뼈 조직 질에 대한 Osteoporosis와 그것의 처리의 효력을 공부하기 위하여 CSM 계기에 의해 이용되는 Nanoscale 분석과 Nanoindentation

커버되는 토픽

배경

Nanoscale 분석

Nanoindentation 분석

뼈 병력의 결정 요인

결과

척추 바디 외피에 있는 Nanomechanical 특성의 변이

Nanomechanical 특성에 대한 단백질 입구의 효력

거시적인 기계적인 결과 대 Nanomechanical 조직 속성과 뼈 무기물 질량

결론

수신 확인

배경

뼈 재생은 정형외과 약에 중요한 도전을 제출합니다. 다량 뼈 손실의 처리를 위한 현재 방법은 필수적으로 인공적인 어두음 첨가 에 의지하고 있습니다. 어두음 첨가는 운동과 biocompatibility 문제점의 제한 때문에 모든 경우에 사용일 수 없습니다. 유사하게, 어두음 첨가는 기능과 가능하게 사망률의 손실에 있는 결과 장기적으로 고장나고다.

Nanoscale 분석

뼈에서 적용된 새로운 nanoscale 분석 및 그밖 광물화한 생물학 물자는 극단적으로 소규모에 기계적인 행동의 정밀한 세부사항으로 새 창구를 가능하게 합니다. 더 큰 길이 가늠자에 평균한 양을 열매를 산출하는, 마이크로와 거시적인 분석은 충분히 과민하지 않을지도 2개의 유사한 견본 사이 근본적인 다름을 확인하기 위하여 모릅니다. 그러므로, nanoscale 연구 결과는 이 복잡한 물자의 단호한 특성을 위해 바람직합니다. 추가적으로, nanoscale 방법론은 유효할 물자의 양이 중요하 치수가 재지는 결점 및 쥐 모형에 있는 조직에 의하여 설계되는 뼈 대형을 가진 대규모 분석을 위해 너무 작, 예를 들면 때 유용합니다. 마우스 뼈에 전체적인 뼈 구부리는 시험에 적용된 또한 전통적인 기술설계 光速 이론을 사용하여 감소된 생체 역학 속성의 정확도는 문제시되었습니다.

Nanoindentation 분석

Nanoindentation 분석은 무기물 함량 때문에 넓적다리 외피, 점탄성 및 변이를 통해 외피와 trabecular 뼈 사이 다름, 이방성, 시간에 의존하는 가소성, osteonal에서 거리의 기능으로 변이를 중심에 둡니다 집중시켰습니다.

뼈 병력에 있는 본질적인 뼈 조직 질의 역할을 평가하기 위하여는, nanoindentation 표시되어 있 본래 골격 피스의 뼈 병력을 좌우하기 위하여 알려진 각종 규정식과 호르몬 조작 후에 성숙한 쥐의 척추 외피의 수준에 수행되었습니다.

nanoindentation 기술은 높은 공간적 해상도를 가진 건조하고 젖은 뼈 조직의 경도 그리고 신축성을 둘 다 평가합니다. Nanoindentation는 또한 단 하나 뼈 구조상 부대의 본질적인 기계적 성질을 평가하는 확실한 방법 인 입증되었습니다 (BSU). 뼈 구조상 부대의 현지 탄력 있는 속성은 뼈 (간질, osteonal, 및 trabecular)의 개별, 해부 위치, 모형, 및 trabecular 오리엔테이션의 사이에서 중요하게 변화하기 위하여 찾아냈습니다.

존재하는 연구 결과의 결과는 기하학과 microarchitecture외에, 본질적인 뼈 조직 속성이 규정식 OVX 처리 및 낮은 단백질 입구 후에 쥐 척추의 기계적인 적성의 중요한 결정 요인이다는 것을 표시합니다.

숫자 1.

Nanoindentation는 뼈 조직의 본질적인 기계적 성질의 시험을 나타냅니다. 이 기술은 물자로 다리미질되는 각추 모양 다이아몬드 indenter의 군대 진지변환 데이터를 취득합니다. FIG. 1은 3개 부품으로 이루어져 있는 유래 곡선을 보여줍니다. 부분적 1로, indenter 끝은 고무줄과 지점 수확량 개악의 복잡한 조합에 있는 결과 견본에 적재됩니다.

