この仕事は、土木科、環境工学とイリノイ大学アーバナ シャンペーン校工学部によって支えられました。我々 は度 Mendu の大学院の研究を支援するためラビンドラ Kinra と Kavita Kinra 交わりを認めます。フレデリック ・ ザイツ材料研究所、イリノイ大学アーバナ シャンペーン校ベックマン研究所の施設・設備で走査型電子顕微鏡による研究を行った。

注: ここで説明されているプロトコル イリノイ施設動物ケアおよび使用委員会の動物のケアのガイドラインに従います。
1. 試験片の調達
<ol><li>アメリカ合衆国農務省 USDA 認定食肉処理場から新鮮な収穫のウシ大腿骨を収集し、クーラーにプラスチック気密袋にそれらを輸送します。 注: ここで行われた調査、大腿骨は 24-30 月古い、トウモロコシ、および重量を量られた約 1,000 - 1,100 ポンドをされた動物から収集されました。</li>
	<li>標本の準備手順の開始まで 20 ° C -で大腿骨を固定します。この温度は、大腿骨の新鮮な12,13,14を保持します。</li>
</ol>2 カット、洗浄、および試料の埋め込み
<ol><li>約 2 時間室温で水を容器で冷凍の大腿骨を解凍します。</li>
	<li>皮質骨の断面積が一様に標本を生成するテーブル トップ ダイヤモンド バンドソーを使用して中間の骨幹地域から複数のディスク約 10-15 mm の厚さをカットします。</li>
	<li>軟部組織や皮質骨の肉を除去するのに解剖キットを使用します。</li>
	<li>手順 2.2 ダイヤモンド wafering ブレードを用いた低速で取得した、大腿骨断面カットを複数ほぼ立方形のセクションを取得する骨の長軸方向の湿潤条件下で見た。 注: ここでは、標本準備および短い-スクラッチ検査のみ縦標本については、説明します。ただし、切断の方向以外準備手順の横方向の同じまま。</li>
	<li>超音波洗浄器で 20 分の持続期間のため溶液 1.5% アニオン系の洗剤を使用し、5% の漂白剤の標本をきれい。</li>
	<li>
皮質骨の標本をアクリル樹脂に埋め込む (ここポリメタクリル酸メチル (PMMA)) ハンドリングと安定性の容易さのため。
	<ol>
<li>離型剤、金型の壁はコートに試料を埋め込むには、まず。アクリル樹脂や PMMA の製造元の指示に従って、ビーカー中の硬化剤混ぜます。</li>
		<li>カットの皮質骨標本の 1 つに配置各金型の表面に傷が下向き。アクリル樹脂の組合せを注ぐこれら標本のホールダーを準備します。標本は 4-5 h までの期間に治療しましょう。</li>
	</ol>
</li>
	<li>5 mm 厚ディスクに埋め込まれた標本をカット、低速を使用して傷が表面の公開を見て、マウント径の金属 (アルミニウム) ディスクに標本 34 mm、高さ 5 mm のシアノアクリ レート系接着剤を使用します。</li>
	<li>ハンクス バランスの取れた生理食塩水ソリューション (HBSS) を浸したゲージで標本をラップし、4 ° C でさらに使用15,16まで冷蔵庫で冷やします。</li>
</ol>3. 研削・研磨のプロトコル
注: 前提に小さい長さのスケールで高精度のテスト標本の滑らかで同点表面であります。プロトコルを研磨前13,17は、大規模な表面粗さ測定における実質的な不正確さに 。課題は低平均表面粗さ 100 未満を達成するためにある広域 3 × 8 mm2表面上の nm。
<ol><li>それぞれ 1 分と 5 分の 400 粒、600 粒の炭化ケイ素の論文を利用して常温でウシ皮質骨標本を挽きます。基本速度 100 rpm および 150 rpm、研磨機、それぞれを保持します。</li>
	<li>マシンは、ステップごとに 15 分の持続期間のための 800 のそして 1,200 の屑のペーパーに室温でウシ皮質骨標本を挽きます。基本速度 150 rpm、60 rpm と運転 1 ポンドの負荷のヘッド スピードで研磨機を維持します。</li>
	<li>ハード、穴あき、不織布の上と同じ順序で 3 μ、1 μ m、0.25 μ m ダイヤモンド懸濁液ソリューションを使用して室温で 90 分の持続期間のための標本を磨きます。それぞれ各ステップで 300 rpm と 60 rpm、ポリッシャーのベースとヘッド スピードで 1 ポンドの負荷の動作を維持します。</li>
	<li>試料を合成、柔らかいレーヨン布の上 0.05 μ m のアルミナ懸濁液ソリューション 100 rpm と 60 rpm のベースとヘッド スピードで 1 lb 90 分の持続期間のためそれぞれ、また室温を磨きます。</li>
	<li>脱イオン水でビーカーに試料を置くし、研削・研磨に残留物をきれいにし、交差汚染を避けるための連続した各ステップの間に 2 分間超音波風呂でビーカーを置きます。</li>
	<li>光学顕微鏡・ SEM イメージングを使用して表面の特徴を表示します。 注:図 1ヒツジ、ハバース運河、セメント ラインのように、間質性の領域、および窩は認めウシ皮質骨の標本。これらの撮像方法では、皮質骨片の多孔性、異種、異方性の性質を明らかにします。また、研磨面の品質を評価するために標本の高度な表面検査を行った。代表的な研磨面を図 2に示します。</li>
</ol>4. マイクロ スクラッチ テスト
注: マイクロ スクラッチ テストはマイクロ スクラッチ試験機 (図 3) を使用して洗練されたウシ皮質骨の標本で行われます。ロックウェル圧子先端半径 200 μ m と尖角 120 度のダイヤモンドは、研究に使用されます。30 名までの線形進行負荷のアプリケーションでも使用可能します。さらに、計測器が水平荷重、浸透の深さ、傷により生成されるアコースティック ・ エミッション測定高精度センサーを装備にします。楽器は、スクラッチ溝のパノラマをキャプチャできます。
<ol><li>皮質骨片を試験前に参考材料3としてポリカーボネートを使用してロックウェル圧子先端を調整します。</li>
	<li>皮質骨標本をステージに配置し、マイクロのスクラッチ試験機モジュールに統合されたセットアップ光学顕微鏡によるスクラッチ テストのサイトを選択します。</li>
	<li>30 名の 30 mN と終了のロードの開始の負荷直線進歩的な荷重を適用します。読み込み速度は、60 N/分とスクラッチの長さ 3 mm に設定する必要があります。</li>
	<li>短い縦方向 (図 3 b) のスクラッチ テストのシリーズを実行ウシ皮質骨標本図 3に示す。</li>
	<li>それら水和を維持するすべての 3 〜 4 スクラッチ テストのセット後 HBSS で試料表面を濡らします。</li>
	<li>2モデルの非線形破壊力学に基づくスクラッチ試験データを分析します。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Akono, A., Reis, P., Ulm, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scratching+as+a+fracture+process:+From+butter+to+steel.">Scratching as a fracture process: From butter to steel.</a> Phys Rev Lett. 106 (20), 204302-204304 (2011).</li><li>Akono, A. T., Randall, N. X., Ulm, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+determination+of+the+fracture+toughness+via+microscratch+tests:+application+to+polymers,+ceramics,+and+metals.">Experimental determination of the fracture toughness via microscratch tests: application to polymers, ceramics, and metals.</a> J of Mat Res. 27 (02), 485-493 (2012).</li><li>Akono, A. T., Ulm, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+technique+for+characterizing+the+fracture+toughness+via+scratch+test+experiments.">An improved technique for characterizing the fracture toughness via scratch test experiments.</a> Wear. 313 (1-2), (2014).