Name: cantilever bending of murine femoral necks
Uploaded: 2022-01-05T14:00:00
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이 연구는 NIH P30AR069655 및 R01AR070613(H. A.A.)에 의해 지원되었습니다.

동물 연구는 로체스터 동물 자원의 대학 위원회에 의해 승인되었다. 이 연구에서 사용된 마우스는 나이의 24-29 주에서 구역 수색하는 C57BL/6 남성과 여성이었습니다. 마우스는 음식과 물 광고 리비툼과 표준 조건에 보관되었다. 이산화탄소 흡입을 통한 안락사 시 자궁 경부 탈구가 이어졌고, 20개의 오른쪽 대퇴골(10명의 남성과 10마리 암컷)을 시험할 때까지 -20°C에서 수확및 냉동하였다.
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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disuse+osteopenia+induced+by+botulinum+toxin+is+similar+in+skeletally+mature+young+and+aged+female+C57BL/6J+mice.">Disuse osteopenia induced by botulinum toxin is similar in skeletally mature young and aged female C57BL/6J mice.</a> Journal of Bone and Mineral Metabolism. 36, 170-179 (2018).</li><li>Lodberg, A., Vegger, J. B., Jensen, M. V., Larsen, C. M., Thomsen, J. S., Bruel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+induced+osteopenia+is+strain+specific+in+mice.">Immobilization induced osteopenia is strain specific in mice.</a> Bone Reports. 2, 59-67 (2015).</li><li>Varacallo, M. A., Fox, E. 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이 프로토콜은 뮤린 대퇴목에 대한 신뢰할 수있는 캔틸레버 굽힘 테스트를 간략하게 설명합니다. 대퇴목에서 발생하는 천연 캔틸레버 플렉스 시나리오는 일반적으로 표준 3점 및 4점 굽힘 테스트5에서 표현되지 않습니다. 이 시험 방법은 뼈 취약성 환자에 의해 경험된 대퇴목 골절의 모형을 더 좋고 더 안정적으로 복제합니다. 이 프로토콜을 수행할 때 주요 초점은 대퇴샤프트의...

