The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Thomas  E. Robinson; Erik  A. B. Hughes; Neil  M. Eisenstein; Liam  M. Grover; Sophie  C. Cox

doi:10.3791/61417

JoVE Journal > Bioengineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Bioengineering

De kwantificering van injecteerbaarheid door mechanische testen

Published: May 13, 2020

doi:

10.3791/61417

Thomas E. Robinson¹, Erik A. B. Hughes¹, Neil M. Eisenstein¹, Liam M. Grover¹, Sophie C. Cox¹

¹School of Chemical Engineering,University of Birmingham

Summary

Hier gepresenteerd is een protocol voor kwantitatief evalueren van de injecteerbaarheid van een materiaal door middel van een spuit-naald systeem met behulp van een standaard mechanische testinstallatie.

Abstract

Injecteerbare biomaterialen worden steeds populairder voor de minimaal invasieve levering van geneesmiddelen en cellen. Deze materialen zijn doorgaans stroperiger dan traditionele waterige injecties en kunnen semi-solide zijn, daarom kan de injecteerbaarheid ervan niet worden aangenomen. Dit protocol beschrijft een methode om de injecteerbaarheid van deze materialen objectief te beoordelen met behulp van een standaard mechanische tester. De spuitzuiger wordt gecomprimeerd door de kruiskop met een bepaalde snelheid, en de kracht wordt gemeten. De maximale of plateaukracht waarde kan vervolgens worden gebruikt voor vergelijking tussen monsters, of tot een absolute krachtlimiet. Dit protocol kan worden gebruikt met elk materiaal, en elke spuit en naald grootte of geometrie. De verkregen resultaten kunnen worden gebruikt om beslissingen te nemen over formuleringen, spuit en naaldmaten in het begin van het translationele proces. Verder kunnen de effecten van het veranderen van formuleringen op de injecteerbaarheid worden gekwantificeerd en kan de optimale tijd om tijdelijk veranderende materialen te injecteren worden gekwantificeerd. Deze methode is ook geschikt als een reproduceerbare manier om de effecten van injectie op een materiaal te onderzoeken, om verschijnselen zoals zelfgenezing en filterpersing te bestuderen of de effecten van injectie op cellen te bestuderen. Dit protocol is sneller en directer van toepassing op injecteerbaarheid dan rotatiereologie en vereist minimale nabewerking om belangrijke waarden voor directe vergelijkingen te verkrijgen.

Introduction

Biomaterialen worden vaak bestudeerd en gebruikt als steigers voor celgebonden weefselregeneratie en depots voor gerichte, duurzame levering van therapieën¹. Binnen dit veld, injecteerbare biomaterialen groeien in populariteit als ze minimaal invasief, die het risico van infectie, pijn en littekens in verband met implantatie^{vermindert 2}. Verder, omdat ze meestal worden toegepast als vloeistoffen, ze perfect voldoen aan weefseldefecten, en drugs en cellen kunnen worden gemengd in hen onmiddellijk voorafgaand aan de toepassing³^,⁴^,⁵. Als zodanig, terwijl injecteerbare biomaterialen kunnen worden vervaardigd als voorgeladen spuiten, worden ze vaak bereid door clinici direct voorafgaand aan de toepassing. Cement begint bijvoorbeeld in te stellen zodra de poeder- en vloeistoffasen zijn gemengd en kunnen dus niet lang worden opgeslagen voor gebruik⁶. De karakterisering van deze materialen is zo tijd afhankelijk en onlosmakelijk verbonden met hun voorbereiding.

Veel voorkomende injecteerbare biomaterialen zijn calciumcementen, polymethylmethylmeryrylaat, bioglassen en diverse polymere hydrogels³^,⁷. In tegenstelling tot traditionele injecties van geneesmiddelen, die dezelfde rheologische eigenschappen hebben als water, zijn deze injecteerbare biomaterialen doorgaans stroperiger, niet-Newtoniaans, kunnen een elastisch karakter hebben en kunnen ze ook na verloop van tijd veranderen. Daarom kan de injecteerbaarheid van deze materialen niet worden aangenomen, maar moet experimenteel worden beoordeeld. Door de kracht te kwantificeren die nodig is voor injectie en te correleren met het gemak van injectie, kunnen vroege beslissingen over welke biomatenformuleringen, spuit en naaldgroottes in het begin van het ontwikkelingsproces kunnen worden genomen⁸. Dergelijke experimenten kunnen ook de effecten van veranderende formuleringen op de injecteerbaarheid kwantificeren⁹.