</li><li>Akono, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetic+size+effect+law+at+the+microscopic+scale:+Application+to+progressive-load+scratch+testing.">Energetic size effect law at the microscopic scale: Application to progressive-load scratch testing.</a> J of Nanomech and Micromech. 6 (2), (2016).</li><li>Kataruka, A., Mendu, K., Okeoghene, O., Puthuvelil, J., Akono, A. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+assessment+of+bone+toughness+using+scratch+tests.">Microscopic assessment of bone toughness using scratch tests.</a> Bone Reports. 6, 17-25 (2017).</li><li>Melvin, J. W., Evans, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crack+propagation+in+bone.">Crack propagation in bone.</a> ASME Biomech Symp. , (1973).</li><li>Norman, T. L., Vashishth, D., Burr, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+groove+on+bone+fracture+toughness.">Effect of groove on bone fracture toughness.</a> J of Biomech. 25 (12), 1489-1492 (1992).</li><li>Behiri, J. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+changes+in+the+tensile+properties+of+cortical+bone:+the+relative+importance+of+changes+in+porosity,+mineralization+and+microstructure.">Age-related changes in the tensile properties of cortical bone: the relative importance of changes in porosity, mineralization and microstructure.</a> J. Bone Joint Surg. 75, 1193-1205 (1993).</li><li>Zioupos, P., Gresle, M., Winwood, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatigue+strength+of+human+cortical+bone:+age,+physical,+and+material+heterogeneity+effects.">Fatigue strength of human cortical bone: age, physical, and material heterogeneity effects.</a> J of Biomed Mat Res Part A. 86 (3), 627-636 (2008).</li><li>Linde, F., S&#248;rensen, H. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+different+storage+methods+on+the+mechanical+properties+of+trabecular+bone.">The effect of different storage methods on the mechanical properties of trabecular bone.</a> J of Biomech. 26 (10), 1249-1252 (1993).</li><li>Zioupos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accumulation+of+in-vivo+fatigue+microdamage+and+its+relation+to+biomechanical+properties+in+ageing+human+cortical+bone.">Accumulation of in-vivo fatigue microdamage and its relation to biomechanical properties in ageing human cortical bone.</a> J of Microscopy. 201 (2), 270-278 (2001).</li><li>Yan, J., Clifton, K. B., Mecholsky, J. J., Reep, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+toughness+of+manatee+rib+and+bovine+femur+using+a+chevron-notched+beam+test.">Fracture toughness of manatee rib and bovine femur using a chevron-notched beam test.</a> J of Biomech. 39 (6), 1066-1074 (2006).</li><li>Xu, J., Rho, J. Y., Mishra, S. R., Fan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscopy+and+nanoindentation+characterization+of+human+lamellar+bone+prepared+by+microtome+sectioning+and+mechanical+polishing+technique.">Atomic force microscopy and nanoindentation characterization of human lamellar bone prepared by microtome sectioning and mechanical polishing technique.</a> J of Biomed Mat ResPart A. 67 (3), 719-726 (2003).</li><li>Yan, J., Mecholsky, J. J., Clifton, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+tough+is+bone?+Application+of+elastic–plastic+fracture+mechanics+to+bone.">How tough is bone? Application of elastic–plastic fracture mechanics to bone.</a> Bone. 40 (2), 479-484 (2007).</li><li>Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+conflicts+between+strength+and+toughness.">The conflicts between strength and toughness.</a> Nat Mater. 10 (11), 817-822 (2011).</li><li>Kim, K. T., Ba&#382;ant, Z. P., Yu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-uniqueness+of+cohesive-crack+stress-separation+law+of+human+and+bovine+bones+and+remedy+by+size+effect+tests.">Non-uniqueness of cohesive-crack stress-separation law of human and bovine bones and remedy by size effect tests.</a> Intrnl J of Frac. 181 (1), 67-81 (2013).</li><li>Bazant, Z. P., Planas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials. 16, (1997).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

マイクロのスクラッチ テストは、混合モード破壊3を誘発します。さらに、短い縦ウシ皮質骨片の破壊過程はプローブはさらに深く掘り下げて、アクティブ化されます。3 ミリメートル長い傷プローブ プリズムのボリュームは約 3,600 μ m 長い、600 μ m、幅 480 μ m 深い。この大量に均質化された応答予測を助けた。非線形破壊力学モデルJに基づく破壊耐力を抽出することができました-積分計算1,2,4。
ウシ皮質骨の標本は、以前の文書5の使用されたブタの標本と比較した場合をテストするための広い領域を提供します。しかし、ウシ皮質骨の標本にブタから微細構造機能のサイズに対応する違いがあります。これは牛の標本のための新しい研磨プロトコルの開発につながった。さらに、メソッドの開発中に準備ウシ皮質骨片が準備の後 1 週間以内にテストする必要があることが観察されました。これは、テスト結果に影響を与える可能性があります大幅に食塩によるウシの標本に残留物形成を避けるためです。
さらに、短い縦ウシ皮質骨片で試験していた環境条件を制御し、標本準備のプロトコルを標準化します。これは、削減につながった試験結果のばらつきの短い縦豚皮質骨標本5 15% 以前に報告した 23% から今回の短い縦ウシ皮質骨標本の。ただし、図 7外れ値テスト結果は食塩水内のストレージの期間や傷自体の場所のような様々 な理由に起因することができます。それにもかかわらず、骨はメゾ ・ マイクロの長さスケールで異種、変動量は期待されます。
走査電子顕微鏡観察これらスクラッチ テスト中に破壊過程の発生率を示しています。強じん化機構はマイクロ、メソスケールで割れき裂の偏向、き裂、マイクロ スケールでブリッジと繊維はサブミクロン スケールでブリッジと観察された (図 5参照)。これは以前の文学19報告強じん化機構です。したがって、マイクロのスクラッチ テストは、マイクロ スケール、メソスケール採取したウシ皮質骨の破壊特性を決定します。
我々 はここで提案する方法は、標本数が少ないを必要とし、小さい長さのスケールで検体の検査ができます。例えば、一定の縦横比を持ちながら異なるサイズの標本との協力によって、巨視的スケールに延性-脆性遷移を導入します。サイズ効果破壊評価手法によると少なくとも 5 異なる規模の標本は、破壊靭性値20,21を推定する必要があります。したがって、推定 102 破壊靭性値、巨視的テスト約 510 標本のニーズ多く時間とリソースにはが含まれます。したがって、提案手法は速い速度で破壊靭性の見積もりより経済的です。さらに、さまざまな階層レベルで破壊特性の把握と効率的骨の力学を理解することが出来ます。さらに、テスト効率的かつ、再現性のある、環境規制の広い範囲の下で簡単に行なえます。例えば、環境チャンバーで食塩に浸漬テスト標本は培養条件をシミュレートする実施可能性があります。さらに、メソッドは、骨の異方性をキャプチャする縦方向横方向に骨破壊靭性をテストするのにも適用されます。したがって、本手法は、生体組織の破壊評価のための小説です。

