Name: biotribological testing and analysis of articular cartilage sliding against metal for implants
Uploaded: 2020-05-14T15:00:00
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Questa ricerca è stata finanziata da NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. e il governo provinciale della Bassa Austria attraverso i Life Science Calls (Project ID: LSC15-019) e dal Programma AUSTRIACO COMET (Progetto K2 XTribology, Grant n. 849109).

1. Preparazione di cilindri metallici
<ol><li>Analizza le aste cilindriche cobalto-cromo-molibdeno (CoCrMo) che soddisfano le specifiche standard per gli impianti chirurgici per la loro composizione chimica utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM) con spettroscopia a raggi X dispersiva di energia per protocollo del produttore per confermare i valori forniti. NOTA: La composizione elementare della lega CoCrMo utilizzata per questo esperimento è 65% Co, 28% Cr, 5% Mo e 2% altri.</li>
	<li>Macinare a u...

<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>

Gli impianti metallici focali rappresentano una procedura di recupero per difetti osteocondrali, specialmente nei pazienti di mezza età e dopo un trattamento primario fallito. Sebbene gli studi clinici hanno dimostrato risultati promettenti a breve termine, una complicanza osservata è il danno alla cartilagine nativaopposta 10. Studi catastali e biomeccanici mostrano chiare prove che un corretto impianto con posizionamento piatto o leggermente incassato mantiene pressioni di contatto naturali<su...

Il trattamento dei difetti osteocondrali è impegnativo e richiede un intervento chirurgico in molti casi. Per le lesioni osteocondrali focali nei pazienti di mezza età, gli impianti metallici focali sono un'opzione praticabile, specialmente dopo il fallimento del trattamento primario, come la stimolazione del midollo osseo (BMS) o l'impianto di condrociti autologi (ACI)1. Le sostituzioni parziali della superficie possono essere considerate procedure di recupero che possono ridurre il dolore e migliorare la gamma dimovimento 2. Questi impianti sono tipicamente composti da una lega CoCrMo e sono disponibili in diverse dimensioni e configurazioni offset per adattarsi alla normale anatomia3. Sebbene inizialmente sviluppati per difetti sul condilo femorale mediale nel ginocchio, tali impianti sono ora disponibili e in uso per l'anca, la caviglia, la spalla e ilgomito 4,5,6. Per un risultato soddisfacente, è fondamentale valutare l'allineamento meccanico delle articolazioni e le condizioni della cartilagine opposta. Inoltre, l'impianto corretto senza sporgenza dell'impianto ha dimostrato di essere fondamentale7.
Studi clinici hanno dimostrato eccellenti risultati a breve termine in termini di riduzione del dolore e miglioramento della funzione nei pazienti di mezza età per varielocalità5,6,8. Rispetto all'impianto di allografto, gli impianti metallici focali consentono il cuscinetto di peso precoce. Tuttavia, la cartilagine articolare opposta ha mostrato un'usura accelerata in un numeroconsiderevole di pazienti 9,10. Quindi, anche con un corretto posizionamento, in molti casi la degenerazione della cartilagine nativa sembra inevitabile, mentre i meccanismi sottostanti rimangono poco chiari. Simili cambiamenti degenerativi sono stati osservati dopo l'emiartroplastica bipolare dell'anca11 e sono aumentati con l'attività e ilcarico 12.
Gli esperimenti tribologici offrono la possibilità di studiare tali accoppiamenti in vitro e simulare diverse situazioni di carico che si verificano in condizioni fisiologiche13. L'uso di perni osteocondrali offre un semplice modello geometrico per indagare la tribologia della cartilagine articolare che scivola contro la cartilagine nativao qualsiasi materiale implantare 14 e potrebbe essere ulteriormente utilizzato in interi modelli di simulazionearticolare 15. Gli abbinamenti metallo su cartilagine mostrano un'usura accelerata della cartilagine, disturbi della matrice extracellulare e una ridotta vitalità cellulare nella zona superficiale rispetto a un accoppiamento cartilagineo-cartilagine16. Danni alla cartilagine si sono verificati principalmente sotto forma di delaminazione tra le zone superficiali e centrali17. Tuttavia, i meccanismi che portano alla degenerazione della cartilagine non sono pienamente compresi. Questo protocollo fornisce un'analisi completa dell'attività biosintetica della cartilagine articolare. Con la determinazione dell'attività metabolica e dei livelli di espressione genica dei geni catabolici, potrebbero essere identificate le prime indicazioni per la rottura della cartilagine. Il vantaggio degli esperimenti tribologici in vitro è che i parametri di carico possono essere regolati per imitare varie condizioni di carico.
Pertanto, il seguente protocollo è adatto per simulare un accoppiamento metallo su cartilagine, che rappresenta un modello sperimentale di emiartroplastica.