Er zijn verschillende methoden om de eigenschappen van injecteerbare materialen te beoordelen. Rotatiererologie wordt vaak gebruikt om viscositeit, niet-Newtoniaans gedrag, herstel na afschuif, instellingstijd en andere eigenschappen van deze materialen te beoordelen¹⁰^,¹¹^,¹². Hoewel dit type test nuttig is om fundamentele eigenschappen van de materialen vast te stellen, correleren deze eigenschappen niet direct met injecteerbaarheid. Voor een Newtoniaanse vloeistof en cilindrische spuit en naald kan de injectiekracht worden geschat uit een vorm van de Hagen-Poiseuille-vergelijking¹³:

Wanneer F de kracht is die nodig is voor injectie (N), R _s is de interne spuit radius (m), R_n is de interne naald straal (m), L is de naald lengte (m), Q is vloeistof stroomsnelheid (m³ s^-1), η is de dynamische viscositeit (Pa.s) en F_f is de wrijvingskracht tussen de zuiger en de loopwand (N). Dus als de viscositeit wordt gemeten via rotatiereologie, de afmetingen van de spuit en naald bekend zijn en de debiet wordt geschat, kan de injectiekracht worden geschat. Deze vergelijking houdt echter geen rekening met het conische uiteinde van de spuit of andere geometrieën, zoals uit het midden, en F_fmoet door mechanische tests worden geschat of experimenteel worden gevonden. Verder zijn biomaterialen meestal geen Newtoniaans, maar vertonen ze complexe rheologische eigenschappen. Voor een eenvoudige schuifvloeistof wordt de vergelijking^14:

Waar n de power index (-) en K is de consistentie-index (Pa.sⁿ) van de Ostwald de Waele uitdrukking: , waar is de schuifkoers (s^-1). De complexiteit neemt sterk toe voor materialen waarvan de rheologische eigenschappen niet kunnen worden gekenmerkt door twee waarden, en in het bijzonder voor tijdafhankelijke materialen zoals het plaatsen van cement. Bovendien, als de materiaaleigenschappen afhankelijk zijn van afschuifafing, moet het materiaal worden getest met de in de naald verwachte afschuifsnelheid, die het bereik van een rotatiererometer¹⁵veel kan overschrijden.

Een andere kwantitatieve methode voor het meten van injecteerbaarheid omvat het bevestigen van druk- en verplaatsingssensoren aan een spuit tijdens het uitvoeren van een injectie, met de hand of met behulp van een spuitpomp. Deze apparatuur is relatief goedkoop, echter, vereist gebruikers om scripts en kalibratie curven te genereren om te zetten in kracht gegevens¹⁶. Verder kan een spuitpomp niet over voldoende koppel beschikken om de zuiger nauwkeurig te comprimeren als er hoge krachten nodig zijn om viskeuze of semi-vaste materialen te extruderen. Als alternatief kan het nuttig zijn om deze sensoren te gebruiken bij het injecteren met de hand, omdat ze kunnen worden gebruikt in een echt klinisch scenario, tijdens klinische procedures¹⁷. Dit zal echter veel langer duren en kan gebruikersbias introduceren en zal daarom grotere aantallen herhalingen met verschillende gebruikers nodig hebben om betrouwbare resultaten te verkrijgen. Dit kan dus meer geschikt zijn voor materialen die verder in de translationele pijplijn liggen, of producten die al klinisch worden gebruikt.