최대로 군대는 끝의 밑에, 짐 물자의 포복에 리드한 일정한 입니다. 끝에 군대가 풀어 놓일 때, 물자의 탄력 있는 반응은 검출됩니다 (부 3). 처음에게 내리기의 순간에 사면은 견본의 탄력 있는 속성을 파생하는 여겨집니다. 내리는 사면은으로 가지고 있습니다:

(equ 1)

접촉 지역 Ac (h를 가진 직접 관계max

(equ.2)

첫번째 조각은 압흔 계수로 정의되고 indenter 끝 및 감소된 계수의 알려진 속성에서 파생합니다. 압흔 계수 결합 의

(equ 3)

견본의 현지 탄성 계수 그리고 Poisson 비율은 및 이 서류에 있는 관심사의 첫번째 매개변수를 나타냅니다. 최대 군대 및 접촉 지역의 비율은 두번째 기계적인 매개변수, 경도를 공급합니다:

(equ 4)

경도는 물자가 저항할 수 있는 비열한 압력으로 해석될 수 있습니다.

압흔 실험의 제 3 의 산출은, 히스테리시스의 i.e, 지역 고려되었습니다 (FIG. 1)를 보십시오. 이 매개변수에는 기계 작업의 차원이 있고 압흔 시험 도중 낭비된 에너지를 나타냅니다.

숫자 2.

nanoindentation 시험을 위해, L5

기계적인 시험은 옆쪽에 후부에 각 척추 바디의 외피 쉘에 9개의 톱니 모양의 자국, 3개의 톱니 모양의 자국, 3개 및 전방 사이트 더에 3개를 포함했습니다. 각 사이트에, 3개의 톱니 모양의 자국은 periosteal 의 본부에 행해지고, 뼈 매트릭스 (FIG. 3a)의 endosteal 위치는 ε의 대략 긴장율을 적용하는 900 nm 최대 깊이에 톱니 모양의 자국 = 선적과 내리기 둘 다를 위한 0.066 1/s 달렸습니다. 최대로 5-s 보유 기간을 고용되었습니다 적재하십시오. 최대 허용 열 편류의 한계는 0.1 nm/s.에 설정되었습니다. 톱니 모양의 자국은 얇은 판자의 센터에 능력을 발휘했습니다; 2장의 얇은 판자의 가장자리에 톱니 모양의 자국은 제외되었습니다. 존재하는 연구 결과에서는, 단지 외피 뼈는 trabecular 구조물의 중요한 나쁘게 함 그리고 파괴가 OVX 쥐에서 공급했기 낮은 단백질 규정식을 관찰되었기 때문에, 시험되었습니다.

숫자 3a.

숫자 3b.

뼈 병력의 결정 요인

·         3D 배분

·         기하학

·         Microarchitecture

·         물자 양

·         물자 질

·         강화 작용

·         매트릭스

·         편성부대

결과

척추 바디 외피에 있는 Nanomechanical 특성의 변이

척추 바디 외피의 다른 사이트에서, (다시 말하면 전방 측정된, 동물 단속에서 nanomechanical 특성의 이성분은 뒤, 그리고 옆쪽) 처음으로 평가되었습니다. 모든 기계적인 매개변수 3개 (압흔 계수, 경도 및 방탕한 에너지)를 위해 더 낮은 가치는 전방 사이트에 검출되었습니다.

양용 ANOVA는 보인 조정 효력으로 위치와 사이트로 사이트가 이 3개의 기계적인 매개변수 전부를 위해 높게 중요했다는 것을 능력을 발휘했습니다 (P < 0.0001). 위치 (periosteal, endosteal 또는 중앙)는, 다른 한편으로는, 중요하지 않았습니다 (P > 0.6).

Nanomechanical 특성에 대한 단백질 입구의 효력

isocaloric 단백질 undernutrition와 필수 아미노산 보충교재의 영향은 그 때 평가되었습니다.

완전한 자료 집합을 고려하는 압흔 계수를 위한 3방향 ANOVA는 사이트 (전방, 옆, 뒤)를 위한 높은 글로벌 중요성을 다시 보여주었습니다 (P <0.001). 요인 위치 (periosteal, endosteal, 중앙)는 적당히 중요해습니다 (P = 0.029), 처리 글로벌로 중요하지 않았습니다이었습니다 (P = 0.65). 그러나, 처리와 사이트 사이 상호 작용은 유의 수준에 가까웠습니다 (P = 0.06). 이것은 저희를 3개의 사이트의 각각을 위한 개별적인 통계 평가를 적용하는 지도했습니다.

