Name: an experimental and finite element protocol to investigate the transport of neutral and charged solutes across articular cartilage
Uploaded: 2017-04-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage at JoVE.com

Yazarlar osteokondral fişler sürecini sarma katkılarından dolayı UMC Utrecht de gelişme mekaniği grubundan Sn Jeroen van den Berg ve Bay Matthijs Wassink minnettarlıklarını ifade etmek istiyorum. Bu çalışma Hollandalı Artrit Vakfı tarafından Grant tarafından desteklenmiştir.

NOT: Burada sunulan protokol son araştırma makaleleri 6, 8, 9, deneysel ve hesaplamalı prosedürlerden benimsenmiştir. Protokol, Şekil 1 &#39;de gösterilmektedir. kadavra malzemeler Utrecht Üniversitesi Veteriner fakültesi izniyle toplanmıştır. 1. Numune ve Banyo Hazırlama <ol><li> Serin fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) püskürtme sırasında aşırı ısınma ve daha sonra kıkırdak hasarı önlemek için ölçüye göre matkap ucu (Şekil 1) kullanılarak kadavra at femoral kondil silindirik osteokondral tapaları (8.5 mm çap) delin. </li><li> üst üste bindirilmiş banyosunun yanal yayılmanın en aza indirmek için kılıfı küçülen bir plastik ile osteokondral fişleri Termo büzülme. <ol><li> th kıkırdak ile osteokondral fiş monteE plastik küçülen yen içinde başlangıçta üst ve ona sıcak hava üfleyerek uygulayın. ısıyla ilgili zarar görmesini önlemek için kıkırdağın yüzeyinde ıslak pamuk parçaları ekleyin. </li></ol></li><li> Ayrıca yüklü (örneğin, 650 uL, 420 mM, iyoksaglat, Molekül Ağırlığı (MA) = 1.269 Da, şarj = 1) ve nötr (650 uL, 420 mM, iyodiksanol, MW = 1,550 Da), çözünen sonlu banyoları hazırlayın. </li><li> Bir şırınga kullanılarak kıkırdak yüzeyinde hazırlanmış sonlu banyoları yük ve oda sıcaklığında (Şekil 2A) ile deneyler sırasında buharlaşmasını önlemek için sarılmış örnek üzerinde mantar fiş yerleştirin. nötr solüt taşınmasını araştırmak üzere iodixanol banyosu yerleştirin ve kıkırdak yüzeyine negatif yüklü çözünmüş madde taşıma yeri iyoksaglat banyosu incelemek için. </li></ol> 2. Görüntüleme ve Görüntü İşleme <ol><li> bir mikro-CT motorlu aşamasına bağlı bir ölçüye tutucu üzerinde mantar tapa ile izole sarılmış numuneler. Yeri to kadar kontrast maddesi çözeltisi yukarı bakacak şekilde kaplı olduğu bir kıkırdak yüzey örnek. </li><li> Mikro-BT (40 x 40 x 40 um 3 voksel, 2 dakika tarama süresini, 90 kV tüp voltajı ve 180 uA tüp akımı) kıkırdak, subkondral plakadan oluşan bir görüş alanını kullanarak tarama ve sonlu denge durumuna (48 saat kadar) bir kaç zaman noktasında banyo (Şekil 2A) ulaşılır. konsantrasyon değerleri zamanla değişmez zaman denge durumuna ulaşılır. </li><li> Üreticinin yazılımını kullanarak İlgi (ROI) Bölge konumlandırılmasını kolaylaştırmak için ilk resme göre farklı zaman noktalarında 3D görüntüler Kayıt (örneğin Analiz). </li><li> Dönüştürme 3D üreticinin yazılımını kullanarak bunları işleme önce 2B Tagged Image File Format (TIFF) yığını haline mikro-BT görüntüleri yeniden. </li><li> Küresel segmentin (ImageJ&gt; ayarlama&gt; Eşiği) subkondral kemik ve kıkırdak yerindenyazılımda banyosu yalan. </li><li> Farklı zaman noktalarında kıkırdak ortalama gri değeri elde edilir önceki adımda oluşturulan kıkırdak maskesi kullanarak (ImageJ&gt;&gt; ölçün analiz). </li><li> kıkırdak ilk banyo konsantrasyonu ve ilk kontrast maddesi konsantrasyonu dikkate alındığında, çözünen maddelerin gerçek konsantrasyonu ortalama gri değerleri dönüştürmek için lineer kalibrasyon eğrisi kullanır. Önceki veriler, gri değerler kontrast ajanlarının konsantrasyonu ile doğrusal bir ilişki muhafaza gerçeğini destekler. </li><li> Deneysel zaman noktalarında karşı çözünen madde konsantrasyonunu çizilir. </li></ol> 3. Sayısal Modelleme NOT: Bu problemde difüzyon deneysel sınır koşulu ile uyumludur (z ekseni boyunca) 1D gerçekleşecek varsayılır. Bu nedenle, geometri keyfi oluşturulabilir. <ol><li> Sonlu banyosu göre kıkırdak çoklu bölge modelini oluşturmak: 1) Kıkırdak yüzeysel bölgesi oluşan<html> (Toplam kıkırdak kalınlığının% 20), orta bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 50) ve derin bölge (toplam kıkırdak kalınlığının% 30) 12 ve FEBio 13, 14 (Şekil 2B 2) sonlu banyosu). </li><li> FEBio kıkırdak ve banyo farklı bölgeleri, mekanik ve fiziksel özellikleri atamak. Young modülü (10 MPa) üstte banyosu ile uygulanan ozmotik basınca dayanıklı ve bu nedenle aşırı deformasyonlar kıkırdak korumak için yeterince yüksek olduğu varsayılmıştır. <ol><li> 10 -3 mm bir hidrolik geçirgenliği kullanım 4 / Ns ve simülasyonlar 8 banyo 0 kullanımı gerçek çözünen yayılma katsayısının Poisson oranı, 9. </li></ol></li><li> Örgü (8-düğüm trilinear altı yüzlü elemanları) oluşturmak ve sınırların yakın hassaslaştırmada (Şekil 2B)class = &quot;xref&quot;&gt; 8, 9. </li><li> Bifazik-çözünen modeli <ol><li> buna tekabül eden banyo ve etkili bir basınç ilk bir eriyen madde konsantrasyonuna uygulanır. 15 9&#39;da etkili basıncın açıklamaya bakın. </li><li> Farklı kıkırdak bölgelerinde öngörülen difüzyon katsayılarına göre zaman eğrileri çözünen konsantrasyonunu elde etmek için geçici bir modda modeli çalıştırın. </li></ol></li><li> multifazik modeli Not: banyo ve doku arasındaki elektrik dalgalanma banyo ve doku hem de iki tek değerli karşıt-iyonlar eklenerek atlatılabilir. <ol><li> kararlı durum modeller için: istenen değere FCD artırırken kıkırdak ve üstte uzanan banyosu içinde aynı etkili sıvı basınçları ve konsantrasyonları kullanır. </li><li> Geçici modeller için: yeterince yüksek banyosunda çözünmüë difüzyon katsayısını tutarak iyice karıştırılmış sonlu banyosu oluşturun. enjekte etmekbanyosuna banyo hava arayüzünden çözünen istenen konsantrasyon değerine ulaşmak için. </li><li> Geçici: Önceki adımda reçete solüt konsantrasyonu sınır koşulu kaldırıp gerçek difüzyon katsayısına sonlu banyosu difüzyon katsayısını dönmek. </li><li> Farklı kıkırdak bölgelerde uygulanan FCDs ve difüzyon katsayılarına göre çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin elde edilmesi için bir model çalıştırın. </li></ol></li><li> FEBio-MATLAB arayüzü <ol><li> Otomatik FEBio ve arsa konsantrasyonu-zaman eğrilerinin (FEBio-MATLAB arayüzü) 8, 9, simülasyon gerçekleştirmek için bir MATLAB geliştirir. </li><li> FEBio-MATLAB arayüzünü kullanarak kıkırdak bölgelerinde difüzyon katsayıları ve FCDs değiştirin. FEBio modelleri çalıştırın ve çözünen konsantrasyonu-zaman eğrilerinin 9 8 ekstrakte edin. </li><li> Deneysel elde çözünen konsantrasyonu-zaman eğrileri karşılaştırMinimum kök göre farklı kıkırdak bölgelerinde veriler ve elde difüzyon katsayılarının setleri ve FCDs kare hata (RMSE) 8, 9 anlamına gelir. </li></ol></li></ol><img alt="Şekil 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig1.jpg" /> Şekil 1: Deney Düzeneği. A), ısmarlama bir matkap ucu yardımıyla örnek ekstraksiyon prosedürü. B) Mikro-BT görüntüleme prosedürü difüzyon sürecini izlemek üzere. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54984/54984fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="şekil 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig2.jpg" /> Şekil 2: Şematik.A) Deney tasarımı. Sonlu banyo, kıkırdak ve bunlarla ilgili örgü yüzeysel, orta ve derin bölgelerde oluşan B) Çok bölgeli hesaplama modeli. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54984/54984fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a>