In dit protocol wordt een mechanische tester gebruikt om de zuiger met een bepaalde snelheid te comprimeren en de kracht te meten die nodig is om dit te doen. Dit type mechanische tester komt veel voor in materiaallaboratoria en wordt gebruikt om de injecteerbaarheid voor verschillende biomaterialen¹⁸,¹⁹^,²⁰^,²¹^,²²^,²³^,²⁴te kwantificeren . Deze test kan worden gebruikt met elke grootte en geometrie van spuit en naald, met elk materiaal. Verder, in het geval van biomaterialen die onmiddellijk voorafgaand aan het gebruik worden gemaakt, kan de exacte formuleringsprocedure die in de kliniek of een operatie zou worden gebruikt, worden gevolgd voorafgaand aan het testen. Een bijkomend voordeel van deze procedure is dat het relatief snel is; zodra de mechanische tester is ingesteld, kunnen tientallen monsters worden bestudeerd in een uur, afhankelijk van extrusiesnelheid en spuitvolume. Dit in tegenstelling tot rotatiereologie, die doorgaans minstens 5 – 10 minuten per test in beslag neemt, plus belasting, evenwicht en reinigingstijd. Het gebruik van een mechanische tester produceert een betrouwbare extrusiesnelheid gelijkmatig over de zuiger, wat bijzonder voordelig is voor stroperige formuleringen of die met tijdsafhankelijke eigenschappen. Na het testen is een minimale nabewerking van gegevens vereist om belangrijke waarden voor objectieve vergelijkingen uit te trekken.