本研究ではマイクロ スクラッチ手法1,2,3,4を使用してマイクロ スケール (ラメラ レベル) にメソスケール (ヒツジ) から牛緻密骨の破壊靭性を測定します。 5。骨のき裂発生とき裂を含む破壊過程は異なる構造成分と階層のさまざまなレベルでの組織のための長さのスケールで直接受けます。したがって、小さい長さのスケールで骨破壊を評価する骨の脆弱性の根本的な理解に不可欠です。一方、三点曲げなど従来のテスト コンパクト張力と曲げ試験が牛大腿骨と脛骨巨視的スケール6,7,破壊特性評価のために一般的8です。 一方、顕微鏡のスケールで破壊靭性を測定するビッカースの押し込み破壊された提案9。ビッカースの圧子を使用して放射状の裂け目を生成する微小押込みを行った。さらに、シャープなキューブ コーナー圧10を使用してオリバー ファー ナノインデンテーション破壊靱性法を行った。
上記ナノインデンテーション試験による破壊靱性研究の観察者によって測定したため発生したき裂の長さと破壊靭性を求めるための半経験的モデルだった。ただし、これらのメソッドは、照らし合わせ、主観的なもので、結果、光学顕微鏡や走査電子顕微鏡のき裂長さを測定する必要があるのため観察者のスキルに大きく依存。さらに、スクラッチ テストをナノレベルで行ったが基になる数学モデル物理ベースひび割れによる強度低下を考慮しないし、11の欠陥します。従って、知識のギャップが存在している: 物理学ベースの機械論的モデルに基づいて顕微鏡レベルでの破壊評価手法。知識のこのギャップは、マイクロのスクラッチ テストのアプリケーションをブタの標本5にまず焦点を当てて骨をコンパクトな動機。研究は、さらにウシ皮質骨を理解するため拡張されています。
標本の 2 つの異なる方向が可能: 縦横や短い縦方向。縦の横行は、破壊特性大腿骨の長軸に垂直に対応します。一方、短い縦5大腿骨の長軸に沿って破壊特性に対応します。この研究では短い縦方向の骨の破壊抵抗を特徴付けるためウシ皮質骨にスクラッチ試験を適用します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Table Top Diamond Band Saw</td>
			<td>McMaster Carr, Elmhurst, IL</td>
			<td>Model&#160; C-40</td>
			<td>Blade speed of 40 mph; Blade dimensions: 37 inch in diameter, 0.02 inch wide and 0.14 inch deep</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buehler Isomet 5000 Precision Cutter</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>112780</td>
			<td>Blade speed in the range of 200-5000 rpm in 50 rpm incrments; 8 inch diamond wafering blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Branson 5800 Ultrasonic Cleanser</td>
			<td>(Through) Grainger, Peoria, Illinois</td>
			<td>39J365</td>
			<td>Bransonic CPXH ultrasonic bath has a tank capacity of 2.5 gal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buehler Ecomet 250 Grinder - Polisher</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>497250</td>
			<td>8 inch base plate with a speed range from 10-500 rpm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anton Paar, CSM Instruments Micro scratch tester</td>
			<td>Anton Paar Switzerland AG</td>
			<td>163251</td>
			<td>Compact Platform, Acoutstic Emission Sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JEOL 6060LV general purpose scanning electron microscope</td>
			<td>JEOL USA, Inc., Peabody, MA</td>
			<td></td>
			<td>Environmental scanning electron microscope which enables imaging at low vacuum levels.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Philips XL30 ESEM FEG&#160;</td>
			<td>FEI Company</td>
			<td></td>
			<td>Wet mode working of the instrument enables imaging of non conductive samples without altering them&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Consumables</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Femur</td>
			<td>L&#38;M Slaughter house, Georgetown, IL</td>
			<td></td>
			<td>Corn fed, 24-30 month old mature bovine specimens.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alconox Powdered Precision Cleaner</td>
			<td>Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603</td>
			<td>1104-1</td>
			<td>Biodegradable, Non caustic, Interfering-residue free</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic Plastic Casting</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>24210-02</td>
			<td>Polymethyl Methacrylate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CarbiMet SiC Abrasive Paper 400 grit, 8 inch, PSA backed</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>36080400</td>
			<td>Grinding - Abrasive Papers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CarbiMet SiC Abrasive Paper 600 grit, 8 inch, PSA backed</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>36080600</td>
			<td>Grinding - Abrasive Papers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>36080800</td>
			<td>Grinding - Abrasive Papers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>16081200</td>
			<td>Grinding - Abrasive Papers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Texmet P For 8&#39;&#39; Wheel PSA</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>407638</td>
			<td>Polishing Cloth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8&#39;&#39; Microcloth PSA</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>407518</td>
			<td>Polishing Cloth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 3 &#181;m</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>406631</td>
			<td>Polishing suspension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 1 &#181;m</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>406630</td>
			<td>Polishing suspension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 0.25 &#181;m</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>406629</td>
			<td>Polishing suspension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MasterPrep Polishing Suspension, 0.05&#181;m</td>
			<td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td>
			<td>40-6377-032</td>
			<td>Polishing suspension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HBSS, calcium, magnesium, no phenol red</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14025126</td>
			<td>Buffer Solution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fragility assessment of bovine cortical bone using scratch tests

骨は組織の 5 つの異なるレベルで複雑な階層的な素材です。高齢化などの要因や骨粗しょう症のような病気は、破壊が発生しやすいこと、骨の脆弱性を増加します。おかげで私たちの社会での骨破壊の大きい社会経済的影響、骨の各階層レベルの機械的性能を評価するために斬新な方法の必要性があります。剛性と強度は、ナノ、マイクロ、メゾ、-すべてのスケールで検出できるし、巨視的-破壊評価のところに限定されてきた巨視的テストします。この制限は、骨破壊の私達の理解を制限し、実験室および臨床研究のスコープを制限します。本研究では、非線形破壊力学と組み合わせてマイクロのスクラッチ テストを用いたメゾスコ ピック長さスケール マイクロから骨の破壊抵抗を調査します。テストは、ウシ皮質骨標本の短い縦方向で実行されます。綿密な実験的プロトコルを開発し、(102) 多数のテストが関連付けられて骨微細構造の不均一性を考慮して皮質骨片の破壊靱性の評価を行います。

