Microscopic morphology observation of fracture healing process promoted by panax notoginseng saponins / Observación microscópica de la morfología del proceso de curación de fracturas promovida por panax notoginseng saponins

SUMMARY: The aim of this study was to explore promoting effect of external applying Panax Notoginseng Saponins (PNS) on fractures. For this analysis 18 New Zealand male rabbits were divided into control group, splintage group and PNS group. All rabbits were performed left radius fractures and natural healing, splintage healing and splintage coated with PNS healing. 2 rabbits in each group were sacrificed on day 14, day 28 and day 42 after surgery, separately. Atomic force microscope scanning and nanoindentation tests were performed on the callus sections. The particle size and roughness in PNS group was both less than that in splintage group. The elastic modulus of callus in PNS group was consistent with normal bone tissue started from day 28 after surgery, two weeks earlier than that in splintage group. PNS could significantly reduce fracture healing time and increase strength of callus.

RESUMEN: El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la aplicación externa de Panax Notoginseng Saponins (PNS) en fracturas óseas. Se usaron 18 conejos machos de raza Nueva Zelanda divididos en grupos control, entablillado y PNS. Se realizaron fracturas del radio izquierdo y cicatrización natural en todos los animales, además de la cicatrización con entablillado y entablillado recubierto con PNS. Se sacrificaron, posterior a la cirugía, dos conejos de cada grupo los día 14, 28 y 42. Se realizaron pruebas de escaneo con microscopio de fuerza atómica y nanoindentación en las secciones de callos. El tamaño de la partícula y la rugosidad en el grupo de PNS fue menor que en el grupo entablillado. El módulo elástico del callo en el grupo de PNS fue consistente con el tejido óseo normal iniciado el día 28 después de la cirugía, dos semanas antes que en el grupo de entablillado. El PNS podría redu- cir significativamente el tiempo de curación de la fractura y aumentar la fuerza del callo.

Effect of fatigue load on internal mechanical properties of the intervertebral disc / Efecto de la carga de fatiga en las propiedades mecánicas internas del disco intervertebral

SUMMARY: Lumbar disc herniation is considered to be the main pathological factor for the common clinical disease of low back pain. Biomechanical factor is an important cause of lumbar disc herniation, so it is urgent to analyze the stress/strain behavior of intervertebral disc under different loading condition. Slow repetitive loading is considered to be an important factor of spine and disc injuries, and the effect of fatigue load on internal displacement in the intervertebral disc was investigated by applying the optimized digital image correlation technique in this study. The first finding was that fatigue load had a significant effect on the displacement distribution in the intervertebral disc under compression. Superficial AF exhibited the largest axial displacements before fatigue load, while it exhibited the smallest axial displacements after fatigue load. Inner AF exhibited slightly smaller radial displacements than outer AF before fatigue load, while it exhibited significantly greater radial displacements than outer AF displacements after fatigue load. The second finding was that fatigue load had a certain effect on the internal displacement distribution in the flexed intervertebral disc under compression. Middle AF exhibited the smallest axial displacements before fatigue load, while deep AF exhibited the smallest axial displacements after fatigue load. The radial displacement distribution did not change before and after fatigue load, as the radial displacement in outer AF was the smallest, while the radial displacement in inner AF was the largest. The third finding was that with the increase in fatigue time and amplitude, the Young's modulus of the intervertebral disc increased significantly. This study can provide the basis for clinical intervertebral disc disease prevention and treatment? and is important for mechanical function evaluation of artificial intervertebral disc as well.

RESUMEN: La hernia de disco lumbar se considera el principal factor patológico para la enfermedad clínica común del dolor lumbar. El factor biomecánico es una causa importante de hernia de disco lumbar, por lo que es urgente analizar el comportamiento de esfuerzo / tensión del disco intervertebral bajo diferentes condiciones de carga. La carga repetitiva lenta se considera un factor importante de lesiones de columna y disco, y en este estudio el efecto de la carga de fatiga sobre el desplazamiento interno en el disco intervertebral se investigó mediante la aplicación de la técnica de correlación de imagen digital optimizada. El primer hallazgo fue que la carga de fatiga tuvo un efecto significativo en la distribución del desplazamiento en el disco intervertebral bajo compresión. El AF superficial exhibió los desplazamientos axiales más grandes antes de la carga de fatiga, mientras que exhibió los desplazamientos axiales más pequeños después de la carga de fatiga. El AF interno exhibió desplazamientos radiales ligeramente más pequeños que el AF externo antes de la carga de fatiga, mientras que exhibió desplazamientos radiales significativamente mayores que los desplazamientos AF externos después de la carga de fatiga. El segundo hallazgo fue que la carga de fatiga tenía un cierto efecto sobre la distribución del desplazamiento interno en el disco intervertebral flexionado bajo compresión. El AF medio exhibió los desplazamientos axiales más pequeños antes de la carga de fatiga, mientras que el AF profundo exhibió los desplazamientos axiales más pequeños después de la carga de fatiga. La distribución del desplazamiento radial no cambió antes ni después de la carga de fatiga, ya que el desplazamiento radial en la FA externa fue el más pequeño, mientras que el desplazamiento radial en la FA interna fue el más grande. El tercer hallazgo fue que con el aumento del tiempo de fatiga y la amplitud, el módulo de Young del disco intervertebral aumentó significativamente. Este estudio puede proporcionar la base para la prevención y el tratamiento clínico de la enfermedad del disco intervertebral, y también es importante para la evaluación de la función mecánica del disco intervertebral artificial.

Enhanced osseointegration of porous titanium scaffold implanted with preload: an experiment study in rabbits / Osteointegración mejorada de malla de titanio poroso implantada con precarga: un estudio experimental en conejos

Porous titanium alloy scaffold was widely used in treating bone defect caused by traumatic injury and osteomyelitis, which was incapable of self-healing. The implantation of scaffold produced stress shielding thereby forming osteolysis. The objective of this study was to analysis trabecular morphological features of osseointegrated bone. 14 New Zealand rabbits were divided into two groups, surgery group and healthy control group. 7 rabbits in surgery group were selected to perform 3D printed porous titanium alloy scaffold implantation surgery with preload at the defect of femoral condyle for osseointegration. The other 7 rabbits in control group were feed free. After 90 days healing, femoral condyles were extracted to perform micro-CT scanning with hydroxyapatite calibration phantom. Mean bone mineral density (BMD), bone volume fraction (BV/TV), BS/TV (bone surface area ratio), Tb.Th (thickness of trabeculae), Tb.N (number of trabeculae), Tb.Sp (trabecular separation) and DA (degree of anisotropy) were calculated from micro-CT images. The results revealed that osseointegration inside and at the surface of scaffolds worked well from grey values of micro-CT images. After 12 weeks healing, mean bone mineral densities (BMD) in surgery group and healthy control group were calculated as 800±20mg/cm3 and 980±90mg/cm3, respectively. This revealed that the strength of trabeculae in surgery group might lower than that in the healthy group. Trabecular morphological parameters test showed that trabecular morphological parameters at the surface of scaffolds in the surgery group deteriorated significantly. It was found from micro-CT images that ingrowth bone was filled with pores of scaffold. Overall, the effect of osseointegration was promoted through the change of mechanical micro-environment in the scaffold region. Overall, preload could improve osseointegration effect in the long-term after surgery. However, the trabecular morphology in the surgery group was deteriorated, which might bring secondary fracture risk again.

La malla de aleación de titanio poroso se usó ampliamente en el tratamiento de defectos óseos causados por lesiones traumáticas y osteomielitis. El implante de la malla generó una protección contra el estrés, formando así osteolisis. El objetivo de este estudio fue analizar las características morfológicas trabeculares del hueso osteointegrado. Se dividieron 14 conejos (Neozelandeses) en dos grupos, grupo cirugía y grupo control saludable. Se seleccionaron 7 conejos en el grupo de cirugía para realizar una implantación de mallas de aleación de titanio poroso, impresas en 3D con precarga en el defecto del cóndilo femoral para la osteointegración. Los 7 conejos restantes del grupo control se mantuvieron sin alimentación. Después de 90 días de curación, se extrajeron los cóndilos femorales para realizar una exploración por micro-CT con un espectro de calibración de hidroxiapatita. Se calcularon a partir de imágenes de micro-CTDensidad mineral ósea media (DMO), fracción de volumen óseo (BV / TV), BS / TV (relación de área de superficie ósea), Tb.Th (espesor de trabéculas), Tb.N (número de trabéculas), Tb.Sp (trabecular separación) y DA (grado de anisotropía). Los resultados revelaron que la osteointegración dentro y en la superficie de los andamios funcionó bien a partir de los valores grises de las imágenes de micro-CT. Después de 12 semanas de curación, las densidades medias de minerales óseos (DMO) en el grupo cirugía y en el grupo control sano se calcularon como 800 ± 20 mg/cm3 y 980 ± 90 mg/cm3, respectivamente. Esto reveló que la fuerza de las trabéculas en el grupo de cirugía podría ser menor que la del grupo sano. La prueba de parámetros morfológicos trabeculares mostró que en el grupo de cirugía, la superficie de las mallas, se deterioraron significativamente. Se descubrió a partir de imágenes de microCT que el hueso en crecimiento estaba lleno de poros de andamio. En general, el efecto de la osteointegración se promovió mediante el cambio del microambiente mecánico en la región de la malla. En general, la precarga podría mejorar el efecto de osteointegración a largo plazo después de la cirugía. Sin embargo, la morfología trabecular en el grupo de cirugía se deterioró, lo que podría traer un nuevo riesgo de fractura secundaria.

Effects of mechanical stimulus on mesenchymal stem cells differentiation toward cardiomyocytes.

Background: Mesenchymal stem cells (MSCs) known to be sensitive to mechanical stimulus. This type of stimulus plays a role in cellular differentiation, so that it might affect MSCs differentiation toward cardiomyocytes. Objectives: Investigate the effect of mechanical stimulus on MSCs differentiation toward cardiomyocytes. Methods: The adipose tissue-derived MSCs were induced to differentiate with 5-azacytidine, and stimulated by one Hz mechanical stretching up to 8%. After 10 days, the cell’s cardiac markers and cardiogenesis-related genes were detected by immumohistochemistrical staining and reverse transcriptase-polymerase chain reaction, and the cell’s ATPase activity was detected. Results: The cyclic mechanical stretching enhanced the expression of cardiogenesis-related genes and cardiac markers, and stimulated the activity of Na+-K+-ATPase and Ca2+-ATPase in the MSCs treated with 5-azacytidine. Without 5-azacytidine pre-treatment, cyclic mechanical stretch alone has little effect. Conclusion: Mechanical stretch combined with 5-azacytidine treatment could accelerate MSCs differentiation toward cardiomyocytes.