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Inhomogeneous Response of Articular Cartilage: A Three-Dimensional Multiphasic Heterogeneous Study.

関節軟骨の不均一応答:三次元多相不均質研究 (機械翻訳の邦題)

PloS one2016Manzano S, Armengol M, J Price A, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象動物

記録の確認項目

研究デザイン
その他の原著論文
対象
動物
出版年
2016
出典
doi.org
抄録の表示
表示あり
出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/04
鮮度
確認期限内
確認段階
自動処理
記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

関節軟骨は異方性、不均質性、材料非線形性により複雑な機械電気化学挙動を示す。本研究では、軟骨特性の厚さおよび半径方向依存性を三次元機械電気化学モデルに組み込み、組織挙動における不均質性の重要性を探求した。モデルは浸透圧、対流・拡散過程、化学膨張、組織の三次元厚さ方向不均質性の四つの必須現象を考慮する。豚の健常脛骨平台をin-vitroで機械的・生化学的に試験し、不均質特性をモデルに組み込んで組織膨潤をシミュレーションした。その結果、不均質試料の膨潤は均質・等方条件下よりも有意に低く、水とイオンのフラックスも有意に減少した。本モデルは軟骨特性の変動が挙動に及ぼす影響を予測する有用なツールであり、組織工学における軟骨模倣生体材料の要件探索や、関節軟骨の膨潤および水・イオンフラックスの挙動パターン確立に寄与する。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

Articular cartilage exhibits complex mechano-electrochemical behaviour due to its anisotropy, inhomogeneity and material non-linearity. In this work, the thickness and radial dependence of cartilage properties are incorporated into a 3D mechano-electrochemical model to explore the relevance of heterogeneity in the behaviour of the tissue. The model considers four essential phenomena: (i) osmotic pressure, (ii) convective and diffusive processes, (iii) chemical expansion and (iv) three-dimensional through-the-thickness heterogeneity of the tissue. The need to consider heterogeneity in computational simulations of cartilage behaviour and in manufacturing biomaterials mimicking this tissue is discussed. To this end, healthy tibial plateaus from pigs were mechanically and biochemically tested in-vitro. Heterogeneous properties were included in the mechano-electrochemical computational model to simulate tissue swelling. The simulation results demonstrated that swelling of the heterogeneous samples was significantly lower than swelling under homogeneous and isotropic conditions. Furthermore, there was a significant reduction in the flux of water and ions in the former samples. In conclusion, the computational model presented here can be considered as a valuable tool for predicting how the variation of cartilage properties affects its behaviour, opening up possibilities for exploring the requirements of cartilage-mimicking biomaterials for tissue engineering. Besides, the model also allows the establishment of behavioural patterns of swelling and of water and ion fluxes in articular cartilage.

MeSH

AnimalsCartilage, ArticularCationsElastic ModulusImaging, Three-DimensionalJointsModels, TheoreticalNumerical Analysis, Computer-AssistedPermeabilitySus scrofaTibia

DOI 10.1371/journal.pone.0157967

PMID 27327166

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