原子間力顕微鏡は、研磨面の粗さを測定に使用されました。表面粗さが関心の表面の特徴よりも小さい大きさの順序の場合親指のルールとして洗練の 1 つとして試料の資格します。この場合、60 の測定表面粗さ 40 μ x 40 μ m 領域の上の nm は明らかにこの基準内します。
対浸透力の短い縦ウシ皮質骨片に対して代表的なスクラッチ テストの深さのグラフを図 4に示します。垂直の力が所定の増分負荷されている水平力はプローブによって経験される抵抗を測定です。図 5は、フラクチャされた短い縦ウシ皮質骨表面の走査型電子顕微鏡画像を示しています。この画像チッピングや剥離表面と微小割れなど本質的な靭性化機構の発生、き裂の偏向、クラック追従。2モデルの非線形破壊力学に基づく MATLAB スクリプトを使用してマイクロのスクラッチ試験データを分析します。破壊過程の発生前にプラスチックの消費18になります。浸透深さが増加すると、破壊プロセスがアクティブになります。
観察に基づいて、単一き裂伝播図 3bに示すようと考えています。非線形破壊力学モデル1,2にスクラッチ力のスケーリング予測を構築します。同種横等方性組織は、組織レベルで皮質骨用と見なされます。図 6は、短い縦皮質骨片の破壊靱性の力のスケールを示します。延性-脆性遷移は浸透深さを変えることによって導入されました。スクラッチの力と脆性破壊主導政権で<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq1.jpg">は量に比例する<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq2.jpg">、どこで<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq3.jpg">は、プローブ形状機能1,2,3,4、 5。したがって、破壊靭性、 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq4.jpg"> </img> 1,2,3,4,5定数に向かって収束します。さらに、脆性破壊に対応するKc値は、図 6に示すように、単一のテストのためのプロットをスケーリング力に報告されます。102 微小スクラッチ テストは、図 7に示すように、短い縦ウシ皮質骨標本で実施されました。外れ値のテストは、準備と食塩でストレージの 1 週間後テストされた標本に対応します。非常に長い持続期間のための標本を格納する別の破壊靱性値につながる生理食塩水の溶液から沈殿物を形成するため表面に変更。得られた全体の破壊靭性値は 4.05±0.63 MPa<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq5.jpg">。文献報告 5.5 2.5 MPa の範囲での破壊靱性値<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq5.jpg">6,8。これらの結果は、文献に基づきマイクロ スクラッチ テストから報告された破壊靱性値があることを示します。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig1.jpg"> 図 1: 各レベルで実施した骨片や実験調査の別の階層レベルを示すグラフ。水平軸は、ナノスケール マクロからまで長さスケールに対応し、縦軸は各レベルに対応する実験を行ない、タイム スケールに対応します。(画像クレジット: 度 Mendu)。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig2.jpg"> 図 2: 標本および (B) よく磨かれた短い縦骨標本のベースとして使用 (a) アルミニウム ディスクのデジタル写真。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig3.jpg"> 図 3: マイクロ スクラッチ テストウシ皮質骨試験片 (A) マイクロ スクラッチ テストのデジタル写真。120o皮質骨標本をプロービングの頂点角を有するロックウェル プローブは、ポリメチル ・ メタクリ レートに埋め込まれます。短い縦型試験片の破壊の混合モードの出現を示す骨素材を耕すスクラッチ プローブの回路図(B) 。(クレジット: アンジュ テレーズ Akono、アムリタ Kataruka 度 Mendu)。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig4v2.jpg"> 図 4: スクラッチ溝します。スクラッチ溝 (A) のパノラマの光学顕微鏡像。スクラッチ溝の長さに沿って深さと力の(B)対応するプロット。マイクロ スクラッチ テスター ステージに接続されているセンサーによって検出された抵抗の摩擦力に対応する水平力と垂直力は皮質骨標本に適用される進歩的な直線力に対応します。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig4v2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig5.jpg"> 図 5: 走査電子顕微鏡 (SEM) 像。最初の SEM 画像溝クラック偏向、亀裂ブリッジング、繊維の架橋、および倍率の異なるレベル(A) 40 (B) 10,000 X でチッピングなどのマイクロ メカニズムを示す(C) 2,400 X (D) 5, 000 X。フレデリック ・ ザイツ材料科学研究所、イリノイ大学アーバナ シャンペーン校ベックマン研究所で低真空走査型電子顕微鏡を使用してキャプチャ。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig6.jpg"> 図 6: スクラッチ力とマイクロ スクラッチ イメージ。(A)傷の長さに沿ってスクラッチ力のスケーリングは、破壊靭性値の収束性を示しています。<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq1.jpg">は水平力と<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq3.jpg">幾何学と浸透深さによって異なりますプローブ形状関数です。(B)短い縦方向の方向で牛骨の微小キズのパノラマの光学顕微鏡画像。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig7.jpg"> 図 7: 破壊靱性。短い縦ウシ皮質骨片の破壊靱性値の 102 マイクロ スクラッチ テストを示すプロットを実施しました。<a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56488/56488fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests

スクラッチ テストによるウシ皮質骨の脆弱性評価

本研究では、微細なスクラッチ テストを使用して sub メソ レベルでウシ皮質骨の破壊じん性を評価します。これは、元の目的は、厳格なと再現可能な手法を提案する巨視的スケール以下破壊靭性を調査します。潜在的なアプリケーションは、骨粗しょう症などの病気が骨の脆弱性の変更を検討しています。

