכת נבדק נגד צילינדרים אוסטאוכונדרליים של בקר ים ותודל לסחוס מפרקים אנושי. על ידי החלת עומסים שונים ומהירויות הזזה שונות, ניתן לחקות תנאי טעינה פיזיולוגיים. כדי לספק ניתוח מקיף של ההשפעות על סחוס מבעת המוח, הישטולוגיה, פעילות מטבולית וניתוח ביטוי גנים מתוארים בפרוטוקול זה. היתרון העיקרי של בדיקות טריבולוגיות הוא כי פרמטרים טעינה ניתן להתאים בחופשיות כדי לדמות בתנאי vivo. יתר על כן, פתרונות בדיקה שונים עשויים לשמש כדי לחקור את ההשפעה של שימון או סוכנים פרו דלקתיים. באמצעות ניתוח ביטוי גנים עבור גנים ספציפיים סחוס וגנים קטבוליים, שינויים מוקדמים בחילוף החומרים של כולתוציטים מבעבעים בתגובה לטעינה מכנית עשויים להתגלות.

יש לאשר את אזור המגע ולחץ המגע באמצעות סרט מדידת לחץ(איור 1). ניתן לאשר מצב טעינה פיזיולוגי על-ידי השוואה עם הטבעות ייחוס ללחצי מגע מוגדרים. במהלך הבדיקה, מקדם החיכוך מנוטר כל הזמן. עם אזור מגע נודד, ניתן לשמור על מקדם חיכוך נמוך למשך שעה אחת לפחות(איור 2). באמצע...

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

פרוטוקול זה מתאר את ההכנה, בדיקות ביוטריבולוגיות, וניתוח של צילינדרים אוסטאוכונדרליים הזזה נגד חומר שתל מתכת. אמצעי התוצאה הכלולים בפרוטוקול זה הם פעילות מטבולית, ביטוי גנים והישטולוגיה.

