Biotribologische Prüfung und Analyse von Gelenkknorpel gleiten gegen Metall für Implantate

Summary

Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung, biotribologische Prüfung und Analyse von Osteochonderzylindern, die gegen Metallimplantatmaterial gleiten. Ergebnismaßnahmen, die in diesem Protokoll enthalten sind metabolische Aktivität, Genexpression und Histologie.

Abstract

Osteochondrale Defekte bei Patienten mittleren Alters könnten mit fokalen metallischen Implantaten behandelt werden. Zunächst für Defekte im Kniegelenk entwickelt, sind nun Implantate für Schulter, Hüfte, Knöchel und das erste metatarsalphalangeal Gelenk erhältlich. Bei der Schmerzlinderung und klinischen Verbesserung werden bei vielen Patienten progressive degenerative Veränderungen des gegnerischen Knorpels beobachtet. Die Mechanismen, die zu diesem Schaden führen, sind nicht vollständig verstanden. Dieses Protokoll beschreibt ein tribologisches Experiment zur Simulation einer Metall-auf-Knorpel-Paarung und einer umfassenden Analyse des Gelenkknorpels. Metallimplantatmaterial wird an Rinderosteochondralzylindern als Modell für den menschlichen Gelenkknorpel getestet. Durch die Anwendung unterschiedlicher Lasten und Gleitgeschwindigkeiten können physiologische Belastungsbedingungen nachgeaht werden. Um eine umfassende Analyse der Auswirkungen auf den Gelenkknorpel, Histologie, metabolische Aktivität und Genexpressionsanalyse zu ermöglichen, werden in diesem Protokoll beschrieben. Der Hauptvorteil der tribologischen Tests besteht darin, dass die Belastungsparameter frei eingestellt werden können, um in vivo-Bedingungen zu simulieren. Darüber hinaus können verschiedene Testlösungen verwendet werden, um den Einfluss von Schmier- oder Entzündungsmitteln zu untersuchen. Durch die Verwendung von Genexpressionsanalysen für Knorpel-spezifische Gene und katabole Gene könnten frühe Veränderungen im Stoffwechsel von Gelenkchdrozyten als Reaktion auf mechanische Belastung nachgewiesen werden.

Introduction

Die Behandlung von Osteochonderdefekten ist anspruchsvoll und erfordert in vielen Fällen eine Operation. Bei fokalen osteochondralen Läsionen bei Patienten mittleren Alters sind fokale metallische Implantate eine praktikable Option, insbesondere nach dem Scheitern der Primärbehandlung, wie Knochenmarkstimulation (BMS) oder autologe Chondrozytenimplantation (ACI)¹. Teilweiser Oberflächenersatz kann als Bergungsverfahren betrachtet werden, die Schmerzen reduzieren und den Bewegungsbereich verbessern können². Diese Implantate bestehen in der Regel aus einer CoCrMo-Legierung und sind in verschiedenen Größen und Offset-Konfig....

Protocol

1. Herstellung von Metallzylindern

1. Analysieren Sie zylindrische Kobalt-Chrom-Molybdän-Stäbe (CoCrMo), die die Standardspezifikationen für chirurgische Implantate für ihre chemische Zusammensetzung erfüllen, indem Sie die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie pro Herstellerprotokoll zur Bestätigung der bereitgestellten Werte verwenden.
   HINWEIS: Die elementare Zusammensetzung der CoCrMo-Legierung, die für dieses Experiment verwendet wird, beträgt 65% Co, 28% Cr, 5% Mo und 2% andere.
2. Nass mahlen die Proben mit Siliziumkarbid-Schleifpapier ab einer Korngröße von 500. Verwenden Sie Schleifpapier in erhöhter Rei....

Results

Die Kontaktfläche und der Kontaktdruck müssen mit einem Druckmessfilm bestätigt werden (Abbildung 1). Physiologische Belastungsbedingungen können durch Vergleich mit Referenzaufdrucken für definierte Kontaktdrücke bestätigt werden. Während der Prüfung wird der Reibungskoeffizient ständig überwacht. Bei einer wandernden Kontaktfläche kann ein niedriger Reibungskoeffizient für mindestens 1 h aufrechterhalten werden (Abbildung 2). Mit Safranin O Färbung kann die ex.......

Discussion

Fokale metallische Implantate stellen ein Bergungsverfahren für Osteochonderdefekte dar, insbesondere bei Patienten mittleren Alters und nach fehlgeschlagener Primärbehandlung. Obwohl klinische Studien vielversprechende kurzfristige Ergebnisse zeigten, ist eine beobachtete Komplikation eine Schädigung des gegnerischen, nativen Knorpels¹⁰. Kadaver und biomechanische Studien zeigen eindeutige Beweise dafür, dass eine richtige Implantation mit flacher oder leicht versenkter Positionierung den natürli.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Amphotericin B	Sigma? Aldrich Chemie GmbH	A-2942-100ML
gepufferte Formaldehydlösung 4%	VWR	97131000
Cell Proliferation Kit II (XTT)	Roche Diagnostics	11465015001	XTT-basierter ex vivo Toxikologie-Assay
CoCrMo-Rohstoff	Acnis International		CoCrMo-Stäbchen mit einem Durchmesser von 6 mm
CryoStar NX70 Kryostat	Thermo Fischer Scientific		Kryosektionsgerät
Dimethylsulfoxid (DMSO)	Sidma-Aldrich Chemie	D 2438-10ML
Dulbecco' s modifizierter Eagle" s mittleres	Sigma? Aldrich Chemie GmbH		mittleres
fötales Rinderserum	Gibco
Hyaluronsäure	Anika Therapeutics Inc.		Bestandteil der Schmierlösung
iCycler	BioRad		Thermocycler
Leica Mikroskop DM?1000	Leica		Mikroskop für die Histologie
LightCycler 480 Siegelfolie	Roche Diagnostics
LightCycler 96	Roche Diagnostics		Thermocycler für PCR
MagNA Lyser Green Beads	Roche Diagnostics
Osteochondral Autograft Transfer System (OATS)	Arthrex Inc.		Schneidrohr zur Entnahme von osteochondralen Zylindern
Osteosoft	Merck	1017279010	Entkalker-Lösung
Penicillin /Streptomycin	Sigma? Aldrich Chemie GmbH	P4333-100ML
Phosphat gepufferte Kochsalzlösung	Sigma? Aldrich Chemie GmbH		PBS
Prescale Niederdruck	Fujifilm		Druckanzeigefolie
RNeasy Fibrous Tissue Kit	QIAGEN	74404
Synergy 2	BioTek Instruments		Plattenleser
Tetra? Falex MUSS	Falex Tribologie	Tribometer
Gewebe? Tek O.C.T.	SAKURA	4583	Einbettungsformulierung
Transkriptor Erststrang cDNA-Synthesekit	Roche Diagnostics	40897030001
β-Mercaptoethanol	Sidma-Aldrich Chemie	M3148