골절 위험은 골다공증과 관련된 심각한 의학적 관심사입니다. 150만 개 이상의 취약성 골절은 미국에서만 매년 보고되며, 엉덩이, 특히 대퇴목에서 주요 골절 유형1이 발생하는 골절이 발생합니다. 여성의 18%와 남성의 6%가 일생동안 대퇴목 골절을 경험할 것으로 추정되며, 골절 후 1년차 사망률은 20%1보다 큽습니다. 따라서 대퇴목의 생체 역학 적 테스트를 허용하는 마우스 모델은 취약성 골절을 연구하는 데 적합 할 수 있습니다. 마우스 모델은 또한 잠재적으로 골다공증에 관련된 번역 가능한 세포 및 분자 사건을 해명하기 위하여 강력한 공구를 제공합니다. 이것은 유전 기자의 가용성, 기능 모델의 이득 및 손실, 분자 기술 및 시약의 광대 한 라이브러리 때문입니다. 마우스 뼈의 기계적 테스트는 질병의 병인학을 설명할 수 있는 뼈 건강, 지장및 현상 변이를 결정하는 데 필요한 결과 측정을 제공하고, 뼈의 질과 골절의 위험의 결과 측정에 근거하여 치료를 평가할 수 있습니다3.
대퇴목의 해부학은 일반적으로 굴곡 (굽힘) 골절로 이어지는 독특한 기계적 적재 시나리오를 만듭니다. 대퇴골 머리는 대퇴골의 근간 끝에 있는 아세타큘러 소켓에 적재됩니다. 이것은 대퇴목의 캔틸레버 굽힘 시나리오를 생성하며, 이는 대퇴샤프트에 엄격하게 부착됩니다4. 이것은 대퇴골 중간 diaphysis에 전통적인 3- 또는 4 점 굽힘 시험과 다릅니다. 이러한 테스트는 도움이 되지만 일반적으로 골절 위치 또는 로딩 시나리오 측면에서 골다공증 및 골다공증 개인의 취약성 골절로 이어지는 로딩을 복제하지는 않습니다.
쥐의 취약성 골절 위험을 더 잘 평가하기 위해, 그것은 뮤린 대퇴목의 캔틸레버 굽힘 테스트의 재현성을 개선하기 위해 노력했다. 이론적으로 예측된 바와 같이, 대퇴샤프트에 비해 대퇴골 헤드의 적재각도가 결과측정값에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이로 인해 보고된 결과의 신뢰성과 재현성에 대한 도전이 생기다. 시료 준비 중 대퇴골의 적절하고 일관된 정렬을 보장하기 위해 C57BL/6 마우스 대퇴골의 μCT 스캔에 따라 3D 인쇄된 가이드를 설계했습니다. 가이드는 대퇴 샤프트가 수직 적재 방향에서 ~20° 유지되도록 일관되게 샘플을 포팅하는 데 도움을 주도록 설계되었습니다. 이 각도는 대퇴목 골절의 가능성을 높이고 보다 일관되고 재현 가능한 테스트5로 이어지는 대퇴골 샤프트를 따라 최대 굽힘 순간을 최소화하면서 강성을 극대화하기 때문에 선택되었습니다. 가이드는 샘플 간의 해부학적 차이를 수용하기 위해 다양한 크기로 3D 인쇄되었으며 아크릴 뼈 시멘트에서 포팅하는 동안 샘플을 안정적인 위치에 보관하는 데 사용되었습니다. 강성, 최대 힘, 수율 력 및 최대 에너지는 힘 변위 그래프에서 계산되었습니다. 이 테스트 방법은 전술한 생체 역학적 결과에 대한 일관된 결과를 보여주었다. 3D 프린팅 가이드의 연습과 도움으로 정렬 불량으로 인한 측정 오류를 최소화하여 신뢰할 수 있는 결과 측정을 할 수 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#188;&#8221; x &#188;&#8221; square aluminum tubing</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>48KU67</td>
			<td>Cut to lengths of 1/2&#34; to 1&#34; lengths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 kN load cell</td>
			<td>Instron</td>
			<td>2527-130</td>
			<td>Any load cell with sub 1 N resolution can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.5x-45x Zoom Stereo Boom Microscope</td>
			<td>Omano</td>
			<td>OM2300S-GX4</td>
			<td>Microscope used to precisely line up samples with loading platen.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printed guides</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Angled slots at 73.13&#176;, with diameters between 1.9 mm and 2.2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printed mount</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Tapped with M10 threads to fit the mount attachment and with 2 M4 threaded holes adjacent sides to hold the aluminum tubing with sample in place.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic Base Plate Material Kit</td>
			<td>Keystone Industries</td>
			<td>921392</td>
			<td>Mix 3.5 g of powder with 2 mL of liquid. This will be enough for approximately 8 samples, and will begin to harden quickly.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amira</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Used to compile &#181;CT scans</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biaxial stage</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Used to center femoral head of sample under the loading platen.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BioMed Amber Resin</td>
			<td>formlabs</td>
			<td>RS-F2-BMAM-01</td>
			<td>Any resin from formlabs could be used for this project.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bluehill 3</td>
			<td>Instron</td>
			<td>V3.66</td>
			<td>Software used to set up loading protocol and collect load, displacement and time data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ElectroPuls 10000</td>
			<td>Instron</td>
			<td>E10000</td>
			<td>Mechanical testing system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faxitron UltraFocus</td>
			<td>Faxitron BioOptics</td>
			<td>2327A40311</td>
			<td>X-ray imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form 2</td>
			<td>formlabs</td>
			<td>F2</td>
			<td>Used to print the mount and guides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form 2 Resin Tank LT</td>
			<td>formlabs</td>
			<td>RT-F2-02</td>
			<td>LT Tank was used to be compatible with the BioMed Resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>ImageJ</td>
			<td>Used to assess &#181;CT and X-ray images</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laxco iLED Series LED Light Source</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>AMPSILED30W</td>
			<td>Light source used in conjugtion with microscope.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loading platen</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>This can be any metal rod that is tapered to a diameter of approximately 2.5 mm. We used an M6 screw that was tapered on a lathe.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mount attachment</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>To secure the 3D printed mount to the load cell. We used a M10/M6 threaded rod</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffer Saline (PBS)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10010031</td>
			<td>Need to rehydrate the samples once acrylic base plate material has set.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plumber&#39;s putty</td>
			<td>Oatey</td>
			<td>31174</td>
			<td>Used to seal the end of the aluminum tubing when pouring acrylic base plate material in. Any clay or putty could be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PreForm</td>
			<td>formlabs</td>
			<td>Preform 3.15.2</td>
			<td>Formlabs software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Culture Dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>353003</td>
			<td>Samples can be laid flat in culture dish and covered in PBS to rehydrate.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vivaCT 40</td>
			<td>Scanco</td>
			<td>&#181;CT 40</td>
			<td>Representative set or actual samples can be scanned prior to printing of guides to calculate femoral shaft angle and diameter.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cantilever bending of murine femoral necks