<ol>
	<li>Arkill, K. P., Winlove, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solute+transport+in+the+deep+and+calcified+zones+of+articular+cartilage.">Solute transport in the deep and calcified zones of articular cartilage.</a> Osteoarthritis Cartilage. 16 (6), 708-714 (2008).</li><li>Chin, H. C., Moeini, M., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solute+transport+across+the+articular+surface+of+injured+cartilage.">Solute transport across the articular surface of injured cartilage.</a> Arch Biochem Biophys. 535 (2), 241-247 (2013).</li><li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-specific+effects+of+compression+on+macromolecular+diffusion+in+articular+cartilage.">Site-specific effects of compression on macromolecular diffusion in articular cartilage.</a> Biophys J. 95 (10), 4890-4895 (2008).</li><li>Leddy, H. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-Specific+Molecular+Diffusion+in+Articular+Cartilage+Measured+using+Fluorescence+Recovery+after+Photobleaching.">Site-Specific Molecular Diffusion in Articular Cartilage Measured using Fluorescence Recovery after Photobleaching.</a> Annals of Biomedical Engineering. 31 (7), 753-760 (2003).</li><li>Gu, W. Y., Yao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+hydration+and+fixed+charge+density+on+fluid+transport+in+charged+hydrated+soft+tissues.">Effects of hydration and fixed charge density on fluid transport in charged hydrated soft tissues.</a> Ann Biomed Eng. 31 (10), 1162-1170 (2003).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Zadpoor, A. A., Weinans, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+effects+of+external+bath+osmolality,+solute+concentration,+and+electrical+charge+on+solute+transport+across+articular+cartilage.">Isolated effects of external bath osmolality, solute concentration, and electrical charge on solute transport across articular cartilage.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (12), 1399-1407 (2016).</li><li>Kulmala, K. A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+coefficients+of+articular+cartilage+for+different+CT+and+MRI+contrast+agents.">Diffusion coefficients of articular cartilage for different CT and MRI contrast agents.</a> Medical Engineering &amp; Physics. 32 (8), 878-882 (2010).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+of+Neutral+Solute+Across+Articular+Cartilage:+The+Role+of+Zonal+Diffusivities.">Transport of Neutral Solute Across Articular Cartilage: The Role of Zonal Diffusivities.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), 071001-071001 (2015).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphasic+modeling+of+charged+solute+transport+across+articular+cartilage:+Application+of+multi-zone+finite-bath+model.">Multiphasic modeling of charged solute transport across articular cartilage: Application of multi-zone finite-bath model.</a> J Biomech. 49 (9), 1510-1517 (2016).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+artificial+neural+networks+for+robust+estimation+of+the+diffusion+coefficients+across+cartilage.">Combined artificial neural networks for robust estimation of the diffusion coefficients across cartilage.</a> , (2016).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+inverse-forward+artificial+neural+networks+for+fast+and+accurate+estimation+of+the+diffusion+coefficients+of+cartilage+based+on+multi-physics+models.">Combined inverse-forward artificial neural networks for fast and accurate estimation of the diffusion coefficients of cartilage based on multi-physics models.</a> Journal of Biomechanics. , (2016).</li><li>Sophia Fox, A. J., Bedi, A., Rodeo, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Basic+Science+of+Articular+Cartilage:+Structure,+Composition,+and+Function.">The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function.</a> Sports Health. 1 (6), 461-468 (2009).</li><li>Ateshian, G., Weiss, J., Holzapfel, G. A., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+17.">Ch. 17.</a> Computer Models in Biomechanics. , 231-249 (2013).</li><li>Ateshian, G. A., Maas, S., Weiss, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphasic+Finite+Element+Framework+for+Modeling+Hydrated+Mixtures+With+Multiple+Neutral+and+Charged+Solutes.">Multiphasic Finite Element Framework for Modeling Hydrated Mixtures With Multiple Neutral and Charged Solutes.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135 (11), 111001-111001 (2013).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+of+neutral+solute+across+articular+cartilage+and+subchondral+plate.">Transport of neutral solute across articular cartilage and subchondral plate.</a> , (2016).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+multiphysics+models+to+efficient+design+of+experiments+of+solute+transport+across+articular+cartilage.">Application of multiphysics models to efficient design of experiments of solute transport across articular cartilage.</a> Comput Biol Med. 78, 91-96 (2016).</li><li>Hosseini, S. M., Wu, Y., Ito, K., Donkelaar, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+importance+of+superficial+collagen+fibrils+for+the+function+of+articular+cartilage.">The importance of superficial collagen fibrils for the function of articular cartilage.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 13 (1), 41-51 (2013).</li><li>Alexopoulos, L. G., Williams, G. M., Upton, M. L., Setton, L. A., Guilak, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritic+changes+in+the+biphasic+mechanical+properties+of+the+chondrocyte+pericellular+matrix+in+articular+cartilage.">Osteoarthritic changes in the biphasic mechanical properties of the chondrocyte pericellular matrix in articular cartilage.</a> Journal of Biomechanics. 38 (3), 509-517 (2005).</li><li>Felson, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritis:+new+insights.+Part+1:+the+disease+and+its+risk+factors.">Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors.</a> Ann Intern Med. 133 (8), 635-646 (2000).</li><li>Kokkonen, H. T., Jurvelin, J. S., Tiitu, V., Toyras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+mechanical+injury+of+articular+cartilage+using+contrast+enhanced+computed+tomography.">Detection of mechanical injury of articular cartilage using contrast enhanced computed tomography.</a> Osteoarthritis Cartilage. 19 (3), 295-301 (2011).</li><li>Raya, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion-tensor+imaging+of+human+articular+cartilage+specimens+with+early+signs+of+cartilage+damage.">Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage.</a> Radiology. 266 (3), 831-841 (2013).</li><li>Tavakoli Nia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aggrecan+Nanoscale+Solid-Fluid+Interactions+Are+a+Primary+Determinant+of+Cartilage+Dynamic+Mechanical+Properties.">Aggrecan Nanoscale Solid-Fluid Interactions Are a Primary Determinant of Cartilage Dynamic Mechanical Properties.