Protocol

1. Voorbereiding van de steekproef Bereid het monster voor en laad het in de spuit. Als u een voorgeladen spuit wilt simuleren, moet u het monster van tevoren voorbereiden, in de spuit laden en de naald bevestigen. Bewaar naar behoefte, tot het testen. Dit kan geschikt zijn voor hydrogels en materialen die niet veranderen met de tijd.OPMERKING: Bijvoorbeeld, om 2% alginaat oplossingen voor te bereiden, los 2 g alginic zuur natriumzout in 100 mL van gedeïoniseerd water, door roeren bij kamertemperatuur. Zuig de oplossing in 5 mL spuiten, en bewaar voor 24 uur bij kamertemperatuur. Als alternatief, om een injectie te simuleren die direct voorafgaand aan de toepassing is geformuleerd, bereidt u het monster op dezelfde manier voor in de kliniek, zodat eventuele insteltijden mogelijk zijn. Laad in de spuit en bevestig de naald. Dit kan geschikt zijn voor cement, en materialen waarvan de eigenschappen veranderen met de tijd.OPMERKING: Bijvoorbeeld, om calciumsulfaat cement te bereiden, handmatig mengen 4 g calciumsulfaat hemihydraat in 5 mL van gedeïmiseerd water met een spatel gedurende 1 min. Haal de zuiger uit de spuit en laad het cement met de spatel in het spuitvat. Begin met het mechanische testen na 4 min.LET OP: Naalden vormen een veiligheidsrisico, gebruiken indien mogelijk stompe naalden. Als het materiaal cellen of andere biologische materialen bevat, moet extra worden gezorgd om verwondingen van scherpe punten te voorkomen. 2. De mechanische tester instellen Bevestig platte platen (voor compressietesten) aan de mechanische tester. Rust de mechanische tester handmatig uit met een laadcel met een maximale belasting van 200 N.OPMERKING: Er mag een grotere belastingscel worden gebruikt, mits deze voldoende precisie heeft op het bereik van 1 – 200 N. Monsters die stroperig zijn en niet bedoeld zijn om met de hand te worden geïnjecteerd, kunnen een grotere belastingscel vereisen. Scheid de platen met behulp van de handmatige bedieningsknoppen, zodat er voldoende ruimte is voor de naald, spuit en zuiger (ongeveer 30 cm is voldoende). Maak een testprotocol. Open de testwizard en stel het testtype in op uniaxiale compressie. Stel de voorbelasting in. Dit is de gemeten krachtwaarde waartegen het testen zal beginnen. 0,5 N is voldoende. Stel de snelheid in op voorbelasting op 5 mm/min. Dit is de snelheid die de kruiskop naar beneden zal bewegen totdat hij de pre-load tegenkomt. Stel de belading in op verplaatsingscontrole en selecteer een geschikte testsnelheid. 1 mm/s is een geschikte snelheid voor een standaard 5 mL spuit. Stel een bovenkrachtlimiet in om de test te stoppen, bijvoorbeeld 200 N. Dit is in de eerste plaats om veiligheidsredenen. De test kan ook automatisch worden gestopt bij een bepaalde verplaatsing, bijvoorbeeld de lengte van de spuit. 3. Het klemsysteem instellen Bevestig twee sets klemmen aan twee standaards, met handvatten die groot genoeg zijn om de gekozen spuit veilig te verankeren. Plaats de grepen tussen de kruiskop en de baseplate, met voldoende ruimte onder de grepen voor de spuit en naald. Line-up van de centra van de twee grepen, en line-up deze met het midden van de crosshead.OPMERKING: Uitlijning van de klemgrepen met elkaar en het midden van de kruiskop kan enige tijd en iteratie duren om te bereiken, maar is belangrijk om gegevens van hoge kwaliteit te verkrijgen. Zorg ervoor dat de klemmen stevig worden vastgezet, zodat er geen beweging in de klemmen is wanneer een neerwaartse kracht wordt uitgeoefend. Plaats een schotel op de bodemplaat om het geëxtrudeerde materiaal te verzamelen. 4. Voer het injectability protocol uit Steek de spuit in de klemgrepen en sluit ze. De grepen moeten de spuit op zijn plaats houden, maar laat hem op en neer bewegen zonder weerstand. Zorg ervoor dat de spuit en zuiger loodrecht op de kruiskop staan. Dit zorgt ervoor dat alleen eenaxiale compressie van het materiaal wordt gemeten.OPMERKING: Een lege spuit moet worden gebruikt om de stappen 4.1 en 4.2 te controleren. Laat de bovenste plaat zakken naar een positie net boven de zuiger, met behulp van de handmatige bewegingsknoppen.OPMERKING: Het kan mogelijk zijn om een ‘Startpositie’te selecteren in het mechanische tester protocol, zodat de oorspronkelijke positie boven de zuiger automatisch wordt bereikt en consistent is tijdens het testen. Nul de gemeten kracht door te klikken op ‘Zero Force’. Voer het testprotocol uit door op ‘Run’te drukken.LET OP: De onderzoeker moet altijd aanwezig zijn om elke proef te observeren en klaar om de noodstop te activeren in geval van een ongeluk. Til de platen op voldoende hoogte, met behulp van de handmatige beweging knoppen, zodat de spuit kan worden verwijderd. Herhaal stap 4 voor elk monster.OPMERKING: Op dit punt kan de spuit en geëxtrudeerd monster worden weggegooid als er geen verdere analyse nodig is, maar kan worden bewaard om filterpersing, zelfgenezing, de effecten op cellen, enz. 5. Gegevensverzameling Sla de gegevens van elke proefversie op in een indeling waaruit een tabel met kracht- en verplaatsingswaarden kan worden gegenereerd (.txt, .xls .xlsx). Plot de resultaten van elke proef, met verplaatsing op de x-as en kracht op de y-as. Lees de maximale kracht (als deze bestaat) en plateaukracht uit de grafieken.