대퇴목의 골절은 골다공증을 가진 개별에서 일반적입니다. 많은 마우스 모형은 1 차적인 결과 측정으로 생체 기계시험을 가진 질병 상태 및 치료를 평가하기 위하여 개발되었습니다. 그러나 전통적인 생체 기계 테스트는 긴 뼈의 중간 축에 적용되는 비틀림 또는 굽힘 테스트에 중점을 둡니다. 이것은 일반적으로 골다공증 개별에 있는 고위험 골절의 사이트 아닙니다. 따라서, 골다공증 환자가 경험하는 골절의 유형을 더 잘 복제하기 위해 캔틸레버 굽힘 로딩에서 뮤린 대퇴골의 대퇴골목을 테스트하는 생체 기계적 테스트 프로토콜이 개발되었다. 생체 역학적 결과는 대퇴목에 비해 굴곡 적재 방향에 크게 의존하기 때문에, 3D 프린팅 가이드는 적재 방향에 비해 20° 각도로 대퇴 샤프트를 유지하기 위해 만들어졌습니다. 새로운 프로토콜은 정렬의 가변성을 감소시킴으로써 테스트를 간소화 (21.6 ° ± 1.5 °, COV = 7.1%, n = 20) 측정 된 생체 역학 결과 (평균 COV = 26.7 %). 신뢰할 수 있는 시편 정렬을 위한 3D 프린팅 가이드를 사용하는 새로운 접근 방식은 골다공증의 마우스 연구에서 샘플 크기를 최소화해야 하는 시편 정렬 불량으로 인한 측정 오류를 줄임으로써 엄격성과 재현성을 향상시킵니다.

가이드의 도움으로 화분에 넣으면 대퇴 샤프트가 21.6 ° ± 1.5 °로 정렬되었습니다. 이는 20°의 의도된 각도에서 <10% 편차를 나타내지만, 테스트된 모든 샘플에 걸쳐 포팅 각도의 변이(COV)의 계수는 시험 전 평면 엑스레이(그림 5)에 의해 확인된 바와 같이 각각 남성과 여성 마우스의 경우 7.6%와 6.5%였다. 또한 테스트 후 X선을 사용하여 샘플이 실패한 모드를 평가해야 합니다. ?...

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Cantilever Bending of Murine Femoral Necks

본 프로토콜은 캔틸레버 굽힘 설정에서 뮤린 대퇴목에 대한 재현 가능한 테스트 플랫폼의 개발을 설명합니다. 사용자 지정 3D 인쇄 가이드는 최적의 정렬로 대퇴골을 일관되고 엄격하게 고정하는 데 사용되었습니다.

뮤린 대퇴목의 캔틸레버 굽힘

Fractures in the femoral neck are a common occurrence in individuals with osteoporosis. Many mouse models have been developed to assess disease states and ...

