Biomechanische karakterisering van menselijke zachte weefsels met behulp van inspringen en Trekproeven

Verschillende trek- en inspringing protocollen zijn gepubliceerd menselijk zacht weefsel te karakteriseren. We hebben een andere methode, die tot doel heeft meer diagnostische en non-destructief te zijn verstrekt. De monsters ondergingen mechanische tests in dit protocol beperkt door belasting plaats door verdringing, zoals transducers gevoeliger te laden dan verdringing. Daarom kan reproducties van het experiment nauwkeuriger in weefsels en synthetische materialen. Met deze techniek, hebben we een treksterkte protocol voor het evalueren huidweefsel en een indrukking protocol voor de analyse kraakbeenweefsel aangetoond. Beide protocollen zijn gemakkelijk en eenvoudig te implementeren en kan worden beschouwd voor de karakterisering van menselijke zachte weefsels en tissue-engineered constructies.

Een van de essentiële stappen van de methode een spanningsrelaxatie curve voor de analyse te verkrijgen is dat het monster niet verschuift tijdens het testen. Voldoende fixatie is required, maar dit moet worden afgewogen tegen het veroorzaken van spanning op de monsters en zonder dat het druklichaam loodrecht op het oppervlak aan een schuifbelasting voorkomen. Het is essentieel dat de samenstelling en grootte en vorm van het weefsel vergelijkbaar tussen de monsters. Voor kraakbeen, is het essentieel om een ​​herhaalbare dissectie protocol en sample afmetingen gebruiken. Voor huidmonsters, is het essentieel om de onderhuidse weefsels om een ​​monster te verkrijgen herhaalbare verwijderen. Het is ook belangrijk dat alle monsters, het monster omstandigheden identiek, zoals hydratatie, kamertemperatuur en ontdooien, indien van toepassing.

Er zijn een aantal beperkingen aan de gepresenteerde protocollen. Studies hebben gesuggereerd dat vervormingseigenschappen huid en kraakbeen afhankelijk preparaatoriëntatie ^13. Huid werd erkend anisotrope zo ver terug als de 19e ^eeuw, met Langer waaruit blijkt in 1861 dat de huid heeft natuurlijke lijnenspanning, aangeduid als Langer lijnen ^4. Wanneer aldus karakteriseren huid monsters, is het belangrijk om alle monsters oriënteren parallel of loodrecht op de Langer Lines voorkomen dat er een methode voorspanning ^4. Kraakbeen toont ook anisotrope eigenschappen en bevat Hultkrantz lijnen, die overeenkomt met Langer lijnen, zodat het kraakbeen kan verschillend vervormen volgens de richting waarin het wordt geladen ^{12, 19.} Derhalve is het belangrijk om het monster te vergroten, teneinde de testen van kraakbeen in verschillende richtingen. Als biomechanische eigenschappen van het weefsel ook variëren met de leeftijd en geslacht, moeten studies worden uitgevoerd met een representatieve patiëntenpopulatie de geldigheid behouden om de klinische setting. Bovendien zijn sommige mechanische protocollen bepleiten conditionering, waarbij het weefsel ondergaat cyclische belasting zodat het weefsel in een stabiele toestand voor daaropvolgende mechanische testen ^20. De exacte mechanisme van preconditionering is onduidelijk en het exacte aantal cycli die nodig zijn om een consistente en herhaalbare respons varieert in verschillende studies ^20. De onderzoeker zou moeten overwegen om al dan niet preconditionering onder meer na de evaluatie van de reden voor het uitvoeren van de specifieke biomechanische testen ^20.

Huid is een complexe, multi-gelaagd materiaal, verdeeld in drie lagen: de epidermis, dermis en hypodermis ^4. De mechanische eigenschappen van huidweefsel zijn onlangs geëvalueerd met in vivo evaluaties ^4. Echter, protocollen trekproef worden gebruikt om de huid biomechanica van uitgesneden huid ⁴ begrijpen. Dergelijke tests kunnen informatie model spanningsrekdiagram verhoudingen, omdat de randvoorwaarden te definiëren ^4. Typisch, in vitro testen regimes maken gebruik van hoge spanningen om het materiaal te karakteriseren te mislukken, terwijl in vivo systemen gebruiklage spanning varieert ^4. Bij het vergelijken van biomechanische waarden uitgesneden huid onder spanning, is er een grote variatie tussen verschillende onderzoeken, variërend 2,9-150 MPa ^4. Grote verschillen tussen de onderwerpen worden verwacht als gevolg van natuurlijke biologische variatie, maar de verschillen in protocol regimes kunnen ook deze natuurlijke biologische verschillen verergeren. Zo zal verschillen in belasting weer tussen protocollen variatie veroorzaken, een grotere laadsnelheid veroorzaken minder tijd voor het fluïdum te laten stromen, waardoor een hogere stijfheid. De voorbereiding, de besnijdenis, en de behandeling protocollen van het huidweefsel zal ook verschillen in de mechanische eigenschappen ⁴ veroorzaken. Dit protocol aangetoond voor het testen van de huid biedt een alternatieve methode voor onderzoekers om huidweefsel te karakteriseren. Het biedt een aantal voordelen, zoals de mogelijkheid om de elastische en visco-elastische eigenschappen van huidweefsel identificeren een mechanische beproeving, waardoor een beter begrip van de huidin een korte tijd. Bovendien kan dezelfde test worden toegepast op weefselengineering vervangingen constructen met gelijke biomechanische eigenschappen natieve huid produceren.

