Испытание на одноосное сжатие поясничного позвонка мыши с заделкой нагружающей поверхности
1 декабря 2023 г.
В этом протоколе описаны два подхода, позволяющие сделать одноосное компрессионное тестирование поясничных позвонков мышей более достижимым. Во-первых, описывается преобразование трехточечного гибочного станка в станок для испытания на сжатие. Во-вторых, для поясничных позвонков мышей адаптирован метод подготовки нагружающей поверхности с использованием костного цемента.
Наши исследования сосредоточены на испытаниях на механическую прочность костей мелких животных. В частности, мы стремимся представить метод встраивания для испытания на компрессию поясничных позвонков. Применение этой области исследований включает в себя лучшее понимание влияния старения и диеты на механические свойства позвоночной кости.
По своей сути небольшой размер позвонка является проблемой для компрессионных испытаний, но метод встраивания улучшает доступность, потому что основная подготовка заключается в удалении только позвоночных отростков из основного тела, но при этом другие структуры остаются нетронутыми. Небольшой размер мышиных позвонков затрудняет их подготовку к испытаниям на сжатие. Наш метод обеспечивает более простой способ подготовки поверхности нагружения к испытанию на одноосное сжатие.
Кроме того, мы представляем конструкцию машины для испытания на сжатие из трехточечного гибочного станка для легкого переналадки между ними. Наш метод позволяет исследователям использовать простой способ сочетания трехточечных испытаний на изгиб и сжатие, что может позволить исследователям лучше различать эффекты фармакологической терапии, диетического вмешательства или других методов лечения на богатую кортикой и богатую губчатой влагой кость в модели грызунов. Мы изучаем возможность испытаний на сжатие других типов биологических образцов.
Например, мы разрабатываем методы тестирования нижней челюсти мыши в сочетании с другими методами оценки костной ткани. Это позволит более комплексно подойти к изучению факторов, влияющих на свойства костей, таких как старение и диета.
Обзор
В данном исследовании решается проблема тестирования механической прочности поясничных позвонков мыши путем представления метода заливки и модификации установки для трехточечного изгиба для проведения испытаний на одноосное сжатие. Целью исследования является углубление понимания факторов, влияющих на механические свойства костной ткани позвонков, таких как старение и диета.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Испытание костей мелких животных на механическую прочность
- Влияние старения и диеты на свойства костной ткани
- Инновационные методы тестирования биологических образцов
Теоретические основы
- Малый размер позвонков мыши создает трудности при проведении стандартных испытаний на сжатие.
- Традиционные методы часто требуют длительной подготовки, которая может повредить образец.
- Поиск эффективных методов может улучшить сравнительные исследования в различных сценариях тестирования.
Используемые методы
- Метод заливки позвонков в костный цемент PMMA
- Переоборудование установки для трехточечного изгиба в машину для испытаний на сжатие
- Цифровой сбор данных для измерения нагрузки и смещения
Основные результаты
- Разработан более простой способ подготовки поясничных позвонков к тестированию.
- Данный метод позволяет проводить сравнительный анализ условий испытаний на изгиб и сжатие.
- Методы сбора данных были валидированы для обеспечения точности механических оценок.
Выводы
- В данном исследовании представлены эффективные модификации методов механических испытаний малых костей.
- Полученные результаты имеют важное значение для исследователей, изучающих влияние фармакологических средств и диеты на здоровье костей.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Надежное механическое тестирование как кортикальной, так и трабекулярной костной ткани имеет решающее значение для оценки влияния фармацевтических и диетических вмешательств на целостность скелета в доклинических моделях. Описанные методы заливки и машинного преобразования позволяют проводить параллельную количественную оценку прочности позвонков и длинных костей, что способствует проведению более прогностических и трансляционно значимых исследований костной ткани. Такой двухмодальный подход повышает уверенность в валидации мишеней и снижении рисков при изучении механизмов действия препаратов, воздействующих на костную ткань.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет напрямую сравнить эффекты терапии в кортикальном и губчатом отделах кости.
- Способствует снижению механистических рисков за счет выяснения специфических для каждого типа кости реакций на вмешательства.
- Повышает прогностическую достоверность конечных точек прочности кости в доклинических исследованиях.
Скрининг и разработка методов анализа
- Облегчает подготовку стандартизированных образцов позвонков для воспроизводимого тестирования на сжатие.
- Позволяет переоборудовать существующие системы трехточечного изгиба для проведения двухрежимных механических анализов.
- Позволяет получать количественные данные о зависимости нагрузки от смещения, пригодные для рабочих процессов скрининга соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет результаты доклинических измерений прочности кости с конечными точками, релевантными для моделей остеопороза и потери костной массы.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации за счет поддержки методов как на изгиб, так и на сжатие.
- Помогает принимать обоснованные решения о переходе к следующим этапам разработки с учетом рисков, предоставляя надежные сравнительные механические данные.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Данный метод интегрируется в процесс перехода от фундаментальных исследований к доклиническим испытаниям, позволяя проводить тестирование прочности как кортикальной, так и трабекулярной костной ткани в рамках одного экспериментального цикла.
- Поисковая биология: Обеспечивает проверку гипотез о воздействии препаратов на конкретные костные компартменты и влиянии рациона питания.
- Скрининг: Предоставляет воспроизводимые образцы позвонков, готовые к анализу, для количественной механической оценки.
- Аналитика: Позволяет получать кривые «нагрузка-смещение» и пороги разрушения для сравнительного анализа различных условий.
- Трансляционные исследования: Связывает результаты поисковых исследований с доклиническими моделями хрупкости костей и терапевтического ответа.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает масштабируемый и адаптируемый рабочий процесс для различных исследований прочности костей на моделях грызунов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неопределенность в исследованиях и разработках препаратов для костной ткани.
- Операционная ценность: стандартизирует подготовку образцов и проведение испытаний, что повышает воспроизводимость и пропускную способность.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних стадиях разработки средств терапии костной ткани.
- Влияние на портфель: обеспечивает приоритизацию костно-активных кандидатов с учетом рисков на основе надежных механических конечных точек.
Рекомендации по реализации
- Требуются навыки препарирования мелких животных и опыт работы с протоколами механических испытаний.
- Необходим доступ к установкам для трехточечного изгиба и цифровым системам сбора данных.
- Требуется межкомандная стандартизация процессов подготовки образцов и рабочих процессов анализа данных.
- Метод может быть адаптирован для других моделей мелких костей при внесении соответствующих модификаций.
- Размер выборки и точность подготовки образцов имеют решающее значение для получения надежных и воспроизводимых результатов.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:36
Conversion of a Three‐Point Bending Machine to a Compression Testing Machine
3:00
Dissection of the 5th Lumbar Vertebra (L5) from the Mouse Carcass for Uniaxial Compression Testing
4:11
Preparing L5 Vertebra Loading Surface for Uniaxial Compression Testing Using the PMMA Bone Cement Embedding Method