בדיקות וניתוח ביוטריבולוגי של סחוס ארטיקולר מחליק נגד מתכת עבור שתלים

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

הפרוטוקול שלנו מאפשר לבדוק את ההזזה של מתכת עבור שתלים אורתופדיים נגד סחוס פרקי ובכך לחקור את ההשפעות של שתלים מוקדיים או hemiarthroplasty על הפעילות הביוסינתטית של כונדראציטים מסוימים היתרון העיקרי של טכניקה זו היא שהיא מספקת תובנה מקיפה הן את המאפיינים הטריובולוגיים ואת ההשפעות הביולוגיות של טעינה מכנית זיווג הסחוס. טכניקה זו עשויה להחמיא לממצאים הקליניים לאחר ניתוחים כמו השתלת שתלים מתכתיים מוקדיים לטיפול בפגם אוסטאוכונדרלי של הברך או hemiarthroplasty של הירך. הדגמת ההליך תהיה כריסטופר באוור פוסט-דוק מהמעבדה שלי כאן באוניברסיטת הדנובה.השתמשו בטריבומטר הדדי מסחרי עם צילינדר בתצורת לוח, יכולות טעינה אנכית ומהירות טעינה מתכווננת. בנוסף, נדרש תא נוזלי כדי לבצע את הבדיקות בתספורת סיכה. תקן את הצילינדרים האוסטיאוכונדראליים במחזיק הדגימה התחתון עם הסימון המיושר עם כיוון ההזזה.התחל בקביעת לחץ המגע בכרום מוליבסנום קובלט על מערכת הסחוס באמצעות סרט מדידת לחץ. מקם את סרט מדידת הלחץ בממשק, והחל עומס סטטי למשך 30 שניות כדי לקבוע לחץ מגע ראשוני, גודל מגע וצורה. הר את צילינדרים כרום מוליבדום קובלט על תא העומס העליון.מוסיפים את פתרון הבדיקה לתא הנוזלי כדי להטביע את הצילינדר האוסטיאוכונדראלי ולכסות את ממשק ההזזה של סחוס המתכת. הגדר פרמטרי בדיקה כגון מתוארים במשיטת כוח רגילה ומהירות הזזה אשר יישמרו לאורך כל הבדיקה. התחל החלקה הדדית של גליל המתכת נגד הסחוס המותק שקוע בתספור הסיכה.ניטור מקדם החיכוך לאורך כל הניסוי, לסיים את הניסוי. לאחר תקופת בדיקת הרצון להסיר את התקע osteochondral ממחזיק המדגם לשטוף אותו עם PBS ולאחסן אותו בינוני עד ניתוח ביולוגי נוסף. יש לשמור על דגימות הבקרה ופתרון הבדיקות בטמפרטורת החדר למשך הבדיקה ולנתח אותן יחד עם הדגימות שנחשפו לטעינה מכנית.מניחים, צלחת 24 באר בקנה מידה ואפס אותו. שוטפים את התקע האוסטיאוכונדרל עם PBS ומ מניחים אותו בצלחת פטרי. לאחר מכן השתמש אזמל לחתוך את הסחוס מן השתל בחתיכה אחת חציית הסחוס בשני חלקים שווים, כך אזור המגע מחולק באותה מידה על שתי חתיכות הסחוס טחון חצי אחד לחתיכות קוביות מילימטר בערך.השתמש במחצית השנייה לניתוח ביטוי גנים להעביר את הסחוס טחון לתוך באר אחת של מוכן ב 24 צלחת היטב ולקבוע את משקל הרקמה לחזור על תהליך זה עבור כל מדגם ולהוסיף מיליליטר אחד של צמיחה בינוני לכל באר של הצלחת. מוסיפים 500 מיקרוליטרים של פתרון XTT לכל באר ומערבבים ואז דוגרים את הצלחת ב-37 מעלות צלזיוס ו-5% פחמן דו-חמצני במשך ארבע שעות לאחר הדגירה מסירים את העל-טבעי ומעבירים אותו לצינור של חמישה מיליליטר. לחלץ את המוצר tetrazolium על ידי הוספת 500 microliters של DMSO לרקמת הסחוס בכל באר ולהחיל תסיסה רציפה במשך שעה אחת בטמפרטורת החדר, להסיר את פתרון DMSO ולמשוך אותו עם פתרון XTT שנאסף בעבר.מעבירים 100 מיקרוליטרים של כל דגימה בטריליקטים לצלחת של 96 בארות. השתמש בקורא לוחות כדי למדוד את הספיגה באורך גל של 492 ננומטר, ואורך גל התייחסות של 690 ננומטר. כדי לבודד את RNA טחון המחצית השנייה של רקמת הסחוס המתקבלת תקע osteochondral לחתיכות קטנות להעביר את הרקמה לצינור המכיל חרוזים קרמיים 300 microliters של חיץ מורשה.עם 1%beta mercaptoethanol להשתמש lysate מסחרי כדי הומוגניזציה הרקמה החלת 6, 500 סל"ד במשך 20 שניות ארבע פעמים עם שלב קירור 20 דקות לאחר כל ריצה. הוסיפו 20 מיקרוליטרים של חלבון K ו-580 מיקרוליטרים של מים חופשיים של RNAs לכל דגימה, והדגירה אותם ב-55 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. צנטריפוגה הדגימות במשך שלוש דקות ב 10, 000 פעמים G ולהעביר את העל טבעי ל 1.5 צינורות מיליליטר.