組織材料力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn) 返回列表頁

目的：由于它們的大小（~1mm），小鼠模型在繪制其關(guān)節(jié)表面的生物力學(xué)特性方面提出了重大挑戰(zhàn)。本研究的目的是確定是否可以使用自動(dòng)壓痕技術(shù)來繪制小鼠膝關(guān)節(jié)表面的生物力學(xué)特性，并確定自發(fā)發(fā)展為骨關(guān)節(jié)炎的小鼠品系 (STR/ort) 的關(guān)節(jié)軟骨的早期改變（OA）在他們膝蓋的內(nèi)側(cè)。

材料和方法：生物力學(xué)測量是在五只健康的 Balb/c 雄性（12-15 周齡）和五只年齡和性別匹配的 STR/ort 小鼠的左股骨髁和脛骨平臺(tái)上進(jìn)行離體的，使用 3 軸機(jī)械配備多軸稱重傳感器的測試儀（Mach-1 v500css，Biomomentum，Laval）。使用直徑為 0.35 mm 的球形壓頭（1 秒內(nèi)壓入 30 m，松弛 20 秒）進(jìn)行壓痕測量（30-42/表面）。在進(jìn)行生物力學(xué)測試后，將關(guān)節(jié)表面固定在 4% 多聚甲醛中進(jìn)行組織學(xué)評估。報(bào)告的數(shù)據(jù)是壓痕深度為 10m 的結(jié)構(gòu)剛度。為了比較健康和 OA 發(fā)育動(dòng)物之間的結(jié)構(gòu)剛度，每個(gè)關(guān)節(jié)表面分為 4 個(gè)區(qū)域，外側(cè)內(nèi)側(cè) (I)、內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè) (II)、內(nèi)側(cè) (III) 和外側(cè) (IV)。數(shù)據(jù)報(bào)告為每個(gè)這些區(qū)域的平均值 ± SE (n = 5)。通過方差分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

結(jié)果：在健康動(dòng)物中，10 m 壓痕深度處的結(jié)構(gòu)剛度映射顯示出與大型動(dòng)物相似的空間分布（圖 1 和 2，插入）。OA 和健康小鼠的內(nèi)側(cè)髁外側(cè)和內(nèi)側(cè)半部的結(jié)構(gòu)剛度（圖 1）相似。OA 和健康小鼠的外側(cè)平臺(tái)剛度也沒有顯著差異。相比之下，OA 小鼠內(nèi)側(cè)髁外半部的剛度 (5.9±0.7 N/mm) 顯著低于健康小鼠 (10.2±1.1 N/mm, ANOVA, p<0.05)。OA 小鼠外側(cè)髁突和外側(cè)平臺(tái)內(nèi)半部的結(jié)構(gòu)剛度低于健康小鼠（ANOVA，p<0.05）。

結(jié)論：本研究表明，這種自動(dòng)壓痕技術(shù)可以繪制小鼠膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。機(jī)械特性的映射顯示出與先前觀察到的較大物種（人類、綿羊和大鼠）相似的分布模式。在已知會(huì)在 STR/ort 應(yīng)變中發(fā)生 OA 的部位識(shí)別出結(jié)構(gòu)剛度較低的軟骨區(qū)域，表明該方法可用于識(shí)別和表征 OA 影響的關(guān)節(jié)表面。正在進(jìn)行研究以通過組織學(xué)驗(yàn)證受影響區(qū)域的軟骨質(zhì)量。這些結(jié)果表明，壓痕映射可用于小鼠模型，以測試旨在抑制軟骨降解或改善其在 OA 或關(guān)節(jié)損傷后愈合的藥物的功效。