<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

I difetti osteocondrali nei pazienti di mezza età potrebbero essere trattati con impianti metallici focali. Sviluppati per la prima volta per difetti nell'articolazione del ginocchio, gli impianti sono ora disponibili per la spalla, l'anca, la caviglia e la prima articolazione metatarsalfalangeale. Pur fornendo riduzione del dolore e miglioramento clinico, in molti pazienti si osservano cambiamenti degenerativi progressivi della cartilagine opposta. I meccanismi che portano a questo danno non sono pienamente compresi. Questo protocollo descrive un esperimento tribologico per simulare un accoppiamento metallo su cartilagine e un'analisi completa della cartilagine articolare. Il materiale implantare metallico viene testato contro i cilindri osteocondriali bovini come modello per la cartilagine articolare umana. Applicando carichi diversi e velocità di scorrimento, le condizioni fisiologiche di carico possono essere imitate. Per fornire un'analisi completa degli effetti sulla cartilagine articolare, l'istologia, l'attività metabolica e l'analisi dell'espressione genica sono descritti in questo protocollo. Il principale vantaggio dei test tribologici è che i parametri di carico possono essere regolati liberamente per simulare condizioni in vivo. Inoltre, potrebbero essere utilizzate diverse soluzioni di prova per indagare l'influenza della lubrificazione o degli agenti pro-infiammatori. Utilizzando l'analisi dell'espressione genica per geni specifici della cartilagine e geni catabolici, potrebbero essere rilevati primi cambiamenti nel metabolismo dei condrociti articolari in risposta al carico meccanico.

L'area di contatto e la pressione di contatto devono essere confermate utilizzando una pellicola di misurazione della pressione (Figura 1). Le condizioni fisiologiche di carico possono essere confermate confrontandole con le impronte di riferimento per pressioni di contatto definite. Durante il test, il coefficiente di attrito viene monitorato costantemente. Con un'area di contatto migratoria, è possibile mantenere un basso coefficiente di attrito per almeno 1 h (Figura...

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

Questo protocollo descrive la preparazione, i test biotribologici e l'analisi dei cilindri osteocondriali che scivolano contro il materiale implantare metallico. Le misure di risultato incluse in questo protocollo sono l'attività metabolica, l'espressione genica e l'istologia.

Test biotribologici e analisi della cartilagine articolare scivolando contro il metallo per impianti