Inspringen testen biedt een aantrekkelijke optie in vergelijking met beperkte compressie het testen voor het begrip van de biomechanica van het kraakbeen ^21. Inkeping de mogelijkheid om de fysiologische structuur van het kraakbeen te behouden en dus biedt waarden dan die van een klinische omgeving nabootsen. Inspringingen, is het ook mogelijk om het kraakbeen te testen terwijl het onderliggende bot bevestigd. Inkeping maakt ook fysiologische testen van kraakbeen in vivo. Wanneer twee kraakbeenoppervlakken elkaar naderen, worden de randen rond het contactgebied "bobbel" als gevolg van water onder het contactgebied zijdelings samendrukkende vervorming optreedt na ^{17, 21.} Kraakbeen inspringen moeten worden uitgevoerd met een inDVoer met een kleinere straal dan het kraakbeen monster toe te staan ​​voor soortgelijke bolling. De grootte van het druklichaam dient heb 8 maal het monstergewicht zodat het kraakbeen reageert alsof het een deel van onbepaalde monster ^22. Met een druklichaam veel kleiner dan de straal van het monster diameter elimineert randeffecten aanwezig specimen creëren. Daarnaast inspringen voorkomt mogelijke fouten in het experiment wordt veroorzaakt door het testen van kraakbeendefecten beschadigd door een monster wordt. Inkeping heeft evenmin betrekking diep monstervoorbereiding, zoals compressie opgesloten, om kleine, dunne stukjes kraakbeen te testen ^{17, 21.} In de non-destructieve methode inkeping betekent dat het een mogelijke toepassing in de klinische setting als diagnostisch hulpmiddel na goedkeuring en verificatie onderzoeken uitgevoerd.

Er zijn belangrijke aannames met inkeping die de gebruiker moet zorgen voor appropriate resultaten. Een kritische randvoorwaarde in inspringen laden vereist constant contact tussen de indringlichaam en het kraakbeen oppervlak (dat wil zeggen, dat het oppervlak niet weg van de indringlichaam niet vervormt) ^{23 24.} Inkeping loading ook de veronderstelde randvoorwaarde dat het contact tussen het kraakbeenoppervlak en indringlichaam niet destructief (dat wil zeggen, dat het druklichaam in contact met het oppervlak maar niet door het oppervlak; het kraakbeenoppervlak niet falen onder de druklichaam) ^25-26. Studies hebben aangetoond dat deze randvoorwaarde kan worden gecontroleerd door het gebruik van Indische inkt, die beschadigde gebieden vlekken na aanbrengen in het kraakbeenoppervlak ^{25, 26.} Een andere randvoorwaarde neemt aan dat het druklichaam comprimeert het kraakbeen loodrecht op het oppervlak van het monster. De loodrechte oriëntatie van de compressie is een belangrijke grens condvulle omdat comprimeren schuin, vooral bij gebruik van cyclische belasting kan slippen, die afschuiving componenten kunnen induceren en veranderen de mechanische belasting veroorzaken. Deze aandoening kan worden gewaarborgd door een zorgvuldige testapparatuur opgezet.

Na samengevat protocollen zijn geoptimaliseerd voor het zachte weefsel van belang, zou het nuttig zijn voor onderzoekers onderzoeken dynamisch testen van het weefsel van belang. Geschikte cyclische laden van monsters moet normale fysiologische grenzen en gedrag, zoals het nabootsen van wandelen of andere repeterende bewegingen ²⁷ na te bootsen. Kortom, dit verslag blijkt eenvoudige mechanische testen protocollen tot menselijke weefsels te evalueren. De uitvoering van deze protocollen zal belangrijke informatie te verstrekken over de biomechanische eigenschappen van de weefsels, waardoor-tissue engineered constructies om de inheemse weefsel beter na te bootsen.