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

Denna forskning finansierades av NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. och delstatsregeringen i Niederösterreich genom Life Science Calls (Projekt-ID: LSC15-019) och av det österrikiska COMET-programmet (Projekt K2 XTribology, Anslag nr 849109).

1. Beredning av metallcylindrar
<ol><li>Analysera cylindriska kobolt-krom-molybden (CoCrMo) stavar uppfyller standardspecifikationerna för kirurgiska implantat för deras kemiska sammansättning med hjälp av scanning elektronmikroskopi (SEM) med energi dispersiv röntgenspektroskopi per tillverkarens protokoll för att bekräfta förutsatt värden. OBS: Den elementära sammansättningen av CoCrMo-legeringen som används för detta experiment är 65% Co, 28% Cr, 5% Mo och 2% andra.</li>
	<li>Blöt slipa proverna me...

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

Focal metalliska implantat utgör en bärgning förfarande för osteochondral defekter, särskilt i medelålders patienter och efter misslyckades primär behandling. Även om kliniska studier visat lovande kortsiktiga resultat, en observerade komplikation är skador på den motsatta, infödda brosk10. Kadaver och biomekaniska studier visar tydliga bevis för att korrekt implantation med platt eller något infälld positionering upprätthåller naturliga kontakttryck19. Trib...

Behandlingen av osteokondraldefekter är krävande och kräver operation i många fall. För fokala osteokondrala lesioner hos medelålders patienter är fokala metalliska implantat ett hållbart alternativ, särskilt efter misslyckandet med primär behandling, som benmärgsstimulering (BMS) eller autolog kondrocyteimplantation (ACI)1. Partiell yta ersättare kan betraktas bärgning förfaranden som kan minska smärta och förbättra rörelseomfång2. Dessa implantat är typiskt består av en CoCrMo legering och finns i olika storlekar och offset konfigurationer för att matcha den normalaanatomin 3. Medan ursprungligen utvecklats för defekter på den mediala femorala condyle i knät, sådana implantat finns nu och används för höft, fotled, axel, och armbåge4,5,6. För ett tillfredsställande resultat är det avgörande att bedöma den mekaniska gemensamma anpassningen och tillståndet för det motsatta brosket. Vidare har korrekt implantation utan utsprång av implantatet visat sig vara fundamental7.
Kliniska studier visade utmärkta kortsiktiga resultat i form av smärtreduktion och förbättring av funktion hos medelålders patienter förolika platser 5,6,8. Jämfört med allograft implantation, fokal metall implantat tillåta tidig vikt bäring. Men visade den motsatta ledbrosk visade accelererad slitage i ett betydande antal patienter9,10. Därav, även med rätt placering, i många fall degeneration av den inhemska brosk verkar oundvikligt, medan de underliggande mekanismerna förblir oklart. Liknande degenerativa förändringar har observerats efter bipolär hemiarthroplasty avhöften 11 och ökas med aktivitet och lastning12.
Tribologiska experiment ger möjlighet att studera sådana parningar in vitro och simulera olika lastningssituationer som inträffar under fysiologiska förhållanden13. Användningen av osteokondralstift erbjuder en enkel geometri modell för att undersöka tribology av ledbrosk glidande mot inhemska brosk eller något implantat material14 och kan ytterligare användas i hela gemensamma simuleringsmodeller15. Metall-på-brosk pairings visar accelererade brosk slitage, extracellulära matris störningar, och minskad cell livskraft i den ytliga zonen jämfört med en brosk-på-brosk ihopkoppling16. Skador på brosket uppkom främst i form av delaminering mellan de ytliga och mellersta zonerna17. Men de mekanismer som leder till brosk degeneration är inte helt klarlagda. Detta protokoll ger en omfattande analys av den biosyntetiska aktiviteten av ledbrosk. Genom bestämning av metabolisk aktivitet och genuttryck nivåer av katabola gener, tidiga indikationer för brosk uppdelning kan identifieras. Fördelen med in vitro tribologiska experiment är att lastningsparametrar kan justeras för att imitera olika lastningsförhållanden.
Därav, följande protokoll är lämplig att simulera en metall-på-brosk ihopkoppling, som representerar en experimentell hemiarthroplasty modell.

<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

Osteochondral defekter i medelålders patienter kan behandlas med fokala metalliska implantat. Först utvecklats för defekter i knäleden, implantat finns nu för axeln, höft, fotled och den första metatarsalphalangeal gemensamma. Samtidigt som smärtminskning och klinisk förbättring, progressiv degenerativa förändringar av de motsatta brosk observeras i många patienter. De mekanismer som leder till denna skada är inte helt klarlagda. Detta protokoll beskriver en tribological experiment för att simulera en metall-på-brosk ihopkoppling och omfattande analys av ledbrosket. Metallimplantatmaterial testas mot osteokondralcylindrar av nötkreatur som modell för humant ledbrosk. Genom att tillämpa olika laster och glidhastigheter kan fysiologiska lastningsförhållanden imiteras. För att ge en omfattande analys av effekterna på ledbrosket, histologi, metabolisk aktivitet och gen uttryck analys beskrivs i detta protokoll. Den största fördelen med tribologisk testning är att lastningsparametrar kan justeras fritt för att simulera in vivo-förhållanden. Dessutom kan olika testlösningar användas för att undersöka påverkan av smörjning eller proinflammatoriska medel. Genom att använda genuttrycksanalys för broskspecifika gener och katabola gener, kan tidiga förändringar i metabolismen av artikulära kondrocyter som svar på mekanisk lastning upptäckas.