</a> ACS Nano. 9 (3), 2614-2625 (2015).</li><li>Arbabi, V., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+cartilage+properties+using+indentation+tests,+finite+element+models,+and+artificial+neural+networks.">Estimation of cartilage properties using indentation tests, finite element models, and artificial neural networks.</a> , (2014).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Campoli, G., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+mechanical+and+physical+properties+of+cartilage+by+coupling+poroelastic-based+finite+element+models+of+indentation+with+artificial+neural+networks.">Determination of the mechanical and physical properties of cartilage by coupling poroelastic-based finite element models of indentation with artificial neural networks.</a> Journal of Biomechanics. 49 (5), 631-637 (2016).</li><li>Kokkonen, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computed+tomography+detects+changes+in+contrast+agent+diffusion+after+collagen+cross-linking+typical+to+natural+aging+of+articular+cartilage.">Computed tomography detects changes in contrast agent diffusion after collagen cross-linking typical to natural aging of articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 19 (10), 1190-1198 (2011).</li><li>Decker, S. G., Moeini, M., Chin, H. C., Rosenzweig, D. H., Quinn, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+and+Distribution+of+Fluorescent+Solutes+near+the+Articular+Surface+of+Mechanically+Injured+Cartilage.">Adsorption and Distribution of Fluorescent Solutes near the Articular Surface of Mechanically Injured Cartilage.</a> Biophysical Journal. 105 (10), 2427-2436 (2013).</li><li>Silvast, T. S., Jurvelin, S. J., Tiitu, V., Quinn, T. M., Töyräs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bath+Concentration+of+Anionic+Contrast+Agents+Does+Not+Affect+Their+Diffusion+and+Distribution+in+Articular+cartilage+In+Vitro.">Bath Concentration of Anionic Contrast Agents Does Not Affect Their Diffusion and Distribution in Articular cartilage In Vitro.</a> Cartilage. 4 (1), 42-51 (2013).</li><li>Silvast, T. S., Jurvelin, J. S., Lammi, M. J., T&#246;yr&#228;s, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pQCT+study+on+diffusion+and+equilibrium+distribution+of+iodinated+anionic+contrast+agent+in+human+articular+cartilage+-+associations+to+matrix+composition+and+integrity.">pQCT study on diffusion and equilibrium distribution of iodinated anionic contrast agent in human articular cartilage - associations to matrix composition and integrity.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 17 (1), 26-32 (2009).</li><li>Pouran, B., Arbabi, V., Villamar, J., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast+agent's+transport+across+healthy+articular+cartilage+under+various+bath+conditions.">Contrast agent's transport across healthy articular cartilage under various bath conditions.</a> , (2015).</li><li>Arbabi, V., Pouran, B., Weinans, H., Zadpoor, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+a+biphasic-solute+model+in+predicting+diffusive+properties+of+osteochondral+interface.">Application of a biphasic-solute model in predicting diffusive properties of osteochondral interface.</a> , (2016).</li></ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Biz eklem kıkırdağı boyunca nötr ve yüklü çözünenlerin difüzyon çalışması için bir sonlu elemanlar modelleme prosedürü ile kombine deneysel protokol sundu. Son çalışmalara göre, önerilen modeller doğru eklem kıkırdağında 8, 9 farklı bölgeleri arasında nötr (bifazik-çözünen) her ikisinin de taşıma ve negatif yüklü (çok fazlı) çözünmüş tarif olabilir. Yaygın eklem kıkırdağı işlevsel böyle OA ilerlemesi 21, 22, 23, 24 boyunca negatif yüklü GAG makromoleküllerin yanı sıra kollajen fibrilleri olarak hayati bileşenlerin zarara sınırlı hale inanılmaktadır. Bu çalışmada önerilen teknik kullanılarak, bir potansiyel, eklem kıkırdağının sağlıklı olma incelenebilir. Nötr çözünmüş maddenin taşıma OA primerveya olarak arttırılabilir<html> ily çünkü daha düşük çözünmüş arasındaki etkileşimler gibi GAG ve kolajen. Öte yandan, eksi yüklü çözünen maddelerin taşıma böylece OA ilerlemesi düzeyine bakılmaksızın bazı göstergesi vererek Proteoglikanların sabit ücretlerin konsantrasyonu bakımından bilgi sahibi olmalarına yardımcı olabilir. geliştirilen önceki çalışmalara göre sonlu banyosu kavramının ortaya çıkışı dayanıyordu bifazik-solüt ve multifazik modelleri eklem kıkırdağının bölgeli özelliklerinin doğru tahmin sağlanabilir hangi platformlarda olarak hizmet verebilir. Kontrast maddeleri, büyük banyoları ile ilişkili sınırlamalar yani mümkün ışın sertleştirme eserler ve kıkırdak 7, 20, 25, 26, 27, 28, artiküler tek difüzyon katsayısı atama&gt; 29 lass = &quot;xref&quot;, 30 akım geliştirmeye yönelik araştırmaları motivasyon sürdü. Gelecekteki OA araştırmada, bizim geliştirilen modeller potansiyel erken OA tanısı için uygulamalar bulabilir. Deneylerde ve hesaplama simülasyonları hem gerekli bazı kritik adımlar vardır. Deneyler sırasında kıkırdak bütünlüğünü korumak için, bir sonraki enzimatik aktiviteleri önlemek için proteaz inhibitörlerinin yeterli miktarda ilave edilmesi gerektirir. Birden fazla deney için bir örnek kullanılması durumunda, dengeleme sonrası nüfuz çözünen için yıkama çıkış süresi yaklaşık olarak 48 saattir. Yıkama aşımı verimlilik mikro CT kullanılarak kontrol edilmelidir. at kıkırdak kullanan bizim setini kullanırken, sonsuz bir banyoya örten küvet eşdeğer minimum hacmi kıkırdak hacminin beş katından daha fazla olduğu hesaplandı. Dahası, difüzyon sonlu elemanlar modellemesi gerçekleştirmek için, gerçek çözünen difüzyon coeffic uygulamak için kritik öneme sahiptirBu sapma beri banyosunda ient sonuçlarını etkileyebilir. altta yatan sonlu elemanlar modellerinde, çözünmüş madde boyut etkisi uygulanmamış ve bu nedenle çalışılan edilemedi. Bizim teklif edilen sonlu banyosu modeli bazı avantajlar, yani daha uygun artikülasyon eklemlerde anlayış difüzyon süreci ve indirgeyici ışın sertleştirme eserler sunuyor. Pozitif yüklü kontrast ajanlar uygulandığında deney ve hesaplama modelleri birleştirerek Bizim önerilen teknik kıkırdak difüzyon özelliklerini incelemeye olanak tanır. banyoda gerçek çözünen difüzyon katsayısının bilgisi önemli ölçüde eklem kıkırdağının karşısında elde edilen difüzyon katsayılarının doğruluğunu etkileyebilecek kadar önemli olduğu ortaya çıkmıştır. Bu deneysel banyonun difüzyon katsayısını elde veya kolayca kullanarak literatür değerleri ya gerektirecektir. Sonuç olarak, deneyler oluşan genel bir protokol önerdi vehesaplamalar, eklem kıkırdağının boyunca yüklenmiş ve yüklenmemiş çözünen taşınmasını araştırmak. protokolü kullanarak, bir başarıyla farklı kıkırdak tabakalarında difüzyon katsayıları ve sabit şarj yoğunlukları elde edilebilir.