양용 ANOVAs는 조정 효력으로 처리와 위치로 능력을 발휘했습니다. 처리의 영향은 중요하지 않았습니다 (P > 0.1). 대조적으로, 요인 위치는 전방 사이트 (P = 0.013)와 뒤 사이트를 위해 중요했습니다 (P = 0.0002), 그러나 옆 사이트를 위해 중요했던 (P = 0.2). 다른 위치의 nano 기계적인 속성은 따로따로 제출됩니다 (FIG. 4). 처리 단 사이 비교는 모든 위치를 위해 행해졌습니다. 지점 정치 재교육 분석은 OVX 쥐에 있는 endosteal 위치에 nano 기계적인 속성의 중요한 감소가 (P < 0.05) 가짜와 비교하여 낮은 단백질 규정식을 공급했다는 것을 보여주었습니다. 이 다름은 모든 3개의 nanomechanical 매개변수를 위해 탐지가능했습니다.

뒤 정점의 중앙 부분에, 경도와 방탕한 에너지는 ovariectomy와 낮은 단백질 규정식에 응하여 현저하게 (P = 0.02와 P = 0.03, 각각) 감소되었습니다. periosteal 위치에서는, 낮은 단백질 규정식을 가진 가짜와 OVX 쥐 사이 탄력 있는 속성 그리고 에너지 흩어지기의 중요한 변경은 또한 검출되었습니다 (P = 0.01와 P = 0.02, 각각).

압흔 계수와 방탕한 에너지에 필수 아미노산 보충교재의 긍정적인 동향은 endosteal 위치에 중요하지 않았습니다 (P < 0.1). 또한 중앙 위치 (Pb < 0.1)에 경도에 대한 필수 아미노산 보충교재의 효력을 위한 동향이 있었습니다. periosteal 위치에 압흔 계수를 위해, 필수 아미노산 보충교재의 효력은 거의 중요했습니다 (P = 0.06).

거시적인 기계적인 결과 대 Nanomechanical 조직 속성과 뼈 무기물 질량

척추 바디 [2]의 축 압축에 의해 장악된 거시적인 시험, 와 nanomechanical 데이터 사이 상호 관계를 위해, 경도와 압흔 계수의 평균값과 각 쥐의 낭비된 에너지는 사용되었습니다 (FIG. 5). 실패에 거시적인 에너지는 압흔 시험의 방탕한 에너지와의 상호 관계를 (R = 0.6) 보여주었습니다. 경도 (R = 0.27)와 뻣뻣함과 적당히 상관된 거시적인 극한 강도는 본질적인 탄력 있는 속성과의 아무 상호 관계도 보여주지 않았습니다.

숫자 5.

축 압축 (오래된 거시적인 방법)와 Nano 압흔 (새로운 nanometric 방법) 사이 비교는 낮은 가늠자에 완벽하게 믿을 수 있습니다 그러나 nanoindentation 줍니다 조직 행동에 추가 결과를입니다.

숫자 6.

결론

존재하는 연구 결과는 단백질 입구에 관하여 변화한 쥐 척추 바디의 본질적인 뼈 조직 속성의 이성분을 보여주었습니다. 필수 아미노산 보충교재와 한 쌍이 된 ovariectomy와 관련되었던 낮은 단백질 입구는, nanomechanical 가치를 줄였습니다. 이 결과는 영양과 호르몬 조작에 의해 유도된 변경을 검출하는 nanoindentation 기술의 수용량에 밑줄을 긋습니다.

척추 바디의 축 압축에 의해 평가되는 것과 같이 거시적인 기계적인 결과와 nanomechanical 조직 속성 사이 상호 관계는 거시적인 postelastic 행동이 조직 수준에 검출된 물자 부서지기 쉬움으로 강하게 변화했다는 것을 건의합니다. 거시적인 뻣뻣함은 조직 속성의 변이에 의하여 뼈 기하학 변경과 더 적은에 의해 그러나 nanoindentation가 제시한 대로, 지배되었습니다. 상아질 사기질 및 석회화한 연골과 같은 그밖 광물화한 생물학 물자는 nanoindentation 기술에 의해 공부될 수 있었습니다.

수신 확인

저자는 뼈 질병 [Osteoporosis 예방을 위한 WHO 공저 센터]의 서비스, 개화의 부 및 노인병학, 7개의 대학 병원, 제네바, 그의 완전한 연구 결과 종이의 사용을 위한 스위스에서 박사를 감사합니다 패트릭 Ammann: ISSN 8756-3282 2005년, Vol. 36, no1, PP를 뼈를 발라내십시오. 134-141 [8개 페이지 (약품)] (28 참고)

근원: CSM 계기

이 근원에 추가 정보를 위해 CSM 계기를 방문하십시오

Date Added: Jun 25, 2007 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 15:02

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