אנו מציגים סט של טכניקות לאפיון התכונות המכניות הויסקו-אלסטיות של המוח בקנה מידה מיקרו, מזו ומקרו.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אפיון תכונות מכאניות Multiscale של רקמת המוח באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, שפעת זחה, ו Rheometry
במאמר זה
סיכום
תקציר
כדי לעצב מהנדס חומרים בהשראת המאפיינים של המוח, אם עבור simulants המכאני או ללימודי התחדשות רקמות, רקמות המוח עצמו חייבים להתאפיין גם בסקאלות אורך וזמן שונה. כמו רקמות ביולוגיות רבות, רקמת המוח מפגינה מבנה מורכב והיררכי. אולם בניגוד למרבית ברקמות האחרות, המוח הוא של נוקשות מכאניות נמוכות מאוד, עם E moduli אלסטי של יאנג על סדר 100s של אבא. קשיחות הנמוכה כאלו יכול להוות אתגרי אפיון ניסיוני של תכונות מכאניות מפתח. הנה, אנחנו מדגימים כמה טכניקות אפיון מכאניות כי הותאמו כדי למדוד את תכונות אלסטיות viscoelastic של התייבשות, חומרים ביולוגיים תואמים כגון רקמת המוח, בסקאלות אורך שונה ושיעורי טעינה. באותו microscale, אנו עורכים ניסויים השרץ-ציות כוח הרפיה באמצעות הזחה מאופשר מיקרוסקופ כוח אטומי. באותו mesosקייל, אנחנו עורכים ניסויים זחים השפעה באמצעות indenter instrumented מבוסס מטוטלת. באותו macroscale, אנו עורכים rheometry צלחת במקביל לכמת את moduli אלסטי הגזירה התדיר תלויה. אנו גם לדון באתגרים ומגבלות המשויכות לכל אמצעי. יחד טכניקות אלה מאפשרות אפיון מעמיק מכני של רקמת המוח, שניתן להשתמש בהם כדי להבין טוב יותר את מבנה המוח ואת מהנדס חומרים-בהשראה ביולוגית.
מבוא
רוב הרכות-רקמות המרכיבות איברים ביולוגיים הן מכאניות מבני מורכב, של קשיחות נמוכה לעומת עצם mineralized או חומרים מהונדסים, ולהציג שאינו ליניארי תלוי זמן עיוות. בהשוואה לרקמות אחרות בגוף, רקמת המוח הוא תואם להפליא, עם E moduli אלסטי על סדר 100s של אבא 1. מוח רקמות מפגין ההטרוגניות מבנית עם אפור ברור interdigitated ואזורי חומר לבנים כי גם נבדלים מבחינה תפקודית. מכניקת רקמת מוח הבנה תסייע בעיצוב של חומרי מודלים חישוביים לחקות את התגובה של המוח במהלך פציעה, להקל חיזוי של ניזק מכאני, ולאפשר הנדסה של אסטרטגיות הגנה. בנוסף, ניתן להשתמש במידע זה כדי לשקול מטרות עיצוב לשחזור רקמות, וכדי להבין טוב יותר שינויים מבניים ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
משפט ואתיקה: כל הפרוטוקולים הניסוי אושרו על ידי ועדת המחקר בבעלי חיים של החולים לילדים בבוסטון, ומבצעים את המכונים הלאומיים לבריאות מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.
1. הליכי רכישת רקמות עכבר מוח (עבור כניסת AFM מאופשר משולי השפעה)
- הכינו תערובת קטמין / xylazine כדי להרדים את העכברים. שלב 5 מ"ל קטמין (500 מ"ג / מ"ל), 1 מ"ל xylazine (20 מ"ג / מ"ל) ו תמיסת מלח 7 מ"ל של 0.9%.
- להזריק עכבר (גזע: TSC1; Syn-Cre; PLP-eGFP; גיל: p21....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
איור 4 מראה הפנמת כוח נציג לעומת תגובות זמן (איור 4 ב ', ה) לתאימות שרץ ולאלץ ניסויי הרפיה, בהתחשב כוח שימושי או עומק הזחה (איור 4 א, ד), בהתאמה. בעזרת נתונים אלה ואת הגיאומטריה של המערכת, ג J השרץ הציות (t) ולאלץ הרפיה moduli G R (t) ניתן לחשב עבור אזורים שונים של המוח (איור 4C, F). בעוד שמחקרים קודמים הראו הבדל בין moduli אלסטי של אזו.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
טכניקה כל המוצג במאמר זה מודד היבטים שונים של תכונות מכניות של המוח רקמות. תאימות זחילה ו moduli הרפית המתח הם מידה של תכונות מכאניות תלוי זמן. Moduli האחסון והאובדן מייצג תכונות מכאניות תלוי שיעור. כניסת שפעת גם מודדת תכונות מכאניות תלוי מקום, אבל בהקשר של פיזור אנרגיה. כאשר ואפיון תכונות מכניות רקמות, הן הזחה AFM מאופשר ו rheology משמשים שיטות נפוצות. כניסת AFM מאופשר חשובה מאוד מכיוון בנוסף לספק תכונות חומר תלוי זמן, פרמטרים ניסיוניים שונים ניתן להשתמש כדי למדוד תא מודולוס אלסט.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
אנו מודים על תמיכתם בעבודה זו על ידי האגודה הלאומית לטרשת נפוצה ומרכז סימונס למוח החברתי. BQ מודה על התמיכה מתוכנית המלגות לתואר שני במדע והנדסה של ההגנה הלאומית של ארה"ב.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קסילזין | לויד מעבדה | תרופת מרשם | |
| קטמין | אנאסד זריקות תרופת | מרשם | |
| ויברטום (מיקרוטום להב רוטט) | Leica | VT1200 | |
| Hibernate-A בינוני | Gibco | A1247501 | CO2 מדיום עצבי בלתי תלוי לרקמות בוגרות |
| מיקרוסקופ כוח אטומי, MFP-3D-BIO | Asylum | Research-Petri | |
| Tool | Heater Asylum | Research-AFM | |
| 0.03 N/m, 10 ומיקרו; m רדיוס כדור בורוסיליקט | Novascan | PT. | |
| Cell-Tak | Corning | 354240 | דבק ביולוגי שמקורו בצדפות |
| נתרן ביקרבונט | S5761 | ניתן להשתמש בספקים חלופיים | |
| נתרן הידרוקסיד, 1 N | Sigma-Aldrich | 59223C | ספקים חלופיים ניתן להשתמש ב-Instrumented |
| Indenter, NanoTest Vantage | Micro Materials Ltd. | - | יש לעבד את קצה הבדיקה (אגרוף שטוח מפלדה, 1 קוטר מ"מ, 4-5 אורך מ"מ) |
| NanoTest תא נוזלי | מיקרו חומרים בע"מ | - | |
| ריאומטר צלחת מקביל MCR501 | אנטון-פאר-PP25 | ||
| ניתן להשתמש בלוח מדידה שטוח בקוטר 25 מ"מ | Anton-Parr-25 | ||
| נייר זכוכית דבק | McMaster-Carr | 4184A48 | ספקים חלופיים |
| Loctite 4013 Instant Adhesive | Henkel | 20268 | ניתן להשתמש בספקים חלופיים |
מקורות
- van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling. Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).
- Liu, F., Tschumperlin, D. J.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