Bone is a complex hierarchical material with five distinct levels of organization. Factors like aging and diseases like osteoporosis increase the ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.2K ビュー.  University of Illinois at Urbana Champaign. 本研究では、微細なスクラッチ テストを使用して sub メソ レベルでウシ皮質骨の破壊じん性を評価します。これは、元の目的は、厳格なと再現可能な手法を提案する巨視的スケール以下破壊靭性を調査します。潜在的なアプリケーションは、骨粗しょう症などの病気が骨の脆弱性の変更を検討しています。

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Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are a FACS-sorted population of 'pericytes' (CD146+CD34-CD45-) and 'adventitial cells' (CD146-CD34+CD45-), each of which we have previously reported to have properties of mesenchymal stem cells. PSCs, like MSCs, are able to undergo osteogenic differentiation, as well as secrete pro-osteogenic cytokines1,2. In the present protocol, we demonstrate the osteogenicity of PSCs in several animal models including a muscle pouch implantation in SCID (severe combined immunodeficient) mice, a SCID mouse calvarial defect and a femoral segmental defect (FSD) in athymic rats. The thigh muscle pouch model is used to assess ectopic bone formation. Calvarial defects are centered on the parietal bone and are standardly 4 mm in diameter (critically sized)8. FSDs are bicortical and are stabilized with a polyethylene bar and K-wires4. The FSD described is also a critical size defect, which does not significantly heal on its own4. In contrast, if stem cells or growth factors are added to the defect site, significant bone regeneration can be appreciated. The overall goal of PSC xenografting is to demonstrate the osteogenic capability of this cell type in both ectopic and orthotopic bone regeneration models.

Human perivascular stem cells (PSCs) are a novel stem cell class for skeletal tissue regeneration similar to mesenchymal stem cells (MSCs). PSCs can be isolated by FACS (fluorescence activated cell sorting) from adipose tissue procured during standard liposuction procedures, then combined with an osteoinductive scaffold to achieve bone formation in vivo.

骨再生のための人間の血管周囲の幹細胞の使用

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are ...

生物工学

Preparation of Intact Bovine Tail Intervertebral Discs for Organ Culture

The intervertebral disc (IVD) is the joint of the spine connecting vertebra to vertebra. It functions to transmit loading of the spine and give flexibility to the spine. It composes of three compartments: the innermost nucleus pulposus (NP) encompassing by the annulus fibrosus (AF), and two cartilaginous endplates connecting the NP and AF to the vertebral body on both sides. Discogenic pain possibly caused by degenerative intervertebral disc disease (DDD) and disc herniations has been identified as a major problem in our modern society. To study possible mechanisms of IVD degeneration, in vitro organ culture systems with live disc cells are highly appealing. The in vitro culture of intact bovine coccygeal IVDs has advanced to a relevant model system, which allows the study of mechano-biological aspects in a well-controlled physiological and mechanical environment. Bovine tail IVDs can be obtained relatively easy in higher numbers and are very similar to the human lumbar IVDs with respect to cell density, cell population and dimensions. However, previous bovine caudal IVD harvesting techniques retaining cartilaginous endplates and bony endplates failed after 1-2 days of culture since the nutrition pathways were obviously blocked by clotted blood. IVDs are the biggest avascular organs, thus, the nutrients to the cells in the NP are solely dependent on diffusion via the capillary buds from the adjacent vertebral body. Presence of bone debris and clotted blood on the endplate surfaces can hinder nutrient diffusion into the center of the disc and compromise cell viability. Our group established a relatively quick protocol to "crack"-out the IVDs from the tail with a low risk for contamination. We are able to permeabilize the freshly-cut bony endplate surfaces by using a surgical jet lavage system, which removes the blood clots and cutting debris and very efficiently reopens the nutrition diffusion pathway to the center of the IVD. The presence of growth plates on both sides of the vertebral bone has to be avoided and to be removed prior to culture. In this video, we outline the crucial steps during preparation and demonstrate the key to a successful organ culture maintaining high cell viability for 14 days under free swelling culture. The culture time could be extended when appropriate mechanical environment can be maintained by using mechanical loading bioreactor. The technique demonstrated here can be extended to other animal species such as porcine, ovine and leporine caudal and lumbar IVD isolation.

This protocol illustrates a harvesting technique for coccygeal bovine intervertebral discs for organ culture for in vitro organ culture.

器官培養のための無傷牛テール椎間板の準備

The intervertebral disc (IVD) is the joint of the spine connecting  vertebra to vertebra. It functions to transmit loading of the spine and give  ...

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.

心筋の構造、機能の in vivo定量的評価では 、灌流および生存率は、心臓マイクロコンピュータ断層撮影法を使用しました

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

Modified Drop Tower Impact Tests for American Football Helmets

A modified National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE) test method for American football helmet drop impact test standards is presented that would provide better assessment of a helmet's on-field impact performance by including a faceguard on the helmet. In this study, a merger of faceguard and helmet test standards is proposed. The need for a more robust systematic approach to football helmet testing procedures is emphasized by comparing representative results of the Head Injury Criterion (HIC), Severity Index (SI), and peak acceleration values for different helmets at different helmet locations under modified NOCSAE standard drop tower tests. Essentially, these comparative drop test results revealed that the faceguard adds a stiffening kinematic constraint to the shell that lessens total energy absorption. The current NOCSAE standard test methods can be improved to represent on-field helmet hits by attaching the faceguards to helmets and by including two new helmet impact locations (Front Top and Front Top Boss). The reported football helmet test method gives a more accurate representation of a helmet's performance and its ability to mitigate on-field impacts while promoting safer football helmets.

