הפרוטוקול הנוכחי מתאר את הפיתוח של פלטפורמת בדיקה לשחזור עבור צוואר הירך מורין במערך כיפוף cantilever. קווי עזר מודפסים תלת-ממדיים מותאמים אישית שימשו לתיקון עקבי וקשיח של עצמות הירך ביישור אופטימלי.
שברים בצוואר הירך הם תופעה שכיחה אצל אנשים עם אוסטאופורוזיס. מודלים רבים של עכבר פותחו כדי להעריך מצבי מחלות וטיפולים, עם בדיקות ביומכניות כמדד התוצאה העיקרי. עם זאת, בדיקות ביומכניות מסורתיות מתמקדות בבדיקות פיתול או כיפוף המוחלות על אמצע השלושה של העצמות הארוכות. זה בדרך כלל לא האתר של שברים בסיכון גבוה אצל אנשים אוסטאופורוטיקה. לכן, פותח פרוטוקול בדיקה ביומכנית הבודק את צוואר הירך של עצמות הירך בעומס כיפוף cantilever כדי לשכפל טוב יותר את סוגי השברים שחווים חולי אוסטאופורוזיס. מכיוון שהתוצאות הביומכניות תלויות מאוד בכיוון הטעינה הפלקסורלית ביחס לצוואר הירך, נוצרו מדריכים מודפסים תלת-ממדיים לשמירה על פיר הירך בזווית של 20° ביחס לכיוון הטעינה. הפרוטוקול החדש ייעל את הבדיקה על ידי הפחתת השונות ביישור (21.6° ± 1.5°, COV = 7.1%, n = 20) ושיפור יכולת הרבייה בתוצאות הביומכניות הנמדדות (COV ממוצע = 26.7%). הגישה החדשה באמצעות קווי עזר מודפסים 3D עבור יישור דגימה אמין משפר את הקפדה ושחזור על ידי הפחתת שגיאות המדידה עקב אי התאמה דגימה, אשר אמור למזער את גודל המדגם במחקרי עכבר של אוסטאופורוזיס.
סיכון לשבר הוא דאגה רפואית חמורה הקשורה לאוסטאופורוזיס. מעל 1.5 מיליון שברים שבירים מדווחים מדי שנה בארצות הברית לבדה, עם שברים המתרחשים בירך, במיוחד הצוואר הירך, כמו סוג השבר המוביל1. ההערכה היא כי 18% מהנשים ו -6% מהגברים יחוו שבר בצוואר הירך במהלך חייהם2, ושיעור התמותה בשנה אחת לאחר השבר גדול מ -20%1. לכן, מודלים עכבר המאפשרים בדיקה ביומכנית של צוואר הירך יכול להיות מתאים לחקר שברים שבירים. מודלים של עכברים מציעים גם כלים רבי עוצמה כדי להבהיר אירועים תאיים ומולקולריים הניתנים לתרגום המעורבים באוסטאופורוזיס באופן פוטנציאלי. הסיבה לכך היא הזמינות של כתבים גנטיים, רווח ואובדן של מודלים פונקציה, ואת הספרייה הרחבה של טכניקות מולקולריות ריאגנטים. בדיקה מכנית של עצמות עכבר יכולה לספק את אמצעי התוצאה הדרושים כדי לקבוע את בריאות העצם, וריאציות גנוטיפיות ופנוטיפיות שיכולות להסביר את האטיולוגיה של המחלה, ולהעריך טיפולים המבוססים על מדדי תוצאה של איכות העצם ואת הסיכון לשבר3.
האנטומיה של צוואר הירך יוצרת תרחישי טעינה מכניים ייחודיים, אשר בדרך כלל להוביל שברים גמישים (כיפוף). ראש הירך נטען בשקע האצטבולרי בקצה הפרוקסימלי של עצם הירך. זה יוצר תרחיש כיפוף cantilever על צוואר הירך, אשר מחובר בקשיחות לפיר הירך distally4. זה שונה מבדיקות כיפוף מסורתיות של 3 או 4 נקודות על עצם הירך באמצע הדיאפיאזיס. בעוד בדיקות אלה מועילות, הם אינם משכפלים את הטעינה שמובילה בדרך כלל לשברים שבריריים אצל אנשים אוסטאופניים ואוסטאופורוטיקה במונחים של מיקום השבר או תרחיש הטעינה.