<html> Moleküler taşıma dile eklemlerin homeostazı hayati bir rol oynar, artiküler tedavilerin teslim kıkırdak ve kontrastlı kıkırdak görüntüleme 1, 2, 3. Bu tür kıkırdak entegrasyonu ve eksiklik, çözünen yük ve boyut olarak osmolalitesi ve nakil oranı 4, 5, 6 etkileyebilir kıkırdak ile temas içinde banyo konsantrasyonu gibi faktörler. Her bölge farklı konsantrasyonlarda ve büyük ekstrasellüler matris moleküllerin yönelimlerinin oluşur, çünkü nötr ya da yüklü, ya çözünen, nakliyesi, eklem kıkırdağı bölgeleri arasında farklı olabilir, yani proteoglikanlar (PG) ve kollajen tip II, 1, 7, 8, 9,lass = &quot;xref&quot;&gt; 10, 11. Daha da önemlisi, yüklü çözünen taşıma eklem kıkırdağının 8, 9 boyunca artar hücre dışı matris içinde negatif sabit yük ihtiva proteoglikanlar konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlı olabilir. Osteoartrit (OA), böylece kıkırdak boyunca difüzyonu çalışmanın önemini gösteren, ilerledikçe Bu parametreler özellikle de sabit yük yoğunluğu (FKH), kolajen fibrilleri ve kıkırdak arasında su içeriği varyasyon yönünü değişiklik olabilir. Bu çalışmada, bir protokol 6, 8, 9 doğru difüzyon sonlu banyosu modelinde nötr ve yüklü çözünen maddeleri kullanılarak çeşitli sınır şartları altında difüzyon araştırmak için önerilmektedir daha önce kurulmuş deney ve bilgisayar çalışmalara dayanmaktadır. To yöntemler kıkırdak ve gelişmiş iki fazlı-çözünen ve çok fazlı sonlu eleman modelleri ile desteklenen bir sonlu banyosunda içeren bir sistemin, mikro-bilgisayarlı tomografi görüntüleme (mikro-CT) oluşmaktadır önerilmiştir. Bu modeller, eklem kıkırdağının çeşitli dilimleri arasında nötr ve yüklü moleküllerin yanı sıra FCDs difüzyon katsayılarını elde etmek sağlar. bu modelleri kullanarak, bir kıkırdak ve bindirilirken sonlu banyosu arasındaki etkileşimleri incelemek için kullanılabilir difüzyon nötr ve yüklü moleküllerin davranışlarının daha iyi anlayabilirsiniz.