מוסיפים 0.5 כרכים של 90%אתנול לכל צינור ומערבבים ואז מעבירים 700 מיקרוליטרים של המדגם לעמודת איגוד RNA בצינור איסוף של שני מיליליטר וצנטריפוגה ב-8,000 פעמים G למשך 15 שניות. השלך את הזרימה דרך ולחזור על שלב הצנטריפוגה לשאר lysate. הוסף עמודה 350 מיקרוליטרים של RW של מאגר.צנטריפוגה זה ב 8, 000 פעמים G במשך 15 שניות ולהשליך את הזרימה דרך. מערבבים 10 מיקרוליטרים של פתרון מלאי DNA ו-70 מיקרוליטרים של RDD של חיץ. מוסיפים את הפתרון לממברנה לטיהור RNA וגוררים אותו בטמפרטורת החדר במשך 15 דקות ואז מוסיפים 350 מיקרוליטרים של מאגר RW אחד לעמודה.צנטריפוגה זה ב 8, 000 פעמים G במשך 15 שניות ולזרוק את הזרימה דרך להוסיף 500 microliters של RPE חיץ לעמודת טיהור RNA וצנטריפוגה אותו ב 8, 000 פעמים G במשך 15 שניות להשליך את הזרימה דרך ולהוסיף עוד 500 microliters של RPE חיץ לעמודה טיהור RNA ואז צנטריפוגה אותו ב 8, 000 פעמים G במשך שתי דקות למקם את העמודה בצינור אוסף חדש 1.5 מיליליטר ולהוסיף 30 microliters של RNAs צנטריפוגה מים חינם הצינור ב 8, 000 פעמים G לדקה אחת, כדי לדגום את cDNA מסונתז RNA באמצעות ערכת מסחרי להפשיר ולערבב את כל האזורים, להוסיף את דגימת RNA ולבצע את התגובה ואת האופניים התרמיים כמתואר בכתב היד טקסט. הוסף תשעה microliters של RTQ PCR לערבב הראשי, ומיקרוליטר אחד של cDNA לכל באר של צלחת 96 גם עם כל מדגם ב triplicates זוהר צלחת PCR עם שמן תקרה צנטריפוגה זה 877 פעמים G במשך 10 דקות בארבע מעלות צלזיוס לבצע RTQ PCR ו רוכב מחזור דיוק תרמי. לפי הוראות כתב היד.לפני בדיקת אזור המגע ולחץ המגע בממשק הסחוס ממתכת יש לאשר באמצעות סרט מדידת לחץ. לאחר מכן ניתן לאשר את מצב הטעינה הפיזיולוגי על ידי השוואת ההטבעה המתקבלת עם מסקנת הפניה למגע מוגדר מקדם חיכוך נמוך יכול להישמר לפחות שעה אחת עם אזור מגע נודד. הרכב ומבנה מטריצה חוץ תאית ניתן לקבוע עם זעפרן וכתמי O.עוצמת הזעפרן וכתמי O פרופורציונלית לתוכן הפרוטוגליקני. התוכן proteoglycan משתנה על פני השטח של כלי הדם אבל צריך להיות אחיד לאורך כל סעיף הרקמה בדגימות בסיסיות, להראות מיצוי של glycosaminoglycans אשר ניתן לנטרל על ידי טעינה מכנית. פעילות מטבולית של כונדריקיטים פרקי שור אינה תלויה באתר הקציר אך מראה עלייה עם טעינה מכנית.רמות ביטוי הגנים של גנים ספציפיים לסחוס עלו עם תנאי טעינה פיזיולוגיים. בעוד גנים קטבוליים הם up-regulated עם אזור מגע נייח. בעקבות הליך זה, ניתוח נוסף יכול להתבצע כולל קביעת מוצרי אינטרנט סחוס וניתוח של משטח articular באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה, יתר על כן אנו מנסים לייעל שימון של סחוס פרקים זיווגים טריבולוגיים שונים.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

יישום רומן של השלד והשרירים אולטראסאונד הדמיה

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

טכניקות לעיני עיבוד מושתלים בתותב רשתית למותאם למקום Histopathological ניתוח: חלק 2 Epiretinal שתלים עם נעצי רשתית

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

הכנת עצם הירך הפרוקסימלי cadaveric לשבר חוזק בדיקה כמותית CT מבוססי ניתוח אלמנטים סופיים

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

ביופילמים אוראלי על חומרים שונים עבור שתלים דנטליים

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

גלאי מתכות ידני הקרנה של גוף זר מתכתי בליעה בילדים

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

בדיקות הומותאימות של דם-יצירת קשר שתלים בלופ זרימה לולאה דגם מחקה זרימת הדם האנושית

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

רומן פרעורית הגישה לפריסה של 3D הודפס שתלים היצרות כלילית בתוך מודלים החזירים של מחלת לב איסכמי

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

תכנון והדפסה של שתלים ספציפיים לחולה לשיקום מומים גרמיות

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

טיפול מומים פנים באמצעות תכנון תלת-ממד והדפסה של שתלים ספציפיים למטופל

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