インデントと引張試験を用いたヒト軟部組織の生体力学的特性評価

いくつかの引張とインデントのプロトコルは、人間の軟組織を特徴づけるために公開されています。私たちは、複数の診断や非破壊なることを目指して別の方法を、提供しています。トランスデューサは変位よりも負荷に対してより敏感であるとして、このプロトコルで機械的試験を受けているサンプルは、負荷によってではなく変位により制限されています。したがって、実験の再現は、組織や合成材料全体でより正確にすることができます。この技術を用いて、皮膚組織及び軟骨組織を分析するためのインデントプロトコルを評価するための引張プロトコルを示しました。どちらのプロトコルは、実装が簡単でシンプルであり、人間の軟組織と組織工学構築物の特徴付けのために考慮することができます。

分析に適した応力緩和曲線を得るための方法の重要なステップの一つは、サンプルが試験中に滑らないようにすることです。十分な固定がrequirですエドが、これは標本上の任意のストレスを引き起こし、圧子は、任意のせん断負荷を防止するために、表面に垂直であることを保証することに対してバランスをとらなければなりません。組成物ならびに組織の大きさや形状は、サンプル間で類似していることが重要です。軟骨のためには、反復可能な解剖プロトコルとサンプルの寸法を使用することが不可欠です。皮膚サンプルの場合は、反復のサンプルを得るために全ての皮下組織を除去することが重要です。適切な場合、すべての試料について、試料の条件は、水和、室温、および解凍工程を含む、同じであることを確認することも重要です。

提示されたプロトコルにはいくつかの制限があります。研究は、皮膚や軟骨の変形特性は、試料オリエンテーション¹³に依存していることを示唆しています。皮膚は、ランガーは、皮膚が自然のラインを持っていることを1861年に実証して、にまでさかのぼる19 ^世紀のような異方性であることが認識されました緊張、ランガー線⁴と呼びます。皮膚サンプルを特徴づける際にこのように、方法論バイアス^4を導入^すること^を避けるためにランガー線と平行または垂直なすべてのサンプルを向けることが重要です。軟骨はまた、異方性の特性を示し、ランガー線に相当するHultkrantz線が含まれ、そのように軟骨は^{、12、19に}装填された方向記載異なる変形することができます。これにより、異なる方向に軟骨の検査を可能にするために、サンプルサイズを大きくすることが重要です。組織の生体力学的特性はまた、年齢や性別によって変化したように、研究は、臨床設定に有効性を維持するために、代表的な患者コホートで行われるべきです。さらに、いくつかの機械的なプロトコルは、組織は、組織が、その後の機械的試験²⁰定常状態にあることを確実にするために繰り返し荷重を受ける前処理を提唱します。しかしPの、正確なメカニズム再調整は不明であり、一貫性と再現性の応答を生成するために必要なサイクルの正確な数は異なる研究²⁰で変化します。研究者は、特定の生体力学的テスト^20を行う理由を評価した後に前処理を含めるかどうかを検討する必要があります。

表皮、真皮、および皮下組織^4：皮膚は、3つの主要な層に分け、複雑な多層材料です。 皮膚組織の機械的特性は、最近、 インビボで評価 ⁴ で使用して評価されてきました。 しかし、引張試験のプロトコルは、切除皮膚⁴の皮膚の生体力学を理解するために利用することができます。このような試験は、境界条件が⁴に定義することができるので、応力-ひずみ関係をモデル化するために情報を提供することができます。一般的に、in vitro試験制度は、 インビボ系での使用に対し、障害のために材料を特徴づけるために、高い菌株を使用します低歪は^4の範囲^です 。緊張で切除した皮膚のための生体力学的な値を比較すると、MPaの⁴ 2.9から150に至るまで、異なる研究間で大きなばらつきがあります。対象者との間に大きな違いは、天然の生物学的変化に期待されていますが、プロトコルの体制の違いはまた、これらの天然の生物学的な違いを配合することができます。より大きな負荷率がより高い剛性が得られ、流体が流出するためのより少ない時間を引き起こすとして例えば、プロトコル間の負荷率の差は、変動の原因となります。準備、切除、および皮膚組織のプロトコルを扱うには、機械的性質⁴に違いが生じます。このプロトコルは、皮膚組織を特徴づけるために、研究者のための代替の方法を提供し、テストの肌のために実証されました。これは、皮膚のより深い理解を可能にする、1機械試験で皮膚組織の弾性と粘弾性特性を特定する能力を含むいくつかの利点を提供し、短時間インチさらに、同じ試験を、天然皮膚と同様の生体力学的特性を有する構築物を製造するために、組織工学の置換にも適用することができます。

インデントのテストは、軟骨²¹の生体力学を理解するための拘束圧縮試験に比べて魅力的な選択肢を提供します。インデントは、軟骨の生理的な構造を維持する能力を有し、したがって、臨床設定のものを模倣する値を提供します。まだ下にある骨に付着しながら、インデントを使用して、軟骨をテストすることも可能です。インデントはまた、 インビボでのように軟骨の生理的なテストを行うことができます。 2軟骨表面が互いに接近するとき圧縮変形^17、21を生じた後、接触領域の下水による接触「バルジ」の領域を囲む縁部は横方向に変位します。軟骨インデントは内で行わなければなりません同様の膨らみを可能にするために、軟骨サンプルよりも小さな半径でdenter。圧子のサイズはまた、不定サンプル²²の一部であるかのように軟骨が反応することを確実にするために、少なくとも8倍のサンプルサイズでなければなりません。サンプル直径の半径は、試料の作成中に存在する任意のエッジ効果を排除するよりもはるかに小さい圧子を使用。また、インデントはサンプル抽出により損傷を受けた軟骨欠損をテストすることによって引き起こされる可能性実験誤差を避けることができます。インデントはまた、軟骨の小さい、薄い片が^17、21をテストすることができるように、このような拘束圧縮などの深い試料調製を、必要としません。また、くぼみの非破壊的方法は、検証及び確認の研究が行われた後、それは診断ツールとしての臨床設定における潜在的な用途を有することを意味します。

ユーザーがappropのために確認する必要がありますインデントを持つ主要な仮定があります。riate結果。インデント負荷の重要な境界条件は圧子と軟骨表面（ すなわち、表面は圧子から離れて変形しないこと^）23、24との間に一定の接触を必要とします。インデント負荷はまた軟骨表面と圧子との接触が圧子が表面に接触していること、すなわち （非破壊的であるが、表面を通過しないことを前提と境界条件を含み、軟骨表面が下に失敗してはなりません圧子^{）25から26。}研究は、この境界条件は、軟骨表面^25,26に適用した場合、損傷した領域を染色する墨の使用を介して確認することができることを示しています。さらに境界条件は圧子が試料の表面に垂直な軟骨を圧縮することを前提としています。圧縮の垂直配向性は重要な境界のcondですitionせん断コンポーネントを誘導し、機械的荷重を変更することができる滑りを引き起こすこともあり、繰り返し荷重を使用している場合は特に、角度で圧縮するため。この条件は設定慎重にテスト装置を介して確保することができます。

要約プロトコルは、関心の軟組織のために最適化された後、研究者が関心のある組織の動的テストを検討するために、それが有用であろう。標本の適切な周期的荷重は、ウォーキングや他の反復動作^27を模倣^するなど正常な生理的限界と動作を模倣する必要があります。要約すると、このレポートには、ヒト組織を評価するために、単純な機械的な試験プロトコルを示しています。これらのプロトコルを実装することは、より良い天然組織を模倣するために組織工学の構築を可能にする、組織の生体力学的特性に関する重要な情報を提供します。