כדי להעריך טוב יותר את הסיכון לשבר שברירי בעכברים, הוא ביקש לשפר את יכולת הרבייה של בדיקות כיפוף cantilever של צוואר הירך מורין. כפי שחזינו תיאורטית, זווית הטעינה על ראש הירך ביחס לפיר הירך הוכח להשפיע באופן משמעותי על מדדי התוצאה5, ובכך ליצור אתגר לאמינות ושחזור של התוצאות שדווחו. כדי להבטיח יישור נכון ועקבי של עצמות הירך במהלך הכנת הדגימה, מדריכים תוכננו, והודפסו בתלת-ממד בהתבסס על מדידות אנטומיות שנעשו על סריקות μCT של עצם הירך של C57BL/6 עכבר. המדריכים נועדו לסייע בעקביות עציצים את הדגימות, כך פיר הירך נשמר ב ~ 20 ° מכיוון הטעינה האנכית. זווית זו נבחרה מכיוון שהיא ממקסמת את הנוקשות תוך מזעור רגע הכיפוף המקסימלי לאורך פיר הירך, מה שמגביר את הסבירות לשברים בצוואר הירך ומוביל לבדיקות עקביות יותר הניתנות לשחזור5. המדריכים הודפסו בתלת-ממד בגדלים שונים כדי להתאים להבדלים אנטומיים בין דגימות ושימשו להחזקת דגימות במצב יציב תוך כדי עציצים במלט עצם אקרילי. הנוקשות, הכוח המרבי, כוח התשואה והאנרגיה המקסימלית חושבו מהגרפים של תזוזת הכוח. שיטת בדיקה זו הראתה תוצאות עקביות לתוצאה הביומכנית הנ”ל. בעזרת התרגול ובסיוע המדריך המודפס בתלת-ממד, ניתן למזער שגיאות מדידה עקב אי-התאמה, וכתוצאה מכך ניתן למזער את מדדי התוצאה האמינים.
פרוטוקול זה מתאר מבחן כיפוף cantilever אמין עבור צוואר הירך מורין. תרחיש כיפוף הקניבל הטבעי המתרחש בצוואר הירך בדרך כלל אינו מיוצג במבחני כיפוף סטנדרטיים של 3 ו -4 נקודות5. שיטת בדיקה זו טובה יותר ואמינה יותר משכפלת את סוג השברים בצוואר הירך שחווים חולי שבריריות עצם. המוקד העיקרי בעת…
The authors have nothing to disclose.
המחקר נתמך על ידי NIH P30AR069655 ו R01AR070613 (H. A. A.).
¼” x ¼” square aluminum tubing | Grainger | 48KU67 | Cut to lengths of 1/2" to 1" lengths |
1 kN load cell | Instron | 2527-130 | Any load cell with sub 1 N resolution can be used. |
3.5x-45x Zoom Stereo Boom Microscope | Omano | OM2300S-GX4 | Microscope used to precisely line up samples with loading platen. |
3D printed guides | Custom made | Angled slots at 73.13°, with diameters between 1.9 mm and 2.2 mm | |
3D printed mount | Custom made | Tapped with M10 threads to fit the mount attachment and with 2 M4 threaded holes adjacent sides to hold the aluminum tubing with sample in place. | |
Acrylic Base Plate Material Kit | Keystone Industries | 921392 | Mix 3.5 g of powder with 2 mL of liquid. This will be enough for approximately 8 samples, and will begin to harden quickly. |
Amira | ThermoFisher Scientific | Used to compile µCT scans | |
Biaxial stage | Custom made | Used to center femoral head of sample under the loading platen. | |
BioMed Amber Resin | formlabs | RS-F2-BMAM-01 | Any resin from formlabs could be used for this project. |
Bluehill 3 | Instron | V3.66 | Software used to set up loading protocol and collect load, displacement and time data. |
ElectroPuls 10000 | Instron | E10000 | Mechanical testing system |
Faxitron UltraFocus | Faxitron BioOptics | 2327A40311 | X-ray imaging system |
Form 2 | formlabs | F2 | Used to print the mount and guides |
Form 2 Resin Tank LT | formlabs | RT-F2-02 | LT Tank was used to be compatible with the BioMed Resin |
ImageJ | National Institutes of Health | ImageJ | Used to assess µCT and X-ray images |
Laxco iLED Series LED Light Source | ThermoFisher Scientific | AMPSILED30W | Light source used in conjugtion with microscope. |
Loading platen | Custom made | This can be any metal rod that is tapered to a diameter of approximately 2.5 mm. We used an M6 screw that was tapered on a lathe. | |
Mount attachment | Custom made | To secure the 3D printed mount to the load cell. We used a M10/M6 threaded rod | |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | ThermoFisher Scientific | 10010031 | Need to rehydrate the samples once acrylic base plate material has set. |
Plumber's putty | Oatey | 31174 | Used to seal the end of the aluminum tubing when pouring acrylic base plate material in. Any clay or putty could be used. |
PreForm | formlabs | Preform 3.15.2 | Formlabs software |
Tissue Culture Dish | Corning | 353003 | Samples can be laid flat in culture dish and covered in PBS to rehydrate. |
vivaCT 40 | Scanco | µCT 40 | Representative set or actual samples can be scanned prior to printing of guides to calculate femoral shaft angle and diameter. |