Representative Results

De opstelling van de mechanische tester en het klemsysteem is weergegeven in figuur 1A. Dit protocol genereert een tabel en grafiek van kracht versus verplaatsing voor elk getest monster. Een typische krachtverplaatsingscurve bestaat uit drie secties (Figuur 1B):een eerste helling, omdat de zuiger wrijving van het vat overwint en het materiaal wordt versneld, een kracht maximum en een plateau, omdat het materiaal in een stabiele toestand wordt geëxtrudeerd. Er bestaat echter alleen een duidelijk maximum wanneer de plateaukracht lager is dan de kracht die nodig is om de zuiger te versnellen. Als zodanig, pieken worden alleen gezien voor inviscid monsters die door brede naalden. Voor viskeuze monsters die door een meer smalle opening gaan, is de kracht die nodig is om het monster bij constante snelheid te injecteren groter dan de kracht die nodig is om wrijving in het vat te overwinnen en het materiaal te versnellen, en er wordt geen duidelijke piek gezien(figuur 1C). Voor zeer stroperige monsters of zeer smalle naalden kan de kracht die nodig is om het materiaal te extruderen zo groot zijn dat de spuit gespen en faalt, vaak met zeer weinig extrusie van het materiaal(figuur 1D). Als het geïnjecteerde materiaal deeltjes bevat of een instelling ondergaat, zoals cement, filterpersing (preferentiële uitzetting van de vloeibare fase) of bulkinstelling, kan dit leiden tot onvolledige injectie (figuur 1E). Figuur 1: Voorbeeldcurven die door dit protocol worden gegenereerd. (A) Opstelling van de mechanische tester voor dit protocol. (B) Typische kracht-extrusie curve. (C) Force-extrusie curve zonder duidelijke maximale piek. (D) Force-extrusie curve voor spuitfalen. (E) Kracht-extrusie curve voor een instelling cement. Dit cijfer is aangepast van Robinson et al.8. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Discussion

Mechanische testen is misschien wel de eenvoudigste en meest betrouwbare manier om injecteerbaarheid te kwantificeren. Een belangrijk voordeel van dit protocol is dat er geen speciale apparatuur nodig is, behalve de mechanische tester, die gebruikelijk is in materiaallaboratoria. Dit protocol is zeer veelzijdig; elk materiaal, naaldmeter en spuitgrootte kan worden gebruikt, mits de spuit door de klemmen kan worden ondergebracht. Dit is geverifieerd in dit protocol voor spuiten tot 10 mL. Verder kan het materiaal precies worden voorbereid zoals het zou doen voor de real-world applicatie²⁵. Ten slotte is deze procedure zeer snel, waarbij slechts een paar minuten per monster, waardoor tientallen monsters per uur kunnen worden verwerkt.

Voor monsters die typische curven geven, kunnen twee waarden worden geëxtraheerd: de maximale kracht en de plateaukrachtcurven. De maximale kracht is aantoonbaar objectiever en kan rekenkundig worden geëxtraheerd uit de gegevenstabel voor elk monster. Omgekeerd kan de plateaukracht representatiever zijn, omdat dit de kracht zal zijn die gedurende de grootste tijd wordt ervaren en gemiddeld minder wordt beïnvloed door krommen met grote schommelingen. Deze schommelingen kunnen worden veroorzaakt door luchtbellen of deeltjes in het materiaal die intermitterende veranderingen veroorzaken wanneer ze worden geëxtrudeerd, of door lage instrumentprecisie voor metingen met kleine kracht. Het is echter opmerkelijk dat er voor veel monsters geen maximale krachtpiek is, en dus zijn de maximale en plateauwaarde hetzelfde. Objectieve vergelijkingen tussen injectiekrachten kunnen worden gemaakt zolang een consistente waarde wordt gebruikt.

De verkregen gegevens kunnen op verschillende manieren worden gebruikt. De injecteerbaarheidskrachtwaarden kunnen worden vergeleken met het injectiegemak, om vast te stellen welke formuleringen, spuit en naaldgroottes haalbaar zijn voor vertaling⁸. Als alternatief, het vergelijken tussen monsters maakt het mogelijk voor de kwantificering van wijzigingen in formuleringen op injecteerbaarheid. Bijvoorbeeld, in cement, het veranderen van de viscositeit van de vloeibare fase, de deeltjesgrootte verdeling, en het toevoegen van additieven zoals citraat om de colloïdale eigenschappen te veranderen, kan grote veranderingen in injectabiliteit⁹. Deze tests kunnen ook de formulering protocol voor cement, bijvoorbeeld mengtijd, tijd tot belasting en tijd tot toepassing, voor een optimale injectie en post-injectie prestaties. Bovendien kan deze methode worden gebruikt om de eerste haalbaarheid van nieuwe bioinks voor 3D-printen te testen.