This article provides a novel technique to assess the performance characteristics of American football helmets by inclusion of faceguards during NOCSAE Standard drop tests. Additionally, two more impact locations are proposed to be added to the NOCSAE certification.

アメリカンフットボールのヘルメットのための修正されたドロップタワー衝撃試験

A modified National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE) test method for American football helmet drop impact test standards ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

破壊を使用してデジタル画像相関法を試験中に死体大腿骨皮質系統を推定する方法

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

Biological Compatibility Profile on Biomaterials for Bone Regeneration

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such lesions, there are potential complications with their use. Thus, material scientists are developing synthetic, biocompatible biomaterials to overcome these problems. In this study, we present a multidisciplinary platform for evaluating biomaterials for bone repair. We combined expertise from bone biology and immunology to develop a platform including in vitro osteoclast (OC) and osteoblast (OB) assays and in vivo mouse models of bone repair, immunogenicity, and allergenicity. We demonstrate how to perform the experiments, summarize the results, and report on biomaterial biocompatibility. In particular, we tested OB viability, differentiation, and mineralization and OC viability and differentiation in the context of &#946;-tricalcium phosphate (&#946;-TCP) disks. We also tested a &#946;-TCP/Collagen (&#946;-TCP/C) foam which is a commercially available material used clinically for bone repair in a critical-sized calvarial bone defect mouse model to determine the effects on the early phase of bone healing. In parallel experiments, we evaluated immune and allergic responses in mice. Our approach generates a biological compatibility profile of a bone biomaterial with a range of parameters necessary for predicting the biocompatibility of biomaterials used for bone healing and repair in patients.

The number of novel biomaterials engineered for repairing large bone lesions is continuously expanding with the aim to enhance bone healing and overcome the complications associated with bone transplantation. Here, we present a multidisciplinary strategy for pre-clinical biocompatibility testing of biomaterials for bone repair.

骨再生のための生体材料の生物学的互換性プロファイル

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such ...

Calvarial Model of Bone Augmentation in Rabbit for Assessment of Bone Growth and Neovascularization in Bone Substitution Materials

The basic principle of the rabbit calvarial model is to grow new bone tissue vertically on top of the cortical part of the skull. This model allows assessment of bone substitution materials for oral and craniofacial bone regeneration in terms of bone growth and neovascularization support. Once animals are anesthetized and ventilated (endotracheal intubation), four cylinders made of polyether ether ketone (PEEK) are screwed onto the skull, on both sides of the median and coronal sutures. Five intramedullary holes are drilled within the bone area delimited by each cylinder, allowing influx of bone marrow cells. The material samples are placed into the cylinders which are then closed. Finally, the surgical site is sutured, and animals are awaken. Bone growth may be assessed on live animals by using microtomography. Once animals are euthanized, bone growth and neovascularization may be evaluated by using microtomography, immune-histology and immunofluorescence. As the evaluation of a material requires maximum standardization and calibration, the calvarial model appears ideal. Access is very easy, calibration and standardization are facilitated by the use of defined cylinders and four samples may be assessed simultaneously. Furthermore, live tomography may be used and ultimately a large decrease in animals to be euthanized may be anticipated.

Here we present a surgical protocol in rabbits with the aim to assess bone substitution materials in terms of bone regeneration capacities. By using PEEK cylinders fixed onto rabbit skulls, osteoconduction, osteoinduction, osteogenesis and vasculogenesis induced by the materials may be evaluated either on live or euthanized animals.

骨置換材料における骨成長と新生血管の評価のためのウサギにおける骨増強の卵子モデル

The basic principle of the rabbit calvarial model is to grow new bone tissue vertically on top of the cortical part of the skull. This model allows ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, multiple ligaments, and approximately 20 muscles. Unfortunately, shoulder pathologies (e.g., rotator cuff tears, joint dislocations, arthritis) are common, resulting in substantial pain, disability, and decreased quality of life. The specific etiology for many of these pathologic conditions is not fully understood, but it is generally accepted that shoulder pathology is often associated with altered joint motion. Unfortunately, measuring shoulder motion with the necessary level of accuracy to investigate motion-based hypotheses is not trivial. However, radiographic-based motion measurement techniques have provided the advancement necessary to investigate motion-based hypotheses and provide a mechanistic understanding of shoulder function. Thus, the purpose of this article is to describe the approaches for measuring shoulder motion using a custom biplanar videoradiography system. The specific objectives of this article are to describe the protocols to acquire biplanar videoradiographic images of the shoulder complex, acquire CT scans, develop 3D bone models, locate anatomical landmarks, track the position and orientation of the humerus, scapula, and torso from the biplanar radiographic images, and calculate the kinematic outcome measures. In addition, the article will describe special considerations unique to the shoulder when measuring joint kinematics using this approach.

Biplane videoradiography can quantify shoulder kinematics with a high degree of accuracy. The protocol described herein was specifically designed to track the scapula, humerus, and the ribs during planar humeral elevation, and outlines the procedures for data collection, processing, and analysis. Unique considerations for data collection are also described.