Kontaktytan och kontakttrycket måste bekräftas med hjälp av en tryckmätningsfilm (Bild 1). Fysiologiskt lasttillstånd kan bekräftas genom att jämföra med referensavtryck för definierade kontakttryck. Under provningen övervakas friktionskoefficienten konstant. Med ett migrerande kontaktområde kan en lågfriktionskoefficient bibehållas i minst 1 h (Figur 2). Med hjälp av Safranin O färgning extracellulär matris sammansättning och struktur kan best?...

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

Detta protokoll beskriver beredning, biotribologisk testning och analys av osteochondral cylindrar glidande mot metall implantatmaterial. Resultat åtgärder som ingår i detta protokoll är metabolisk aktivitet, genuttryck och histologi.

Biotribologisk provning och analys av ledbrosk Glidning mot metall för implantat

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

Vårt protokoll gör det möjligt att testa glidning av metall för ortopediska implantat mot ledbrosk och därigenom undersöka effekterna av fokala implantat eller hemiarthroplasty på den biosyntetiska aktiviteten hos särskilda chondracytes den största fördelen med denna teknik är att det ger en omfattande inblick i både tribologiska egenskaper och biologiska effekter av mekanisk belastning i broskparjeringen. Denna teknik kan komplettera de kliniska resultaten efter kirurgiska ingrepp som implantation av en fokala metalliska implantat för att behandla en osteochondral defekt i knä eller hemiarthroplasty i höften. Demonstrera förfarandet kommer att Christopher Bauer en postdoc från mitt laboratorium här på Donau universitet.Använd en kommersiellt tillgänglig återgående tribometer med en cylinder på plattan konfiguration, vertikala lastning kapacitet och justerbar belastning och glidhastighet. Dessutom krävs en flytande cell för att utföra testerna i en smörjlösning. Fixera osteokondralcylindrarna på bottenprovhållaren med markeringen i linje med glidriktningen.Börja med att bestämma kontakttrycket i koboltkromlymet på brosksystemet med hjälp av en tryckmätningsfilm. Placera tryckmätningsfilmen vid gränssnittet, och applicera en statisk belastning i 30 sekunder för att bestämma initialt kontakttryck, kontaktstorlek och form. Montera koboltkromlycytcylindrarna på den övre lastcellen.Tillsätt testlösningen i vätskecellen för att dränka osteokondralcylindern och täck metallbroskglidningsgränssnittet. Ställ in testparametrar som beskrivs i normal force stroke och glidhastighet som kommer att upprätthållas under hela testet. Börja reciprocal glidning av metallcylindern mot ledbrosket nedsänkt i smörjlösningen.Övervakning av friktionskoefficienten under hela experimentet, avsluta experimentet. Efter önskan testperioden ta bort osteochondral kontakten från provet innehavaren skölja den med PBS och förvara den i medium tills ytterligare biologisk analys. Håll kontrollprover och provningslösningen i rumstemperatur under hela testets varaktighet och analysera dem tillsammans med de prover som har utsatts för mekanisk lastning.Placera, en 24 väl platta på en skala och noll den. Skölj osteochondralpluggen med PBS och lägg den i en petriskål. Använd sedan en skalpell för att skära brosket från transplantatet i ett stycke bisekt brosket i två lika stora bitar så att kontaktytan är lika fördelad på både broskbitar och färs ena halvan i ungefär en millimeter kubikstycken.Använd den andra halvan för genuttryck analys överföra malet brosk i en brunn av de beredda vid 24 väl platta och bestämma vävnadsvikt upprepa denna process för varje prov och tillsätt en milliliter tillväxt medium till varje brunn av plattan. Tillsätt 500 mikroliter XTT-lösning till varje brunn och blanda sedan inkubera plattan i 37 grader Celsius och 5%koldioxid i fyra timmar efter inkubationen ta bort supernatanten och överför den till ett fem milliliter rör. Extrahera tetrazoliumprodukten genom att tillsätta 500 mikroliter dmso till broskvävnaden i varje brunn och applicera kontinuerlig agitation i en timme vid rumstemperatur, ta bort DMSO-lösningen och dra den med den tidigare insamlade XTT-lösningen.