<table><tbody><tr><td>Hexabrix</td><td>Guerbet</td><td>15HX005D</td><td>Negatively-charged contrast agent</td></tr><tr><td>Visipaque</td><td>GE healthcare</td><td>12570511</td><td>Nuetral contrast agent</td></tr><tr><td>PBS (Phosphate-buffered Saline)</td><td>Life technologies</td><td>10010023</td><td>Medium</td></tr><tr><td>micro-CT</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>Monitoring diffusion</td></tr><tr><td>Freezing-point osmometer</td><td>Advanced instruments</td><td></td><td>Measuring solution osmolality</td></tr></tbody></table>

an experimental and finite element protocol to investigate the transport of neutral and charged solutes across articular cartilage

<html> Osteoartrit (OA) kıkırdak ve kondral kemik dejenerasyonu ile ilgili olan bir zayıflatıcı bir hastalıktır. Bu büyük bir kimyasal bozunma örneğin, proteoglikan kaybı ve kolajen fibril bozulmasını karşılaşır olarak eklem kıkırdağı dejenerasyonu ölçüde yük taşıma işlevini bozar. OA sırasında kimyasal zarar mekanizmalarını incelemek için ümit verici bir yol, bir dış çözünen kıkırdak örnekleri ortaya çıkarmak ve moleküllerin difüzyon izlemektir. Sağlıklı kıkırdağa kıyasla farklı difüzyon özelliklerine oluşturur eklem kıkırdağı üzerinde hareket ederken, kıkırdak hasarı (örneğin, konsantrasyon ve temel makromoleküllerin konfigürasyonunda) derecesi dış solutların çarpışma enerji kaybı ile ilişkilidir. Bu çalışmada, çeşitli adımlardan oluşur ve daha önce geliştirilen deneysel mikro C dayanan bir protokol, tanıtmak14px; &quot;&gt; omputed T omography (mikro-CT) ve sonlu eleman modeli ilk olarak iki fazlı-çözünen ve difüzyon katsayılarını elde etmek için çok fazlı sonlu eleman modelleri üzerine tatbik edilmesi izler mikro-CT, kullanılarak kaydedilir yüklenmiş ve yüklenmemiş iyotlu moleküllerin taşınması. ve kıkırdak dilimleri arasında yük yoğunlukları sabit.

Burada sağlanan temsili sonuçları önceki araştırma makaleleri 6, 8, 9, 16 ile kabul edilmiştir. OA olarak, eklem kıkırdağı önemli değişiklikler en önemlisi GAG kaybı ve kolajen fibril hasar 17, 18, 19 girer. Bu değişiklikler, eklem kıkırdağının 20, 21 aracılığıyla çözünen dağılır davranışını etkileyebilir. Bu eksensel iki iyotlu kontrast ajanlarının difüzyonunu örneğin, iyodiksanol (şarj = 0) ve iyoksaglat incelenmiştir (şarj = 1), mikro-CT kullanan kadavra at osteokondral fişler. nötr çözünen (iyodiksanol), iki fazlı bir-çözünen modeli ve bir şarj Solu difüzyon işlemini ölçmek için<html> te (iyoksaglat) çok fazlı bir model kıkırdak zonlu bir yapı olarak FEBio geliştirilmiştir. İki fazlı-çözünen madde ve çok fazlı modelleri (Şekil 3) iyodiksanol difüzyonunu tahmin ve eklem kıkırdağında boyunca iyoksaglat olabilir. Bu modeller, farklı kıkırdak bölgeleri 8 9 iyodiksanol (bifazik-çözünen madde) ve yayılma katsayısının difüzyon katsayısının yanı sıra FCD (iyoksaglat) elde edilmesine olanak. <img alt="Şekil 3," class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54984/54984fig3.jpg" /> Şekil 3, bilgisayar ortam veri Eğri donatılmış. Deneysel veriler ve deneysel veriler (sembol karşı B) burada kesik çok fazlı model uyan ()) 8, 9 karşı kesik A) Çok bölgeli bifazik-çözünen madde ().: //ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54984/54984fig3large.jpg&quot; target = &#39;_ blank&#39;&gt; bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Watch this Scientific Journal Video about An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage at JoVE.com

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Geçenlerde geliştirilen deneysel ve sayısal yöntemlerin yardımıyla eklem kıkırdağının genelinde Yüklü ve yüksüz moleküllerin taşınmasını araştırmak için bir protokol öneriyoruz.

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

an-experimental-finite-element-protocol-to-investigate-transport

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.2K Görüntüleme.  Delft University of Technology (TU Delft).  Geçenlerde geliştirilen deneysel ve sayısal yöntemlerin yardımıyla eklem kıkırdağının genelinde Yüklü ve yüksüz moleküllerin taşınmasını araştırmak için bir protokol öneriyoruz. 

