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piuma生物奈米壓痕儀在軟骨剛度在微觀和宏觀尺度上的空間變化

 釋出時間│··╃◕:2022-09-09 點選量│··╃◕:309
目的│··╃◕:關節軟骨作為承重表面₪☁₪₪•,其特徵在於異質性和多區域組織▩✘。頂層是關節軟骨的第一個受影響區域₪☁₪₪•,這是骨關節炎等退行性疾病的結果▩✘。壓痕實驗能夠確定軟骨表層的位點依賴性(粘性)彈性特性▩✘。我們已經建立了一種可重複的微壓痕方法來測量大鼠膝軟骨的表層剛度₪☁₪₪•,並確定一個膝蓋隔室內₪☁₪₪•,內側和外側隔室之間₪☁₪₪•,一隻動物內和右膝之間以及動物之間的空間變化▩✘。
方法│··╃◕:使用帶有球形壓頭(荷蘭Optics11公司)的位移控制奈米壓頭機(piuma)在大鼠脛骨樣品(哈倫₪☁₪₪•,Wistar₪☁₪₪•,雄性₪☁₪₪•,12周齡)上獲得基於壓痕的力位移曲線▩✘。將樣品附著在底物上₪☁₪₪•,並用補充蛋白酶抑制劑的PBS溶液覆蓋(德國羅氏)▩✘。應用不同的探頭尺寸(範圍為50-150微米)和壓痕深度(範圍4-12微米)₪☁₪₪•,並在900×900μm的區域內測試多個壓痕的再現性(圖1)▩✘。軟骨的有效彈性模量是根據奧利弗-法爾理論計算的球形壓痕▩✘。
結果│··╃◕:實驗的再現性₪☁₪₪•,在同一位置的不同時間點應用單個壓痕僅發現5%的變化▩✘。然而₪☁₪₪•,在900x900μm區域內軟骨剛度的空間變化是巨大的₪☁₪₪•,高達20倍的變化(圖2)▩✘。因此₪☁₪₪•,需要至少一系列144個壓痕(12×12網格₪☁₪₪•,點間距離為82μm)才能找到該區域的可重複剛度圖₪☁₪₪•,併為該區域提供可重複的平均值▩✘。對於所有動物₪☁₪₪•,膝關節的側室比內側隔室硬得多(表1₪☁₪₪•,P值<0.01)▩✘。此外₪☁₪₪•,我們還發現動物之間的有效模量存在相當大的差異₪☁₪₪•,並且每種動物內左右膝關節的模量之間的變異性甚至更高(表 2₪☁₪₪•, P值<0.001)▩✘。
結論│··╃◕:大鼠膝關節軟骨組織表層的有效彈性模量可重複測定▩✘。由於存在很大的空間變化₪☁₪₪•,因此需要大量的壓痕才能獲得區域的適當剛度圖▩✘。內側和外側隔室之間的巨大變化可能表明該大鼠菌株在關節的內側和外側上存在特定的負荷模式₪☁₪₪•,可能與解剖結構有關▩✘。令人驚訝的是₪☁₪₪•,左膝和右膝蓋的軟骨硬度之間存在很大差異₪☁₪₪•,這表明對一條腿的負荷偏好₪☁₪₪•,並且還可能與大鼠的相對久坐不動的情況有關₪☁₪₪•,這些大鼠被安置在相對較小的籠子裡₪☁₪₪•,沒有太多的活動選擇▩✘。
剛度(平均±標準偏差)示例 1示例 2示例 3
中間字母2.8±2.14.8±2.70.3±0.1
側面的3.5±1.66.1±2.62.8±0.9
剛度(平均±標準偏差)示例 1示例 2示例 3示例 4
4.8±1.96.7±3.15.6±4.90.3±0.1
2.7±2.33.8±3.32.1±1.75.0±2.8
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