Biomechanische Charakterisierung humaner Weichgewebeproben mit Einrückungen und Zugprüfung

Mehrere Zug- und Vertiefung Protokolle wurden veröffentlicht menschlichen Weichgewebe zu charakterisieren. Wir haben ein anderes Verfahren bereitgestellt, das mehr diagnostische und zerstörungsfrei sein soll. Die Proben unterziehen mechanischen Prüfung in diesem Protokoll werden durch Belastung begrenzt und nicht durch Verschiebung, als Wandler empfindlicher zu laden sind als Verdrängung. Daher Reproduktionen des Experiments kann über Gewebe und synthetischen Materialien genauer zu sein. Unter Verwendung dieser Technik haben wir eine dehnbare Protokoll zur Bewertung Hautgewebe und eine Vertiefung Protokoll zur Analyse von Knorpelgewebe nachgewiesen. Beide Protokolle sind einfach und einfach zu implementieren und könnten für die Charakterisierung von menschlichen Weichgewebe und Tissue-Engineering-Konstrukte in Betracht gezogen werden.

Eine der wesentlichen Schritte der Methodik eine Spannungsrelaxation Kurve geeignet für die Analyse zu erhalten, ist, um sicherzustellen, dass die Probe nicht während des Tests nicht verrutscht. Eine ausreichende Fixierung ist required, aber dies muss gegen Verursachung der Proben jeglichen Stress ausgeglichen werden und sichergestellt wird, dass der Eindringkörper senkrecht zur Oberfläche ist, jede Scherbeanspruchung zu verhindern. Es ist entscheidend, dass die Zusammensetzung sowie die Größe und die Form des Gewebes zwischen Proben ähnlich sind. Für Knorpel, ist es wichtig, ein wiederholbares Dissektion Protokoll und Probenabmessungen zu verwenden. Für Hautproben, ist es wichtig, alle das subkutane Gewebe, um eine wiederholbare Probe zu erhalten zu entfernen. Es ist auch wichtig, die Probe Bedingungen identisch sind, einschließlich Hydratation, Raumtemperatur, und Auftauvorgang gegebenenfalls zu gewährleisten, dass für alle Proben.

Es gibt einige Einschränkungen auf die dargestellten Protokollen. Studien haben ergeben , dass Verformungseigenschaften von Haut und Knorpel auf Objektorientierung ¹³ abhängig sind. Skin wurde erkannt anisotrop sind so weit zurück wie im 19. ^Jahrhundert, mit Langer im Jahre 1861 zeigen , dass die Haut natürliche Liniender Spannung, bezeichnet ⁴ als Langer Linien. Somit wird , wenn die Hautproben zu charakterisieren, ist es wichtig , dass alle Proben parallel oder senkrecht zu den Langer – Linien zu orientieren ⁴ eine Methodik zur Vermeidung von Verzerrungen einzuführen. Cartilage zeigt auch anisotrope Eigenschaften und enthält Hultkrantz Linien, die Langer Linien äquivalent sind, so kann der Knorpel verformen unterschiedlich nach der Richtung , in der es ¹² geladen ^{ist, 19.} Somit ist es wichtig, die Probengröße zu erhöhen, für die Prüfung von Knorpel in verschiedenen Richtungen zu ermöglichen. Als biomechanischen Eigenschaften von Gewebe auch mit dem Alter und Geschlecht variieren, sollten Studien mit einer repräsentativen Patientengruppe durchgeführt werden, Gültigkeit der klinischen Einstellung beizubehalten. Weiterhin befürworten einige mechanische Protokolle Vorkonditionierung, wo das Gewebe zyklischen Belastungen unterzogen , um sicherzustellen , dass das Gewebe für eine nachfolgende mechanische Prüfung ²⁰ in einem stationären Zustand ist. Jedoch ist der genaue Mechanismus der pAufarbeitung ist unklar und die genaue Anzahl von Zyklen benötigt , um eine konsistente und wiederholbare Reaktion zu erzeugen variiert in verschiedenen Studien ^20. Der Forscher sollte prüfen , ob oder nicht zu schließen Präkonditionierung nach dem Grund für die Bewertung der spezifischen biomechanischen Test ²⁰ durchgeführt wird .

Die Haut ist ein komplexes, mehrschichtiges Material, aufgeteilt in drei Hauptschichten: die Epidermis, Dermis und Hypodermis ^4. Die mechanischen Eigenschaften von Hautgewebe haben ⁴ vor kurzem unter Verwendung von in vivo – Beurteilungen bewertet. Allerdings können Protokolle Zugprüfung verwendet werden , um die Haut Biomechanik der Haut herausgeschnitten ⁴ zu verstehen. Solche Tests können Informationen liefern Spannungs-Dehnungs – Beziehungen zu modellieren, da die Randbedingungen ⁴ definiert werden. Typischerweise in vitro Anwendung Prüfregimes hohen Belastungen des Materials zum Scheitern zu charakterisieren, während in vivo – Systemen Verwendungspannungsarm Bereiche ^4. Wenn biomechanischen Werte für exzidiert Haut in Spannung verglichen wird , gibt es eine große Variabilität zwischen verschiedenen Studien, von 2,9 bis 150 MPa im Bereich ^4. Große Unterschiede zwischen den Fächern sind durch natürliche biologische Variabilität erwartet, aber Unterschiede in Protokoll Regime können auch diese natürlichen biologischen Unterschiede Verbindung. Zum Beispiel Unterschiede in der Belastungsgeschwindigkeiten zwischen den Protokollen wird Variation verursachen, da größere Beladungsraten weniger Zeit Ursache für die Flüssigkeit herausfließen kann, in einer höheren Steifigkeit ergibt. Die Vorbereitung, Exzision und Handhabung Protokolle des Hautgewebes wird auch Unterschiede verursachen in den mechanischen Eigenschaften ^4. Dieses Protokoll zum Testen der Haut gezeigt stellt eine alternative Methode für die Forscher Hautgewebe zu charakterisieren. Es bietet einige Vorteile, einschließlich der Fähigkeit, die elastischen und viskoelastischen Eigenschaften von Hautgewebe in einem mechanischen Test zu identifizieren, für ein besseres Verständnis der Haut ermöglichtin kürzester Zeit. Ferner kann der gleiche Test auf Tissue-Engineering-Ersatz angewandt werden Konstrukte mit ähnlichen biomechanischen Eigenschaften wie natives Haut herzustellen.