Video: An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Real-time Visualization and Analysis of Chondrocyte Injury Due to Mechanical Loading in Fully Intact Murine Cartilage Explants

Homeostasis of articular cartilage depends on the viability of resident cells (chondrocytes). Unfortunately, mechanical trauma can induce widespread chondrocyte death, potentially leading to irreversible breakdown of the joint and the onset of osteoarthritis. Additionally, maintenance of chondrocyte viability is important in osteochondral graft procedures for optimal surgical outcomes. We present a method to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of intact murine synovial joints after application of controlled mechanical loads or impacts. This method can be used in comparative studies to investigate the effects of different mechanical loading regimens, different environmental conditions or genetic manipulations, as well as different stages of cartilage degeneration on short- and/or long-term vulnerability of in situ articular chondrocytes. The goal of the protocol introduced in the manuscript is to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of murine synovial joints. Importantly, this method enables testing on fully intact cartilage without compromising native boundary conditions. Moreover, it allows for real-time visualization of vitally stained articular chondrocytes and single image-based analysis of cell injury induced by application of controlled static and impact loading regimens. Our representative results demonstrate that in healthy cartilage explants, the spatial extent of cell injury depends sensitively on load magnitude and impact intensity. Our method can be easily adapted to investigate the effects of different mechanical loading regimens, different environmental conditions or different genetic manipulations on the mechanical vulnerability of in situ articular chondrocytes.

We present a method to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of intact murine joints after application of controlled mechanical loads or impacts. This method can be used to investigate how osteoarthritis, genetic factors and/or different loading regimens affect the vulnerability of in situ chondrocytes.

Gerçek zamanlı görselleştirme ve analiz nedeniyle tam olarak olduğu gibi fare kıkırdak Explants mekanik yükleme kondrosit yaralanma

Homeostasis of articular cartilage depends on the viability of resident cells (chondrocytes). Unfortunately, mechanical trauma can induce widespread ...

Biyomühendislik

A 3D System for Culturing Human Articular Chondrocytes in Synovial Fluid

Cartilage destruction is a central pathological feature of osteoarthritis, a leading cause of disability in the US. Cartilage in the adult does not regenerate very efficiently in vivo; and as a result, osteoarthritis leads to irreversible cartilage loss and is accompanied by chronic pain and immobility 1,2. Cartilage tissue engineering offers promising potential to regenerate and restore tissue function. This technology typically involves seeding chondrocytes into natural or synthetic scaffolds and culturing the resulting 3D construct in a balanced medium over a period of time with a goal of engineering a biochemically and biomechanically mature tissue that can be transplanted into a defect site in vivo 3-6. Achieving an optimal condition for chondrocyte growth and matrix deposition is essential for the success of cartilage tissue engineering. 
 In the native joint cavity, cartilage at the articular surface of the bone is bathed in synovial fluid. This clear and viscous fluid provides nutrients to the avascular articular cartilage and contains growth factors, cytokines and enzymes that are important for chondrocyte metabolism 7,8. Furthermore, synovial fluid facilitates low-friction movement between cartilaginous surfaces mainly through secreting two key components, hyaluronan and lubricin 9 10. In contrast, tissue engineered cartilage is most often cultured in artificial media. While these media are likely able to provide more defined conditions for studying chondrocyte metabolism, synovial fluid most accurately reflects the natural environment of which articular chondrocytes reside in.
 Indeed, synovial fluid has the advantage of being easy to obtain and store, and can often be regularly replenished by the body. Several groups have supplemented the culture medium with synovial fluid in growing human, bovine, rabbit and dog chondrocytes, but mostly used only low levels of synovial fluid (below 20&#37;) 11-25. While chicken, horse and human chondrocytes have been cultured in the medium with higher percentage of synovial fluid, these culture systems were two-dimensional 26-28. Here we present our method of culturing human articular chondrocytes in a 3D system with a high percentage of synovial fluid (up to 100&#37;) over a period of 21 days. In doing so, we overcame a major hurdle presented by the high viscosity of the synovial fluid. This system provides the possibility of studying human chondrocytes in synovial fluid in a 3D setting, which can be further combined with two other important factors (oxygen tension and mechanical loading) 29,30 that constitute the natural environment for cartilage to mimic the natural milieu for cartilage growth. Furthermore, This system may also be used for assaying synovial fluid activity on chondrocytes and provide a platform for developing cartilage regeneration technologies and therapeutic options for arthritis.

A 3D system of culturing human articular chondrocytes in high levels of synovial fluid is described. Synovial fluid reflects the most natural microenvironment for articular cartilage, and can be easily obtained and stored. This system thus can be used for studying cartilage regeneration and for screening therapeutics for treating arthritis.

Sinovya Sıvısı Kültürleme İnsan Eklem kondrosit 3D Sistemi

Cartilage destruction is a central pathological feature of osteoarthritis, a leading cause of disability in the US. Cartilage in the adult does not ...

Biyoloji

Characterization of Intra-Cartilage Transport Properties of Cationic Peptide Carriers

Several negatively charged tissues in the body, like cartilage, present a barrier to the targeted drug delivery due to their high density of negatively charged aggrecans and, therefore, require improved targeting methods to increase their therapeutic response. Because cartilage has a high negative fixed charge density, drugs can be modified with positively charged drug carriers to take advantage of electrostatic interactions, allowing for enhanced intra-cartilage drug transport. Studying the transport of drug carriers is, therefore, crucial towards predicting the efficacy of drugs in inducing a biological response. We show the design of three experiments which can quantify the equilibrium uptake, depth of penetration and non-equilibrium diffusion rate of cationic peptide carriers in cartilage explants. Equilibrium uptake experiments provide a measure of the solute concentration within the cartilage compared to its surrounding bath, which is useful for predicting the potential of a drug carrier in enhancing therapeutic concentration of drugs in cartilage. Depth of penetration studies using confocal microscopy allow for the visual representation of 1D solute diffusion from the superficial to deep zone of cartilage, which is important for assessing whether solutes reach their matrix and cellular target sites. Non-equilibrium diffusion rate studies using a custom-designed transport chamber enables the measurement of the strength of binding interactions with the tissue matrix by characterizing the diffusion rates of fluorescently labeled solutes across the tissue; this is beneficial for designing carriers of optimal binding strength with cartilage. Together, the results obtained from the three transport experiments provide a guideline for designing optimally charged drug carriers which take advantage of weak and reversible charge interactions for drug delivery applications. These experimental methods can also be applied to evaluate the transport of drugs and drug-drug carrier conjugates. Further, these methods can be adapted for the use in targeting other negatively charged tissues such as meniscus, cornea and the vitreous humor.

