As a hybrid between a hypodermic needle and transdermal patch, we have used microfabrication technology to make arrays of micron-scale needles that transport drugs and other compounds across the skin without causing pain. However, not all microneedle geometries are able to insert into skin at reasonable forces and without breaking. In this study, we experimentally measured and theoretically modeled two critical mechanical events associated with microneedles: the force required to insert microneedles into living skin and the force needles can withstand before fracturing. Over the range of microneedle geometries investigated, insertion force was found to vary linearly with the interfacial area of the needle tip. Measured insertion forces ranged from approximately 0.1–3 N, which is sufficiently low to permit insertion by hand. The force required to fracture microneedles was found to increase with increasing wall thickness, wall angle, and possibly tip radius, in agreement with finite element simulations and a thin shell analytical model. For almost all geometries considered, the margin of safety, or the ratio of fracture force to insertion force, was much greater than one and was found to increase with increasing wall thickness and decreasing tip radius. Together, these results provide the ability to predict insertion and fracture forces, which facilitates rational design of microneedles with robust mechanical properties.

Abstract Mesenchymal stem cells (MSC) have a therapeutic potential in patients with fractures to reduce the time of healing and treat nonunions. The use of MSC to treat fractures is attractive for several reasons. First, MSCs would be implementing conventional reparative process that seems to be defective or protracted. Secondly, the effects of MSCs treatment would be needed only for relatively brief duration of reparation. However, an integrated approach to define the multiple regenerative contributions of MSC to the fracture repair process is necessary before clinical trials are initiated. In this study, using a stabilized tibia fracture mouse model, we determined the dynamic migration of transplanted MSC to the fracture site, their contributions to the repair process initiation, and their role in modulating the injury-related inflammatory responses. Using MSC expressing luciferase, we determined by bioluminescence imaging that the MSC migration at the fracture site is time- and dose-dependent and, it is exclusively CXCR4-dependent. MSC improved the fracture healing affecting the callus biomechanical properties and such improvement correlated with an increase in cartilage and bone content, and changes in callus morphology as determined by micro-computed tomography and histological studies. Transplanting CMV-Cre-R26R-Lac Z-MSC, we found that MSCs engrafted within the callus endosteal niche. Using MSCs from BMP-2-Lac Z mice genetically modified using a bacterial artificial chromosome system to be β-gal reporters for bone morphogenic protein 2 (BMP-2) expression, we found that MSCs contributed to the callus initiation by expressing BMP-2. The knowledge of the multiple MSC regenerative abilities in fracture healing will allow design of novel MSC-based therapies to treat fractures. Disclosure of potential conflicts of interest is found at the end of this article.

ABSTRACT Background Dysmorphology evaluation is important for congenital heart disease (CHD) assessment, but there are no prior investigations quantifying the screening performance compared to standardized genetics evaluations. We investigated this through systematic dysmorphology assessment in CHD patients with standardized genetic testing in primarily pediatric patients with CHD. Methods Dysmorphology evaluations preceding genetic testing results allowed us to test for associations between dysmorphic status and genetic diagnoses while adjusting for extracardiac anomalies (ECAs). We use a test‐negative case–control design on a pediatric inpatient CHD cohort for our study. Results Of 568 patients, nearly 96% of patients completed genetic testing, primarily chromosome microarray (CMA) ± exome sequencing‐based genetic testing (493/568, 86.8%). Overall, 115 patients (20.2%) were found to have genetic diagnoses, and dysmorphic patients had doubled risk of genetic diagnoses, after ECA adjustment (OR = 2.10, p = 0.0030). We found that 7.9% (14/178) of ECA−/nondysmorphic patients had genetic diagnoses, which increased to 13.5% (26/192) in the ECA−/dysmorphic patients. Nearly 43% of ECA+/dysmorphic patients had genetic diagnoses (63/147). The positive predictive value of dysmorphic status was only 26.3%, and the negative predictive value of nondysmorphic status was 88.7%. Conclusions Dysmorphology‐based prediction of genetic disorders is limited because of diagnoses found in apparently isolated CHD. Our findings represent one of the only assessments of phenotype‐based screening for genetic disorders in CHD and should inform clinical genetics evaluation practices for pediatric CHD.