Eindringprüfung bietet eine attraktive Option im Vergleich zu beschränken Druckprüfung für das Verständnis der Biomechanik des Knorpels ^21. Eindrückung hat die Fähigkeit, die physiologische Struktur des Knorpels zu erhalten, und somit enthält Werte, die denen von einer klinischen Umgebung nachahmen. Verwendung Einbuchtung ist es auch möglich, den Knorpel zu testen, während sie noch an dem darunterliegenden Knochen befestigt. Indentation ermöglicht auch physiologische Tests von Knorpel in vivo. Wenn zwei Knorpeloberflächen einander nähern, die Kontaktfläche "Beule" durch Wasser unter dem Kontaktbereich die Kanten seitlich wobei umgebenden verschoben nach Druckverformung ^{17 auftritt, 21.} Cartilage Einbuchtung muss mit einem in durchgeführt werdenDGeben mit einem kleineren Radius als der Knorpelprobe ähnlich Ausbeulen zu ermöglichen. Die Größe des Eindringkörpers sollte auch mindestens 8 mal die Probengröße , um sicherzustellen, dass der Knorpel reagiert , als ob sie Teil einer unbestimmten Probe ²² waren. Mit Hilfe eines Eindringkörpers viel kleiner ist als der Radius des Probendurchmesser der Probenerstellung keine Randeffekte vorhanden eliminiert. Darüber hinaus vermeidet Einzug möglich experimentelle Fehler, verursacht durch durch Probenextraktion beschädigte Knorpeldefekten testen. Einrückung mit sich bringt auch nicht tief Probenvorbereitung, wie beschränkte Kompression, so dass kleine, dünne Knorpelstücke ¹⁷ getestet ^{werden, 21.} Darüber hinaus bedeutet die zerstörungsfreie Methode des Eindrucks, dass es eine mögliche Anwendung in der klinischen Einstellung hat als ein Diagnose-Tool nach der Validierung und Verifizierung Studien durchgeführt wurden.

Es gibt Schlüsselannahmen mit Vertiefung, die der Benutzer für geeignet f muss sicherstellen,riate Ergebnisse. Eine kritische Randbedingung in Vertiefung Belastung erfordert eine ständige Kontakt zwischen dem Eindringkörper und der Knorpeloberfläche (dh , dass die Oberfläche von der Eindringkörper nicht weg verformen) ^{23, 24.} Indentation Laden umfasst auch die angenommene Grenzbedingung , dass der Kontakt zwischen der Knorpeloberfläche und dem Eindringkörper ist zerstörungsfrei ( das heißt, dass die Eindringkörper in Kontakt mit der Oberfläche ist , sondern geht nicht durch die Oberfläche, die Knorpeloberfläche nicht unter der ausfällt Eindringkörper) ^25-26. Studien haben gezeigt , dass diese Randbedingung durch die Verwendung von Druckfarbe überprüft werden kann Indien, die beschädigten Bereiche zu färben , wenn ²⁵ an die Knorpeloberfläche ^{aufgebracht, 26.} Eine weitere Randbedingung angenommen, dass der Eindringkörper den Knorpel senkrecht zur Oberfläche der Probe komprimiert. Die senkrechte Ausrichtung der Kompression ist eine wichtige Grenze condition, weil in einem Winkel zu komprimieren, vor allem, wenn zyklische Belastung verwendet wird, kann Schlupf verursachen, die Komponenten Scher induzieren kann und die mechanische Belastung ändern. Diese Bedingung kann sichergestellt werden durch eine sorgfältige Testausrüstung eingerichtet.

Nachdem die zusammengefassten Protokolle für das weiche Gewebe von Interesse optimiert worden, wäre es sinnvoll sein, für die Forscher in die dynamische Prüfung des Gewebes von Interesse zu suchen. Geeignete zyklische Belastung von Proben sollten normalen physiologischen Grenzen und Verhalten, wie imitiert Gehen oder andere sich wiederholende Bewegungen nachahmen ^27. Zusammenfassend zeigt dieser Bericht eine einfache mechanische Testprotokolle menschlichen Geweben zu bewerten. diese Protokolle Implementierung werden die wichtigsten Informationen über die biomechanischen Eigenschaften von Gewebe bieten, Tissue-Engineering-Konstrukte ermöglicht besser das native Gewebe nachahmen.