This protocol determines equilibrium uptake, depth of penetration and non-equilibrium diffusion rate for cationic peptide carriers in cartilage. Characterization of transport properties is critical for ensuring an effective biological response. These methods can be applied for designing an optimally charged drug carriers for targeting negatively charged tissues.

Katyonik Peptit Taşıyıcılarının Kıkırdak İçi Taşıma Özelliklerinin Karakterizasyonu

Several negatively charged tissues in the body, like cartilage, present a barrier to the targeted drug delivery due to their high density of negatively ...

Labeling of Extracellular Vesicles for Monitoring Migration and Uptake in Cartilage Explants

Extracellular vesicles (EVs) are used in different studies to prove their potential as a cell-free treatment due to their cargo derived from their cellular source, such as platelet lysate (PL). When used as treatment, EVs are expected to enter the target cells and effect a response from these. In this research, PL-derived EVs have been studied as a cell-free treatment for osteoarthritis (OA). Thus, a method was set up to label EVs and test their uptake on cartilage explants. PL-derived EVs are labeled with the lipophilic dye PKH26, washed twice through a column, and then tested in an in vitro inflammation-driven&#160;OA model for 5 h after particle quantification by nanoparticle tracking analysis (NTA). Hourly, cartilage explants are fixed, paraffined, cut into 6 &#181;m sections to mount on slides, and observed under a confocal microscope. This allows verification of whether EVs enter the target cells (chondrocytes) during this period and analyze their direct effect.

Here, we present a protocol to label platelet lysate-derived extracellular vesicles to monitor their migration and uptake in cartilage explants used as a model for osteoarthritis.

Kıkırdak Eksplantlarında Göç ve Alımı İzlemek için Hücre Dışı Veziküllerin Etiketlenmesi

Extracellular vesicles (EVs) are used in different studies to prove their potential as a cell-free treatment due to their cargo derived from their ...

Mechanical Stimulation of Chondrocyte-agarose Hydrogels

Articular cartilage suffers from a limited repair capacity when damaged by mechanical insult or degraded by disease, such as osteoarthritis. To remedy this deficiency, several medical interventions have been developed. One such method is to resurface the damaged area with tissue-engineered cartilage; however, the engineered tissue typically lacks the biochemical properties and durability of native cartilage, questioning its long-term survivability. This limits the application of cartilage tissue engineering to the repair of small focal defects, relying on the surrounding tissue to protect the implanted material. To improve the properties of the developed tissue, mechanical stimulation is a popular method utilized to enhance the synthesis of cartilaginous extracellular matrix as well as the resultant mechanical properties of the engineered tissue. Mechanical stimulation applies forces to the tissue constructs analogous to those experienced in vivo. This is based on the premise that the mechanical environment, in part, regulates the development and maintenance of native tissue1,2. The most commonly applied form of mechanical stimulation in cartilage tissue engineering is dynamic compression at physiologic strains of approximately 5-20% at a frequency of 1 Hz1,3. Several studies have investigated the effects of dynamic compression and have shown it to have a positive effect on chondrocyte metabolism and biosynthesis, ultimately affecting the functional properties of the developed tissue4-8. In this paper, we illustrate the method to mechanically stimulate chondrocyte-agarose hydrogel constructs under dynamic compression and analyze changes in biosynthesis through biochemical and radioisotope assays. This method can also be readily modified to assess any potentially induced changes in cellular response as a result of mechanical stimuli.

The biosynthesis of cartilaginous extracellular matrix by chondrocytes can be affected by application of mechanical stimuli. This method describes the technique of applying dynamic compressive strains to chondrocytes encapsulated in 3D constructs and the evaluation of induced changes in chondrocyte metabolism.

Kondrosit-agaroz Hidrojeller mekanik stimülasyonu

Articular cartilage suffers from a limited repair capacity when damaged by mechanical insult or degraded by disease, such as osteoarthritis. To remedy ...

A Friction Testing-Bioreactor Device for Study of Synovial Joint Biomechanics, Mechanobiology, and Physical Regulation

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication functions, fostering a deleterious physical environment. The frictional interactions of articular cartilage and synovium may influence joint homeostasis through tissue level wear and cellular mechanotransduction. To study these mechanical and mechanobiological processes, a device capable of replicating the motion of the joint is described. The friction testing device controls the delivery of reciprocal translating motion and normal load to two contacting biological counterfaces. This study adopts a synovium-on-cartilage configuration, and friction coefficient measurements are presented for tests performed in a phosphate-buffered saline (PBS) or synovial fluid (SF) bath. The testing was performed for a range of contact stresses, highlighting the lubricating properties of SF under high loads. This friction testing device can be used as a biomimetic bioreactor for studying the physical regulation of living joint tissues in response to applied physiologic loading associated with diarthrodial joint articulation.

The present protocol describes a friction testing device that applies simultaneous reciprocal sliding and normal load to two contacting biological counterfaces.

Sinovyal Eklem Biyomekaniği, Mekanobiyoloji ve Fiziksel Regülasyon Çalışmaları için Bir Sürtünme Testi-Biyoreaktör Cihazı

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication ...

Addressing Practical Issues in Atomic Force Microscopy-Based Micro-Indentation on Human Articular Cartilage Explants

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the biological field. However, as with any other microscopic approach, methodological challenges can arise. In particular, the characteristics of the sample, sample preparation, type of instrument, and indentation probe can lead to unwanted artifacts. In this protocol, we exemplify these emerging issues on healthy as well as osteoarthritic articular cartilage explants. To this end, we first show via a step-by-step approach how to generate, grade, and visually classify ex vivo articular cartilage discs according to different stages of degeneration by means of large 2D mosaic fluorescence imaging of the whole tissue explants. The major strength of the ex vivo model is that it comprises aged, native, human cartilage that allows the investigation of osteoarthritis-related changes from early onset to progression. In addition, common pitfalls in tissue preparation, as well as the actual AFM procedure together with the subsequent data analysis, are also presented. We show how basic but crucial steps such as sample preparation and processing, topographic sample characteristics caused by advanced degeneration, and sample-tip interaction can impact data acquisition. We also subject to scrutiny the most common problems in AFM and describe, where possible, how to overcome them. Knowledge of these limitations is of the utmost importance for correct data acquisition, interpretation, and, ultimately, the embedding of findings into a broad scientific context.