Överför 100 mikroliter av varje prov i tre exemplar till en 96 brunnsplatta. Använd en plattläsare för att mäta absorbansen vid en våglängd på 492 nanometer, och en referensvåglängd på 690 nanometer. Att isolera RNA-färsen den andra halvan av broskvävnaden som erhålls från osteokondralpluggen till småbitar överför vävnaden till ett rör som innehåller keramiska pärlor och 300 mikroliter av licensierad buffert.Med 1%beta merkaptoetanol använda en kommersiell lysate att homogenisera den vävnad som tillämpar 6, 500 RPM i 20 sekunder fyra gånger med en 20 minuters kylning fas efter varje körning. Tillsätt 20 mikroliter proteinas K och 580 mikroliter RNAs fritt vatten till varje prov, och inkubera dem i 55 grader Celsius i 30 minuter. Centrifugera proverna i tre minuter vid 10, 000 gånger G och överför supernatanten till 1,5 milliliterrör.Tillsätt 0,5 volymer av 90%etanol till varje rör och blanda sedan överföra 700 mikroliter av provet till en RNA-bindning kolumn i en två milliliter insamlingsrör och centrifug det på 8, 000 gånger G i 15 sekunder. Kassera genomflödet och upprepa centrifigationssteget för resten av lysate. Lägg till en 350 mikroliter buffert RW en till kolumnen.Centrifugera den vid 8, 000 gånger G i 15 sekunder och kassera genomflödet. Blanda 10 mikroliter av DNA-stamlösning och 70 mikroliter av buffert RDD. Tillsätt lösningen i RNA-reningsmembranet och inkubera den i rumstemperatur i 15 minuter och tillsätt sedan 350 mikroliter av buffert RW en till kolonnen.Centrifugera den vid 8, 000 gånger G i 15 sekunder och kassera genomflöde lägga 500 mikroliter av buffert RPE till RNA rening kolumnen och Centrifugera den vid 8, 000 gånger G i 15 sekunder kasta flödet genom och att lägga till ytterligare 500 mikroliter av buffert RPE till RNA rening kolumnen sedan centrifugera den på 8, 000 gånger G i två minuter placera kolumnen i en ny 1,5 milliliter insamlingsrör och lägga till 30 mikroliter av RNAs fritt vatten centrifug röret på 8, 000 gånger G i en minut, att anspela RNA syntetiserade cDNA med hjälp av en kommersiell kit tina och blanda alla regioner, lägga till RNA provet och utföra reaktionen och den termiska cycler som beskrivs i texten manuskriptet. Lägg till nio mikroliter av RTQ PCR master mix, och en mikroliter cDNA till varje brunn av en 96 brunnsplatta med varje prov i tre exemplar lyser PCR-plattan med takolja och centrifug det på 877 gånger G i 10 minuter vid fyra grader Celsius utföra RTQ PCR och en precision och termisk cycler. Enligt manuskriptriktningar.Före provning av kontaktytan och kontakttrycket vid metallbroskgränssnittet måste bekräftas med hjälp av en tryckmätningsfilm. Fysiologiskt lasttillstånd kan sedan bekräftas genom att man jämför det erhållna avtrycket med referensinferens för definierad kontakt En lågfriktionskoefficient kan upprätthållas i minst en timme med ett migrerande kontaktområde. Den extracellulära matrissammansättningen och strukturen kan bestämmas med saffran och O-färgning.Intensiteten av saffran och O färgning är proportionell mot proteoglykan innehåll. Den proteoglykaniska halten varierar över artikulär yta men bör vara enhetligt i hela vävnadsavsnittet i baslinjeprover, visa extraktion av glykosaminoglykaner som kan motverkas genom mekanisk lastning. Metabolisk aktivitet av nötkreaturet artikulära chondracytes är oberoende av skördeplatsen men visar en ökning med mekanisk lastning.Genuttrycksnivåerna av broskspecifika gener ökade med fysiologiska belastningstillstånd. Eftersom katabola gener är upp-reglerat med stationärt kontaktområde. Efter denna procedur kan ytterligare analys utföras inklusive bestämning av brosk webbprodukter och analys av artikulära yta med hjälp av scanning elektronmikroskopi och vidare försöker vi optimera smörjning av ledbrosk i olika tribological pairings.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

A Novel Tillämpning av Musculoskeletal Ultrasound Imaging

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

Tekniker för Processing Eyes Inopererade med en retinal Protes för lokaliserad Histopatologisk analys: Del 2 Epiretinal Implantat med Retinala Tacks

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

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

Proximal avlidna lårben Förberedelse för brotthållfasthet testning och Kvantitativ CT-baserade Finite Element Analysis

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

Oral Biofilm Formation on Different Materials for Dental Implants

Oral Biofilm bildning på olika material för tandimplantat

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

Handhållen metalldetektor Screening för metalliska främmande kropp förtäring hos barn

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

Hemocompatibility Testning av blod-kontaktimplantat i en Flow Loop Modell Härma humant blodflöde

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

Nya perkutanmetod för utplacering av 3D-tryckta kranskärlstenosimplantat i svinmodeller av ischemisk hjärtsjukdom

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

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

3D Planering och utskrift av patientspecifika implantat för rekonstruktion av beniga defekter

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

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

Behandling av ansiktsmissbildningar med hjälp av 3D-planering och tryckning av patientspecifika implantat

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