ビプラナービデオラジオグラフィーを用いた3Dインビボショルダーキネマティクスの測定

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, ...

3D Bioprinting of Murine Cortical Astrocytes for Engineering Neural-Like Tissue

Astrocytes are glial cells with an essential role in the central nervous system (CNS), including neuronal support and functionality. These cells also respond to neural injuries and act to protect the tissue from degenerative events. In vitro studies of astrocytes&#39; functionality are important to elucidate the mechanisms involved in such events and contribute to developing therapies to treat neurological disorders. This protocol describes a method to biofabricate a neural-like tissue structure rich in astrocytes by 3D bioprinting astrocytes-laden bioink. An extrusion-based 3D bioprinter was used in this work, and astrocytes were extracted from C57Bl/6 mice pups&#39; brain cortices. The bioink was prepared by mixing cortical astrocytes from up to passage 3 to a biomaterial solution composed of gelatin, gelatin-methacryloyl (GelMA), and fibrinogen, supplemented with laminin, which presented optimal bioprinting conditions. The 3D bioprinting conditions minimized cell stress, contributing to the high viability of the astrocytes during the process, in which 74.08% &#177; 1.33% of cells were viable right after bioprinting. After 1 week of incubation, the viability of astrocytes significantly increased to 83.54% &#177; 3.00%, indicating that the 3D construct represents a suitable microenvironment for cell growth. The biomaterial composition allowed cell attachment and stimulated astrocytic behavior, with cells expressing the specific astrocytes marker glial fibrillary acidic protein (GFAP) and possessing typical astrocytic morphology. This&#160;reproducible protocol provides a valuable method to biofabricate 3D neural-like tissue rich in astrocytes that resembles cells&#39; native microenvironment, useful to researchers that aim to understand astrocytes&#39; functionality and their relation to the mechanisms involved in neurological diseases.

Here we report a method of 3D bioprinting murine cortical astrocytes for biofabricating neural-like tissues to study the functionality of astrocytes in the central nervous system and the mechanisms involving glial cells in neurological diseases and treatments.

ニューラル様組織の工学的なマウス皮質アストロサイトの3Dバイオプリンティング

Astrocytes are glial cells with an essential role in the central nervous system (CNS), including neuronal support and functionality. These cells also ...

3D 共培養アッセイ:がん薬物スクリーニングのための血管新生骨形成ニッチ

Simple Establishment of a Vascularized Osteogenic Bone Marrow Niche Using Pre-Cast Poly(ethylene Glycol) (PEG) Hydrogels in an Imaging Microplate

The bone and bone marrow are highly vascularized and structurally complex organs, and are sites for cancer and metastasis formation. In vitro models recapitulating bone- and bone marrow-specific functions, including vascularization, that are compatible with drug screening are highly desirable. Such models can bridge the gap between simplistic, structurally irrelevant two-dimensional (2D) in vitro models and the more expensive, ethically challenging in vivo models. This article describes a controllable three-dimensional (3D) co-culture assay based on engineered poly(ethylene glycol) (PEG) matrices for the generation of vascularized, osteogenic bone-marrow niches. The PEG matrix design allows the development of 3D cell cultures through a simple cell seeding step requiring no encapsulation, thus enabling the development of complex co-culture systems. Furthermore, the matrices are transparent and pre-cast onto glass-bottom 96-well imaging plates, rendering the system suitable for microscopy. For the assay described here, human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells (hBM-MSCs) are cultured first until a sufficiently developed 3D cell network is formed. Subsequently, GFP-expressing human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) are added. The culture development is followed by bright-field and fluorescence microscopy. The presence of the hBM-MSC network supports the formation of vascular-like structures that otherwise&#160;would not form and that remain stable for at least 7 days. The extent of vascular-like network formation can easily be quantified. This model can be tuned toward an osteogenic bone-marrow niche by supplementing the culture medium with bone morphogenetic protein 2 (BMP-2), which promotes the osteogenic differentiation of the hBM-MSCs, as assessed by increased alkaline phosphatase (ALP) activity at day 4 and day 7 of co-culture. This cellular model can be used as a platform for culturing various cancer cells and studying how they interact with bone- and bone marrow-specific vascular niches. Moreover, it is suitable for automation and high-content analyses, meaning it would enable cancer drug screening under highly reproducible culture conditions.

著者スポットライト:イメージングマイクロプレートにおけるプレキャストポリ(エチレングリコール)(PEG)ハイドロゲルを用いた血管新生骨髄ニッチの簡便な確立(英語)  

An in vitro model of the bone marrow vascular niche is established by seeding mesenchymal and endothelial cells onto pre-cast 3D PEG hydrogels. The endothelial networks, ECM components, and ALP activity of the niches vary depending on the growth factor used. The platform can be used for advanced cancer models.

イメージングマイクロプレート中のプレキャストポリ(エチレングリコール)(PEG)ヒドロゲルを用いた血管化骨形成骨髄ニッチの簡単な確立

The bone and bone marrow are highly vascularized and structurally complex organs, and are sites for cancer and metastasis formation. In vitro models ...

スクラッチ テストによるウシ皮質骨の脆弱性評価

スクラッチテストによるウシ皮質骨の脆弱性評価