Dit protocol kan op verschillende manieren worden gewijzigd. Het klemsysteem kan worden vervangen door een op maat gemaakte 3D-geprinte constructie om de spuit vast te houden, wat het gemakkelijker kan maken om ervoor te zorgen dat de spuit en de zuiger loodrecht op de kruiskop staan en de spuit stevig wordt vastgehouden. De naald kan worden vervangen door een canule of een apparaat dat materiaal extrudeert door compressie van een zuiger en kan van elke grootte en geometrie zijn. Om de getrouwheid van de resultaten te verhogen, kan de punt van de naald in een weefsel of hydrogel worden geplaatst om de klinische injectie nauwkeuriger te simuleren. Dit voegt echter nog meer complexiteiten toe aan het protocol, omdat de samenstelling van weefsel/gel en de naalddiepte constant moeten worden gehouden. Verder maakt dit protocol gebruik van verplaatsingsgestuurde extrusie, om de kracht te meten die nodig is om te injecteren met de opgegeven snelheid. Als alternatief kan de injectiekracht worden gespecificeerd en kan de hoeveelheid extrusie tegen de tijd worden gemeten. Dit kan handig zijn voor materialen met tijdsafhankelijke eigenschappen, zoals cement. Door bijvoorbeeld een correlatie te gebruiken tussen injectiekracht en het gemak van injecteerbaarheid om een kracht⁸te selecteren, kan dit protocol worden gebruikt om vast te stellen of het volledige volume cement met deze snelheid kan worden geïnjecteerd voordat u instelt. Ten slotte kan dit protocol eenvoudig worden gecombineerd met andere experimenten, om het effect van injectie op de materiaaleigenschappen te testen en verschijnselen zoals filterpersing en zelfgenezing, of het effect van injectie op cellen te onderzoeken.

De belangrijkste beperking van dit protocol is dat een universele mechanische tester nodig is. Hoewel deze gebruikelijk zijn in materialen testen labs, ze zijn duur om te kopen als de gebruiker geen toegang tot een. Verder biedt de mechanische tester uniaxiale compressie bij een vaste kracht of snelheid van verplaatsing, terwijl de toegepaste kracht en injectiesnelheid kunnen variëren in de loop van de injectie met de hand. Dit protocol is ook ongeschikt voor het repliceren van sommige echte wereld injecties, zoals injecties in complexe weefsels in het theater, of injecteren onder verschillende hoeken. Om de kracht van injectie in de kliniek te kwantificeren, kunnen kracht en verplaatsingtransducers een betere methode zijn.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gefinancierd door de EPSRC CDT for Formulation Engineering in de School of Chemical Engineering aan de Universiteit van Birmingham, UK, Grant referentie EP/L015153/1, en het Royal Centre for Defence Medicine.

Materials

Alginic Acid Sodium Salt	Sigma	A2033-100G
Blunt Needles	Needlez	NB19G1.5	Any size may be used, depending on application
Calcium Sulphate Hemihydrate	Acros Organics	22441.296
Clamp stand	Eisco	MTST5	Two required
Clamps	R&L Enterprises	41	Two required, should have flat tops
Syringes	BD	307731	Any size can be used, depending on application
Universal Mechanical Tester	Zwick Roell	Z030