이 프로토콜에 설명 된 캔틸레버 굽힘 설정은 대퇴골 목 골절을 생성하기위한 재현 가능한 접근법을 만듭니다.이 골절은 임상적으로 관련성이 높으며 골다공증을 조사하기 위해 뮤린 연구에 활용 될 수 있습니다. 이 프로토콜은 재현성을 향상시키는 테스트 플랫폼을 만들어 결과 측정값의 변동 계수를 줄입니다. 따라서 강력한 연구에 필요한 표본 크기를 최소화합니다.1/4인치 x 1/4인치 정사각형 알루미늄 튜브를 사용하여 길이 1/2인치에서 1인치까지의 튜브 섹션을 절단하는 것으로 시작합니다. 각 알루미늄 세그먼트에 에칭 도구를 사용하여 샘플 ID로 레이블을 지정합니다. 튜브 세그먼트의 절반을 퍼티로 채우고 고정구에 넣어 똑바로 잡으십시오.깨끗한 대퇴골을 벤치 탑에 평평하게 놓아 전방 표면이 위를 향하게하십시오. 그런 다음 3D 인쇄 가이드를 샤프트 직경이 일관되는 세 번째 트로챈터 바로 아래에 놓습니다. 근위 및 원위 끝을 한 손으로 잡으십시오.대퇴골을 작업대 위로 단단히 누르고 다른 손을 사용하여 대퇴골의 중간 축에 3D 인쇄 가이드를 배치하여 대퇴골이 측면 또는 내측으로 회전하지 않도록하십시오. 그런 다음 해당 알루미늄 세그먼트 앞에 놓습니다. 알루미늄 세그먼트를 뼈 시멘트로 채우고 거의 가득 찰 때까지 변위를위한 약간의 공간을 남겨 둡니다.가이드가있는 대퇴골을 올바른 알루미늄 세그먼트에 놓고 뼈 시멘트가 설정되도록하십시오. 뼈 시멘트가 경화 된 후, 샘플을 실온 PBS가있는 페트리 접시에 넣고 두 시간 동안 수분을 보충하십시오. 기계적 테스트 시스템을 사용하여 해상도가 1뉴턴 미만인 로드셀을 부착하고 교정합니다.사각형 슬롯이있는 고정구를 부착하여 샘플로 알루미늄 세그먼트를 단단히 고정하십시오. 고정 고정구의 양면에 세트 나사를 부착하여 샘플을 제자리에 단단히 고정시킵니다. 그런 다음 로딩 플래튼을 액추에이터에 부착하십시오.MTS 바로 앞의 표면에 스테레오 현미경을 놓습니다. 현미경을 통해 설정을 확인하기 위해 추가 조명이 필요한 경우 시스템 주위에 광원을 배치하십시오. MTS 소프트웨어에서 새로운 플렉스 프로토콜의 생성을 시작합니다.프로토콜이 변위 제어에서 작동하는지 확인하십시오. 프로토콜의 로딩 속도를 초당 0.5밀리미터로 설정합니다. 소프트웨어에 소프트 키에 대한 설정이 있는 경우 소프트 키 밸런스 및 제로 확장을 프로토콜에 추가합니다.소프트웨어 프로그램이 최소 샘플링 속도 100헤르츠에서 시간(초), 뉴턴 부하, 확장 또는 변위를 밀리미터 단위로 기록하는지 확인하십시오. 새 프로토콜을 저장하고 소프트웨어 프로그램의 기본 화면으로 돌아가서 새 샘플 세트의 테스트를 시작합니다. 알루미늄 냄비에서 샘플의 X 선 이미지를 얻습니다.한 번에 여러 샘플을 이미징할 수 있습니다. 포팅 각도의 검증 측정을 위해 샘플의 전방 뷰가 캡처되었는지 확인하십시오. 샘플이 있는 알루미늄 세그먼트를 고정 고정구에 넣고 세트 나사를 조이십시오.액추에이터가 대퇴골 머리에서 몇 밀리미터 이내에있을 때까지 낮추십시오. 스테레오 현미경을 사용하여 이축 스테이지를 조정하여 로딩 플래튼 바로 아래에 대퇴골 헤드의 위치를 정렬합니다. 이축 스테이지를 제자리에 잠급니다.MTS 소프트웨어에서 액추에이터의 위치를 제로로 설정하고 추가 된 소프트 키 밸런스 및 제로 확장을 사용하여로드 셀의 균형을 조정하십시오. 그런 다음 로드 프로토콜을 시작합니다. 로딩 플래튼과 샘플 사이에 얼마나 많은 공간이 남았는지에 따라 테스트는 10 ~ 30 초 밖에 걸리지 않습니다.테스트 후, 샘플의 또 다른 전방 X-레이를 캡처합니다. 이것은 골절 모드를 식별하고 문서화하는 데 사용됩니다. 마우스 대퇴골 목의 측정된 굴곡 특성으로부터의 변동 계수 또는 COV가 여기에 제시된다.COV는 데이터 집합의 표준 편차와 평균의 비율을 나타내며, COV의 감소는 평균을 중심으로 개별 데이터 요소를 더 엄격하게 그룹화했음을 나타냅니다. 이 프로토콜은 유사한 테스트를 수행하는 다른 출판물에 비해 최대 부하에 대한 COV를 줄였습니다. 0.2% 오프셋 선형 적합도를 표시하는 대표적인 힘 변위 곡선은 강성과 항복점을 도출하는 데 사용됩니다.선택한 결과 측정값이 플로팅되어 고장 시 최대 하중, 강성, 고장 시 최대 변위 및 실패 시 작업 등을 포함한 평균 및 표준 편차가 표시됩니다. 별표는 한 꼬리 짝을 이루지 않은 t-검정을 사용하여 결정된 유의한 차이를 나타냅니다. 수컷 마우스의 대퇴부 목은 암컷 마우스의 표본보다 훨씬 강하고 뻣뻣했다.또한, 암컷 대퇴골 목은 수컷 생쥐의 표본에 비해 더 심각한 변형과 실패를 경험했습니다. 이것은 여성의 낮은 골밀도와 일치하며 생리 학적 관련 차이를 탐지하기위한 검사의 민감도를 강조합니다. 최대 하중, 강성, 최대 변위 및 고장에 대한 작업을 포함한 생체 역학적 결과 측정은 포팅 각도에 대해 플롯팅되고 남성 코호트, 여성 코호트 및 함께 그룹화 된 모든 샘플에 대한 간단한 선형 회귀를 사용하여 상관 관계가 있습니다.검은색 실선은 그룹 표본의 선형 회귀를 나타내고 점선은 신뢰 구간을 나타냅니다. 포팅 각도의 변동성은 최대 하중, 최대 변위 또는 고장 작업에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 그러나 포팅 각도가 증가함에 따라 강성이 증가했습니다.이 프로토콜을 시도하는 동안 기억해야 할 가장 중요한 것은 포팅 절차와 로딩 속도를 동일하게 유지하여 결과를 이전에 게시 된 데이터와 더 잘 비교하는 것입니다. 시험 후 샘플을 제거하기 위해 연화될 수 있는 비스무트 합금과 같은 골시멘트에 대한 대안을 사용하는 경우, 샘플은 라만 분광법, DEXA 또는 삼점 굽힘과 같은 다른 절차를 거쳐 추가적인 기계적, 화학적, 구조적 특성을 해명할 수 있다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tissue Engineering of the Intestine in a Murine Model