We present a step-by-step approach to identify and address the most common problems associated with atomic force microscopy micro-indentations. We exemplify the emerging problems on native human articular cartilage explants characterized by various degrees of osteoarthritis-driven degeneration.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the ...

Biotribological Testing and Analysis of Articular Cartilage Sliding against Metal for Implants

Osteochondral defects in middle-aged patients might be treated with focal metallic implants. First developed for defects in the knee joint, implants are now available for the shoulder, hip, ankle and the first metatarsalphalangeal joint. While providing pain reduction and clinical improvement, progressive degenerative changes of the opposing cartilage are observed in many patients. The mechanisms leading to this damage are not fully understood. This protocol describes a tribological experiment to simulate a metal-on-cartilage pairing and comprehensive analysis of the articular cartilage. Metal implant material is tested against bovine osteochondral cylinders as a model for human articular cartilage. By applying different loads and sliding speeds, physiological loading conditions can be imitated. To provide a comprehensive analysis of the effects on the articular cartilage, histology, metabolic activity and gene expression analysis are described in this protocol. The main advantage of tribological testing is that loading parameters can be adjusted freely to simulate in vivo conditions. Furthermore, different testing solutions might be used to investigate the influence of lubrication or pro-inflammatory agents. By using gene expression analysis for cartilage-specific genes and catabolic genes, early changes in the metabolism of articular chondrocytes in response to mechanical loading might be detected.

This protocol describes the preparation, biotribological testing, and analysis of osteochondral cylinders sliding against metal implant material. Outcome measures included in this protocol are metabolic activity, gene expression and histology.

İmplantlar İçin Metale Karşı Kayan Eklem Kıkırdağının Biyotribolojik Test ve Analizi

Osteochondral defects in middle-aged patients might be treated with focal metallic implants. First developed for defects in the knee joint, implants are ...

Tıp

A Non-Invasive Method for Generating the Cyclic Loading-Induced Intra-Articular Cartilage Lesion Model of the Rat Knee

The pathophysiology of primary osteoarthritis (OA) remains unclear. However, a specific subclassification of OA in relatively younger age groups is likely correlated with a history of articular cartilage damage and ligament avulsion. Surgical animal models of OA of the knee play an important role in understanding the onset and progression of post-traumatic OA and aid in the development of novel therapies for this disease. However, non-surgical models have been recently considered to avoid traumatic inflammation that could affect the evaluation of the intervention. 
In this study, an intra-articular cartilage lesion rat model induced by in vivo cyclic compressive loading was developed, which allowed researchers to (1) determine the optimal magnitude, speed, and duration of load that could cause focal cartilage damage; (2) assess post-traumatic spatiotemporal pathological changes in chondrocyte vitality; and (3) evaluate the histological expression of destructive or protective molecules that are involved in the adaptation and repair mechanisms against joint compressive loads. This report describes the experimental protocol for this novel cartilage lesion in a rat model.

Here, we present the cyclic loading-induced intra-articular cartilage lesion model of the rat knee, generated by 60 cyclic compressions over 20 N, resulting in damage to the femoral condylar cartilage in rats.

Sıçan Dizinin Döngüsel Yüklemeye Bağlı Eklem İçi Kıkırdak Lezyon Modelini Oluşturmak için Non-İnvaziv Bir Yöntem

The pathophysiology of primary osteoarthritis (OA) remains unclear. However, a specific subclassification of OA in relatively younger age groups is likely ...

<meta charset="utf8"></head><body>İnsan Eklem Kıkırdağından Kondroprogenitör ve Kondrosit İzolasyonu

Isolation of Chondrocytes and Chondroprogenitors Using Fibronectin Adhesion and Migratory Assay

Chondroprogenitor cells (CPCs), recently identified as a distinct subpopulation, exhibit promise due to their mesenchymal properties, heightened chondrogenesis, and limited hypertrophic traits. The enrichment of progenitors is achieved through differential fibronectin adhesion and migration-based explant assays, with Fibronectin Adhesion Assay-derived Chondroprogenitors (FAA-CPs) and Migratory Chondroprogenitors (MCPs) demonstrating superior potential compared to chondrocytes. This article delves into the details of isolating resident cartilage-derived cells, namely chondrocytes and chondroprogenitors. While valuable insights from chondrocyte research contribute to our understanding of cartilage repair, ongoing efforts are directed toward the use of chondroprogenitors and exploring their potential as an alternative therapeutic approach. Additionally, this methodology article provides a detailed step-by-step protocol for isolating three specific cell types from cartilage: chondrocytes, FAA-CPs, and MCPs. By following standardized procedures, this protocol facilitates the successful extraction of these cell subtypes. Grounded in extensive research, the article focuses on the intricate techniques utilized in isolating the different subsets and the optimized culture conditions required to expand and maintain their cultures. The methodology encompasses enzymatic isolation of human articular cartilage-derived chondrocytes, differential fibronectin adhesion following sequential enzymatic digestion, and migration-based explant assays to obtain cartilage-resident cells.

<meta charset="utf8"></head><body>Fibronektin Adezyonu ve Migrasyon Testi Kullanılarak Kondrosit ve Kondroprojenitörlerin İzolasyonu

This protocol details the isolation of chondrocytes, Fibronectin Adhesion Assay-derived Chondroprogenitors (FAA-CPs), and Migratory Chondroprogenitors (MCPs) from human articular cartilage. It covers enzymatic digestion, fibronectin adhesion, and migration-based assays for isolating and characterizing these cells.