References

Webber, M. J., Appel, E. A., Meijer, E. W., Langer, R. Supramolecular biomaterials. Nature Materials. 15, 13-26 (2015).
Mathew, A. P., Uthaman, S., Cho, K. -. H., Cho, C. -. S., Park, I. -. K. Injectable hydrogels for delivering biotherapeutic molecules. International Journal of Biological Macromolecules. 110, 17-29 (2018).
Zhou, H., et al. Injectable biomaterials for translational medicine. Materials Today. 28, 81-97 (2019).
Alves, H. L. R., dos Santos, L. A., Bergmann, C. P. Injectability evaluation of tricalcium phosphate bone cement. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19, 2241-2246 (2008).
Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chemical Society Reviews. 37, 1473 (2008).
Pawelec, K. M., Planell, J. A. . Bone Repair Biomaterials: Regeneration and Clinical Applications. , (2019).
Fernandez de Grado, G., et al. Bone substitutes: a review of their characteristics, clinical use, and perspectives for large bone defects management. Journal of Tissue Engineering. 9, 204173141877681 (2018).
Robinson, T. E., et al. Filling the Gap: A Correlation between Objective and Subjective Measures of Injectability. Advanced Healthcare Materials. , 1901521 (2020).
O’Neill, R., et al. Critical review: Injectability of calcium phosphate pastes and cements. Acta Biomaterialia. 50, 1-19 (2017).
Gantar, A., et al. Injectable and self-healing dynamic hydrogel containing bioactive glass nanoparticles as a potential biomaterial for bone regeneration. RSC Advances. 6, 69156-69166 (2016).
Ramin, M. A., Latxague, L., Sindhu, K. R., Chassande, O., Barthélémy, P. Low molecular weight hydrogels derived from urea based-bolaamphiphiles as new injectable biomaterials. Biomaterials. 145, 72-80 (2017).
Ren, K., He, C., Xiao, C., Li, G., Chen, X. Injectable glycopolypeptide hydrogels as biomimetic scaffolds for tissue engineering. Biomaterials. 51, 238-249 (2015).
Burckbuchler, V., et al. Rheological and syringeability properties of highly concentrated human polyclonal immunoglobulin solutions. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 76, 351-356 (2010).
Allmendinger, A., et al. Rheological characterization and injection forces of concentrated protein formulations: An alternative predictive model for non-Newtonian solutions. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 87, 318-328 (2014).
Davison, P. F. The Effect of Hydrodynamic Shear on the Deoxyribonucleic Acid from T2 and T4 Bacteriophages. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 45, 1560-1568 (1959).
Chen, M. H., et al. Methods to Assess Shear-Thinning Hydrogels for Application As Injectable Biomaterials. ACS Biomaterials Science and Engineering. 3, 3146-3160 (2017).
Krebs, J., et al. Clinical measurements of cement injection pressure during vertebroplasty. Spine. 30, (2005).
Bohner, M., Baroud, G. Injectability of calcium phosphate pastes. Biomaterials. 26, 1553-1563 (2005).
Gbureck, U., Barralet, J. E., Spatz, K., Grover, L. M., Thull, R. Ionic Modification of Calcium Phosphate Cement Viscosity. Part I: Hypodermic Injection and Strength Improvement of Apatite Cement. Biomaterials. 25, 2187-2195 (2004).
Habib, M., Baroud, G., Galea, L., Bohner, M. Evaluation of the ultrasonication process for injectability of hydraulic calcium phosphate pastes. Acta Biomaterialia. 8, 1164-1168 (2012).
Martin, B. C., Minner, E. J., Wiseman, S. L., Klank, R. L., Gilbert, R. J. Agarose and methylcellulose hydrogel blends for nerve regeneration applications. Journal of Neural Engineering. 5, 221-231 (2008).
Borzacchiello, A., Russo, L., Malle, B. M., Schwach-Abdellaoui, K., Ambrosio, L. Hyaluronic Acid Based Hydrogels for Regenerative Medicine Applications. BioMed Research International. 2015, 871218 (2015).
Zhao, L., Weir, M. D., Xu, H. H. K. An injectable calcium phosphate-alginate hydrogel-umbilical cord mesenchymal stem cell paste for bone tissue engineering. Biomaterials. 31, 6502-6510 (2010).
Ji, D. -. Y., Kuo, T. -. F., Wu, H. -. D., Yang, J. -. C., Lee, S. -. Y. A novel injectable chitosan/polyglutamate polyelectrolyte complex hydrogel with hydroxyapatite for soft-tissue augmentation. Carbohydrate Polymers. 89, 1123-1130 (2012).
Vaishya, R., Chauhan, M., Vaish, A. Bone cement. Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma. 4, 157-163 (2013).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Robinson, T. E., Hughes, E. A. B., Eisenstein, N. M., Grover, L. M., Cox, S. C. The Quantification of Injectability by Mechanical Testing. J. Vis. Exp. (159), e61417, doi:10.3791/61417 (2020).

Automatically Generated