손쥐 모델에서 창자의 조직 공학

Tissue-engineered small intestine (TESI) has successfully been used to rescue Lewis rats after massive small bowel resection, resulting in return to ...

연구

생체공학

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

방법 및 대 퇴 골절 옆으로을-에서--엉덩이 위치에서 테스트를 위해 계측된 설비

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<em&gt; 체외</em쥐의 추간판의&gt; 장기 문화 모델

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Isolation of Primary Murine Retinal Ganglion Cells RGCs by Flow Cytometry

유동 세포 계측법에 의한 일차 망막 신경절 세포 (RGCs)의 분리

Neurodegenerative diseases often have a devastating impact on those affected. Retinal ganglion cell (RGC) loss is implicated in an array of diseases, ...

Retroductal Nanoparticle Injection to the Murine Submandibular Gland

Retroductal 나노 Murine Submandibular 동맥에 주입

Two common goals of salivary gland therapeutics are prevention and cure of tissue dysfunction following either autoimmune or radiation injury. By locally ...

Light-sheet Fluorescence Microscopy for the Study of the Murine Heart

Murine 심장 연구에 대 한 빛-시트 형광 현미경 검사 법

Light-sheet fluorescence microscopy has been widely used for rapid image acquisition with a high axial resolution from micrometer to millimeter scale. ...

A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator

사용자 지정 외부 Fixator를 안정화 하는 쥐에서 안정적이 고 재현 가능한 크기의 중요 한 단편 대 퇴 결함 모델

Orthopedic research relies heavily on animal models to study mechanisms of bone healing in vivo as well as investigate the new treatment techniques. ...

Optical Imaging of Isolated Murine Ventricular Myocytes

고립 된 뮤린 심실 근세포의 광학 이미징

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances ...

Biomechanical Testing of Murine Tendons

뮤린 힘줄의 생체 역학 테스트

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, ...

Transplantation of a 3D Bioprinted Patch in a Murine Model of Myocardial Infarction

심근 경색의 뮤린 모델에서 3D 생체 인쇄 패치의 이식

Testing regenerative properties of 3D bioprinted cardiac patches in vivo using murine models of heart failure via permanent left anterior descending (LAD) ...