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

Il nostro protocollo consente di testare lo scorrimento del metallo per gli impianti ortopedici contro la cartilagine articolare e quindi di indagare gli effetti degli impianti focali o dell'emiartroplastica sull'attività biosintetica di particolari chondraciti il principale vantaggio di questa tecnica è che fornisce una visione completa sia delle proprietà tribologiche che degli effetti biologici del carico meccanico nell'accoppiamento della cartilagine. Questa tecnica potrebbe completare i risultati clinici dopo procedure chirurgiche come l'impianto di impianti metallici focali per trattare un difetto osteocondrale del ginocchio o l'emiartroplastica dell'anca. A dimostrare la procedura sarà Christopher Bauer un postdoc del mio laboratorio qui all'Università del Danubio.Utilizza un tribometro alternativo disponibile in commercio con configurazione cilindro su piastra, capacità di carico verticale e carico regolabile e velocità di scorrimento. Inoltre, è necessaria una cella liquida per eseguire i test in una soluzione lubrificante. Fissare i cilindri osteocondriali sul supporto del campione inferiore con la marcatura allineata con la direzione di scorrimento.Iniziare determinando la pressione di contatto nel molibdeno di cromo cobalto sul sistema di cartilagine utilizzando una pellicola di misurazione della pressione. Posizionare la pellicola di misurazione della pressione sull'interfaccia e applicare un carico statico per 30 secondi per determinare la pressione di contatto iniziale, le dimensioni e la forma del contatto. Montare i cilindri di molibdeno di cromo cobalto sulla cella di carico superiore.Aggiungere la soluzione di prova nella cella liquida per immergere il cilindro osteocondrale e coprire l'interfaccia scorrevole della cartilagine metallica. Impostare parametri di prova come descritto nella corsa di forza normale e nella velocità di scorrimento che verranno mantenuti durante la prova. Avviare lo scorrimento reciproco del cilindro metallico contro la cartilagine articolare immersa nella soluzione lubrificante.Monitorando il coefficiente di attrito durante l'esperimento, terminare l'esperimento. Dopo il periodo di test del desiderio rimuovere la spina osteocondrale dal portacampioni risciacquarla con PBS e conservarla in mezzo fino a ulteriori analisi biologiche. Conservare i campioni di controllo e la soluzione di prova a temperatura ambiente per tutta la durata del test e analizzarli insieme ai campioni esposti al carico meccanico.Posizionare, una piastra di 24 pozzeri su una scala e azzerarla. Risciacquare la spina osteocondrale con PBS e posizionare in una piastra di Petri. Quindi utilizzare un bisturi per tagliare la cartilagine dall'innesto in un unico pezzo tagliare la cartilagine in due pezzi uguali in modo che l'area di contatto sia equamente distribuita su entrambi i pezzi di cartilagine e tritare la metà in circa un millimetro pezzi a cubetti.Utilizzare la seconda metà per l'analisi dell'espressione genica trasferire la cartilagine tritata in un pozzetto della piastra di pozzo preparata a 24 pozzetti e determinare il peso del tessuto ripetere questo processo per ogni campione e aggiungere un millilitro di mezzo di crescita a ciascun pozzo della piastra. Aggiungere 500 microlitri di soluzione XTT ad ogni pozzo e mescolare quindi incubare la piastra a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica per quattro ore dopo l'incubazione rimuovere il supernatante e trasferirlo in un tubo da cinque millilitri. Estrarre il prodotto tetrazolio aggiungendo 500 microlitri di DMSO al tessuto cartilagineo in ogni pozzo e applicare un'agitazione continua per un'ora a temperatura ambiente, rimuovere la soluzione DMSO e tirarla con la soluzione XTT precedentemente raccolta.Trasferire 100 microlitri di ogni campione in triplicati in una piastra da 96 pozza. Usa un lettore di lastre per misurare l'assorbanza ad una lunghezza d'onda di 492 nanometri e una lunghezza d'onda di riferimento di 690 nanometri. Per isolare l'RNA macinato la seconda metà del tessuto cartilagineo ottenuto dalla spina osteocondrale in piccoli pezzi trasferire il tessuto in un tubo contenente perline di ceramica e 300 microlitri di tampone concesso in licenza.Con l'1%beta di mercaptoetanolo utilizzare un lisato commerciale per omogeneizzare il tessuto applicando 6.500 giri/min per 20 secondi quattro volte con una fase di raffreddamento di 20 minuti dopo ogni corsa. Aggiungere 20 microlitri di proteinasi K e 580 microlitri di acqua libera RNA a ciascun campione e incubarli a 55 gradi Celsius per 30 minuti. Centrifugare i campioni per tre minuti a 10.000 volte G e trasferire il supernatante in tubi da 1,5 millilitri.Aggiungere 0,5 volumi di 90%etanolo a ciascun tubo e mescolare, quindi trasferire 700 microlitri del campione a una colonna di legame RNA in un tubo di raccolta a due millilitri e centrifugarlo a 8.000 volte G per 15 secondi. Scartare il flusso e ripetere la fase di centrifigazione per il resto del lisato. Aggiungere un 350 microlitri di buffer RW uno alla colonna.Centrifugarlo a 8.000 volte G per 15 secondi e scartare il flusso. Mescolare 10 microlitri di soluzione di stock di DNA e 70 microlitri di RDD tampone. Aggiungere la soluzione alla membrana di purificazione dell'RNA e incubarla a temperatura ambiente per 15 minuti, quindi aggiungere 350 microlitri di tampone RW uno alla colonna.Centrifugarlo a 8.000 volte G per 15 secondi e scartare il flusso-through aggiungere 500 microlitri di tampone RPE alla colonna di purificazione dell'RNA e Centrifugarlo a 8, 000 volte G per 15 secondi scartare il flusso e aggiungere altri 500 microlitri di tampone RPE alla colonna di purificazione dell'RNA, quindi centrifugarlo a 8.000 volte G per due minuti posizionare la colonna in un nuovo tubo di raccolta da 1,5 millilitri e aggiungere 30 microlitri di Gli RNA liberano l'acqua centrifugando il tubo a 8.000 volte G per un minuto, per alludere all'RNA sintetizzato cDNA usando un kit commerciale scongelare e mescolare tutte le regioni, aggiungere il campione di RNA ed eseguire la reazione e il ciclore termico come descritto nel manoscritto di testo. Aggiungere nove microlitri di RTQ PCR master mix e un microlitro di cDNA a ogni pozzo di una piastra di 96 pozzetti con ogni campione in triplicati illumina la piastra PCR con olio da soffitto e centrifugarla a 877 volte G per 10 minuti a quattro gradi Celsius eseguire RTQ PCR e un ciclore di precisione e termico. Secondo le indicazioni manoscritte.Prima di testare l'area di contatto e la pressione di contatto nell'interfaccia della cartilagine metallica devono essere confermati utilizzando una pellicola di misurazione della pressione. La condizione fisiologica di carico può quindi essere confermata confrontando l'impronta ottenuta con l'inferenza di riferimento per un contatto definito Un basso coefficiente di attrito può essere mantenuto per almeno un'ora con un'area di contatto migratoria. La composizione e la struttura della matrice extracellulare possono essere determinate con colorazione zafferano e O.L'intensità della colorazione dello zafferano e o è proporzionale al contenuto di proteoglicano. Il contenuto di proteoglicano varia sulla superficie articolare, ma deve essere uniforme in tutta la sezione tissutale nei campioni di base, mostrare l'estrazione di glicosaminoglicani che possono essere contrastati dal carico meccanico. L'attività metabolica dei chondraciti articolari bovini è indipendente dal sito di raccolta ma mostra un aumento con il carico meccanico.I livelli di espressione genica dei geni specifici della cartilagine sono aumentati con le condizioni fisiologiche di carico. Mentre i geni catabolici sono regolati con l'area di contatto stazionaria. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire ulteriori analisi tra cui la determinazione dei prodotti web della cartilagine e l'analisi della superficie articolare utilizzando la microscopia elettronica a scansione e inoltre cerchiamo di ottimizzare la lubrificazione della cartilagine articolare in vari accoppiamenti tribologici.

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