Dynamic mechanical investigation of liver viscoelasticity

Advanced in vitro liver models are valuable tools for advancing pharmacological research. However, accurately mimicking the complex biochemical and mechanical properties of the liver in an in vitro system requires a thorough understanding of its characteristics. Many studies use indirect testing methods or quasi-static analysis, which result in an inadequate mechanical characterization. Furthermore, the few studies that use dynamic mechanical analysis have produced inconsistent results due to variations in testing conditions and sample origins. This study proposes a novel procedure for analyzing the viscoelastic properties of porcine liver under small dynamic rotational and compressive strains. Samples were tested at different frequencies and pre-compression levels, and the possibility of freezing the samples before testing was also assessed. The presence of anisotropies and inhomogeneities in the tissue was considered. Livers from different individuals were tested to evaluate intra-species variability, and two pathological samples were examined. The analysis revealed that liver tissue exhibits solid-like behavior, with a higher storage modulus than loss modulus in the considered frequency range. These results provide new insight into the mechanical properties of the liver, which can be used to develop more accurate and reliable in vitro models.

I modelli in vitro del fegato sono strumenti di grande valore per lo sviluppo della ricerca farmacologica. Tuttavia, per riprodurre accuratamente le complesse proprietà biochimiche e meccaniche del fegato in un sistema extit{in vitro}, è necessaria una comprensione approfondita delle sue caratteristiche. Molte ricerche utilizzano metodi di prova indiretti o analisi quasi statiche, che portano a una caratterizzazione meccanica insufficiente. Inoltre, le poche ricerche che utilizzano l'analisi dinamico-meccanica hanno prodotto risultati discordanti a causa di variazioni nelle condizioni di prova e nell'origine dei campioni. Questo studio propone una nuova procedura per analizzare le proprietà viscoelastiche del fegato suino sotto piccole deformazioni dinamiche in rotazione e compressione. I campioni sono stati testati a diverse frequenze e a diverse precompressioni. Inoltre, è stata valutata la possibilità di congelare i campioni prima del test ed è stata indagata l'eventuale presenza di anisotropie o inomogeneità nel tessuto. Sono stati testati fegati di diversi individui al fine di valutare la variabilità intra-specie, e sono stati esaminati anche due esemplari patologici. L'analisi ha rivelato che il tessuto epatico presenta un comportamento simile a quello di un solido, con la componente conservativa del modulo superiore a quella dissipativa nel range di frequenza considerato. Questo risultato fornisce un quadro delle proprietà meccaniche del fegato, che può essere utilizzato per sviluppare modelli in vitro più accurati e affidabili. Inoltre, questo studio apre la strada per future ricerche sull'impiego di modelli meccanici per la diagnosi e la terapia di malattie epatiche.