Design of Mechanical Failure Criterion for Living Human Tissue
Author
Gibson, Daniel Sean
Term
4. term
Education
Publication year
2017
Abstract
Mange sygdomme indebærer, at muskel- og andet blødt væv brydes ned, når det udsættes for fysiske kræfter (mekanisk belastning). Dybe tryksår—skader, der opstår under huden efter langvarigt tryk—er et eksempel med store menneskelige og økonomiske omkostninger. De er svære at opdage, før de er alvorlige, og vanskelige at behandle. Dette speciale bygger videre på et tidsforløbseksperiment med mikroskopi udviklet på Aalborg Universitet for at undersøge, hvordan forskellige typer deformation (strain), især forskydningsdeformation, påvirker overlevelsen (levedygtigheden) af levende menneskelige vævsceller. Det langsigtede mål er at definere et mekanisk brudkriterium: en praktisk tærskel, der forudsiger, hvornår levende væv sandsynligvis tager skade, og som kan understøtte evidensbaserede forebyggelsestiltag. Vi optog billedsekvenser af levende vævsprøver, mens en specialdesignet indenter af aluminium (en lille trykspids) lagde belastning i midten af hver prøve. Dermed kunne vi observere effekter over et relativt stort område. Billeder blev taget med faste tidsintervaller i cirka otte timer og igen efter tyve timer. Antallet af døde celler blev målt ved hjælp af standard farvningsteknikker. Specialet dokumenterer forbedringer af forsøgsopstillingen og rapporterer fire forsøg. Resultaterne tyder på, at mekanisk belastning har en væsentlig effekt på cellelevedygtighed. Tre af forsøgene var dog præget af problemer med billedeksponering eller for få celler i prøverne, hvilket vanskeliggjorde analysen. Et fjerde forsøg løste disse problemer, men måtte afbrydes for tidligt på grund af en mekanisk fejl ved apparaturet. Samlet set tyder arbejdet på, at metoderne med mindre justeringer er velegnede til at udvikle et mekanisk brudkriterium for levende menneskeligt væv.
Many diseases involve the breakdown of muscle and other soft tissues under physical forces (mechanical loading). Deep tissue pressure ulcers—injuries that develop under the skin after prolonged pressure—are one example with significant human and financial costs. They are hard to detect before they become severe and are difficult to treat. This thesis builds on a time-lapse microscopy experiment developed at Aalborg University to study how different types of deformation (strain), especially shear strain, affect the survival (viability) of living human tissue cells. The long-term goal is to define a mechanical failure criterion: a practical threshold that predicts when living tissue is likely to be damaged, which could support evidence-based prevention strategies. We captured sequences of images of living tissue samples while a specially designed aluminum indenter (a small pressing tool) applied a load at the center of each sample. This allowed us to observe effects across a relatively large area. Images were taken at regular intervals over about eight hours and again at twenty hours. Cell death was measured using standard staining techniques. The thesis documents improvements to the experimental setup and reports four experiments. The results suggest that mechanical loading significantly affects cell viability. However, three experiments were hampered by imaging exposure problems or sparsely populated cell samples, which made analysis difficult. A fourth experiment corrected these issues but ended early due to a mechanical failure of the apparatus. Overall, despite these setbacks, the work indicates that with minor refinements the methods used here are suitable for developing a mechanical failure criterion for living human tissue.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents