JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

في هذه الدراسة، وستتم مناقشة استخدام جهاز التحميل الموضع إلى جانب التصوير المقطعي بالأشعة الجزئي X-الميكانيكا الحيوية المشتركة ليفية في. سوف قراءات تجريبية تحديدها مع التغيير الشامل في الميكانيكا الحيوية المشتركة ما يلي: 1) قوة الرجعية مقابل التشرد، أي الأسنان النزوح داخل مأخذ السنخية واستجابة رجعية لتحميل، 2) ثلاثي الأبعاد (3D) التكوين المكاني وmorphometrics، أي هندسية علاقة الأسنان مع مقبس السنخية، و 3) التغييرات في قراءات 1 و 2 بسبب تغيير في محور التحميل، أي الأحمال متحدة المركز أو غريب الأطوار.

Abstract

وتوضح هذه الدراسة بروتوكول الميكانيكا الحيوية رواية الاختبار. ميزة هذا البروتوكول يتضمن استخدام جهاز التحميل الموضع إلى جانب لمجهر الأشعة السينية عالية الدقة في، مما يمكن التصور من العناصر الهيكلية الداخلية تحت الأحمال الفسيولوجية ومحاكاة الظروف الرطبة. وسوف تشمل العينات التجريبية سليمة الرباط العظام اللثة (PDL) الأسنان المفاصل الليفية. وتوضح نتائج ثلاث سمات هامة للبروتوكول كما يمكن تطبيقها على مستوى الجهاز الميكانيكا الحيوية: 1) قوة الرجعية مقابل الإزاحة: النزوح الأسنان داخل مأخذ السنخية واستجابة رجعية لتحميل، 2) ثلاثي الأبعاد (3D) التكوين المكاني وmorphometrics: علاقة هندسية من الأسنان مع مقبس السنخية، و 3) التغييرات في قراءات 1 و 2 بسبب تغير في محور التحميل، أي من مركزية للأحمال غريب الأطوار. وسيتم تقييم فعالية البروتوكول المقترح من قبل الشركة المصرية للاتصالات اقتران الميكانيكيةقراءات لدغة morphometrics 3D والميكانيكا الحيوية الشاملة للمشترك. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه التقنية تؤكد على الحاجة للتوازن الظروف التجريبية، والأحمال الرجعية تحديدا قبل الحصول على tomograms المفاصل الليفية. تجدر الإشارة إلى أن البروتوكول المقترح يقتصر على اختبار العينات تحت ظروف خارج الحي، وأن استخدام عوامل التباين لتصور الأنسجة الرخوة استجابة ميكانيكية يمكن أن تؤدي إلى استنتاجات خاطئة حول الأنسجة وعلى مستوى الجهاز الميكانيكا الحيوية.

Introduction

يواصل العديد من الطرق التجريبية لاستخدامها للتحقيق في الميكانيكا الحيوية للمفاصل ومفصلي ليفية. أساليب محددة للالميكانيكا الحيوية الجهاز الأسنان تشمل استخدام أجهزة قياس الضغط 1-3، وأساليب المرونة الضوئية 4، 5، تموج في النسيج التداخل 6 و 7 و الإلكترونية نمط التداخل رقطة 8، وارتباط الصورة الرقمية (DIC) 9-14. في هذه الدراسة، يشمل النهج المبتكرة التصوير موسع باستخدام الأشعة السينية للكشف عن الهياكل الداخلية للمشترك ليفية (الأنسجة المعدنية والواجهات التي تتكون من مناطق ليونة، وتفاعل الأنسجة مثل الأربطة) في الأحمال يعادل في الجسم الحي الظروف. وسوف تستخدم لفي الجهاز التحميل الموضع إلى جانب لمجهر-X-راي الصغرى. وسيتم جمع للوقت التحميل ومنحنيات الحمل التشريد كما المولي من الفائدة ضمن المقطوع حديثا الفئران نصفي الفك السفلي يتم تحميل. مهدف العين النهج المقدمة في هذه الدراسة هو التأكيد على تأثير ثلاثي الأبعاد مورفولوجيا الأسنان والعظام من خلال مقارنة الأوضاع في: 1) عدم التحميل وعند تحميلها، وعندما 2) تحميل بتكثف وامركزي. سوف يلغي الحاجة لقطع العينات، وإجراء تجارب على أجهزة سليمة كلها تحت ظروف رطبة تسمح للحفاظ على الحد الأقصى من حالة التوتر 3D. هذا يفتح مجالا جديدا للتحقيق في فهم العمليات الديناميكية للمجمع في إطار مختلف سيناريوهات التحميل.

في هذه الدراسة، وأساليب لاختبار الميكانيكا الحيوية PDL داخل المشتركة ليفية سليمة من الفئران سبراغ داولي، مشترك يعتبر كنظام نموذج الهندسة الحيوية الأمثل سوف تكون مفصلة. وسوف تشمل تجارب المحاكاة للأحمال المضغ في ظل الظروف المائية من أجل تسليط الضوء على ثلاث ميزات هامة للمشترك من حيث صلتها الميكانيكا الحيوية مستوى الجهاز. وسوف تشمل ثلاث نقاط: 1) قوة الرجعية مقابل الإزاحة:النزوح الأسنان داخل مأخذ السنخية واستجابة رجعية لتحميل، 2) ثلاثي الأبعاد (3D) التكوين المكاني وmorphometrics: علاقة هندسية من الأسنان مع مقبس السنخية، و 3) التغييرات في قراءات 1 و 2 بسبب تغيير في محور التحميل، أي من مركزية للأحمال غريب الأطوار. وقراءات الأساسية الثلاثة للتقنية المقترح يمكن تطبيقه على التحقيق في طبيعة التكيفية من المفاصل في الفقاريات إما بسبب التغيرات في مطالب وظيفية، و / أو المرض. ويمكن تطبيق التغييرات في قراءات المذكورة آنفا، وتحديدا العلاقة بين الأحمال الرجعية مع التشرد، وما ينتج عنها من الحمل لمرة وتحميل التشريد منحنيات الرجعية في مختلف معدلات التحميل لتسليط الضوء على التغييرات الشاملة في الميكانيكا الحيوية المشتركة. وسيتم تقييم فعالية البروتوكول المقترح من قبل اقتران قراءات اختبار الميكانيكية لmorphometrics 3D والميكانيكا الحيوية الشاملة للمشترك.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

السكن الحيوان والقتل الرحيم: تم إيواء جميع الحيوانات المستخدمة في هذه المظاهرة في ظل ظروف خالية من مسببات الأمراض وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة المؤسسي رعاية الحيوان واستخدام (IACUC) والمعهد الوطني للصحة (NIH).

توفير الحيوانات مع معيار يصعب بيليه تشاو الفئران وعفوي المياه. الموت ببطء الحيوانات عبر وسيلة من خطوتين من الاختناق ثاني أكسيد الكربون، بضع الصدر الثنائية وفقا للبروتوكول قياسي من سان فرانسيسكو كما وافقت عليها IACUC. أداء اختبار النشاط الحيوي في غضون 24 ساعة من التضحية الحيوانية لتجنب تدهور الأنسجة.

1. إعداد وتشريح الفأر أو الفك الأسفل الفك

  1. إزالة الفك السفلي الفئران بقطع بلطف الأنسجة والأنسجة العضلية الغشائي المرفقات مع الحفاظ على الفك السفلي بأكمله، بما في ذلك عملية المنقاري وعملية لقمي (الشكل 1) 15.
  2. hemimandibles منفصلة بالسيارةقطع efully النسيج الليفي من الارتفاق الفك السفلي بشفرة المشرط.
    ملاحظة: العمليات التاجية واللقمة، والفرع من الفك السفلي (الشكل 1) ينبغي إزالتها إذا انها تعرقل جسديا اختبار النشاط الحيوي من المولي الثانية 2.
  3. قطع القواطع من دون تعريض غرفة اللب حتى لا تعوق التحميل من الرحى.

2. تحضير العينة لفي الموقع ضاغطة تحميل (الشكل 2)

  1. شل العينة على كعب الصلب باستخدام المواد التي هي أشد بكثير من العينة التجريبية قبل تحميله في الجهاز التحميل الموقع (الشكل 2A) في.
    ملاحظة: تم استخدام ميثاأكريلات (PMMA) لشل حركة العينة في هذه الدراسة والزائدة، إن وجدت، وإزالتها باستخدام المستكشف الأسنان.
  2. محاذاة سطح الإطباق من المولي (ق) من الفائدة بالتوازي مع القرص العينة فؤاد المعادن باستخدام حافة مستقيمة في كل منطائرات (أي إنسي-القاصي والشدق اللغات).
  3. إنشاء حوض بأداة حادة المحيطة الأضراس.
    ملاحظة: يجب أن هذا الفضاء بمثابة "خندق" لاحتواء السائل الزائد والحفاظ على ترطيب الأنسجة أثناء التحميل في الموقع.
  4. إعداد سطح الأسنان لبناء لمتحدة المركز (الشكل 2B) أو غريب الأطوار (الشكل 2C) التحميل باستخدام مركب الأسنان. حفر سطح الأسنان في المصالح مع 35٪ هلام حامض الفوسفوريك على سطح الإطباق لمدة 15 ثانية.
  5. شطف منمش جيدا بالماء منزوع الأيونات وتجفيف السطح باستخدام حقنة الهواء / الماء أو اسطوانة الهواء المضغوط. مع المستكشف، وانتشار قطرة من عامل الربط في الشرفات المفتوحة في طبقة رقيقة. علاج مركب مع ضوء علاج الأسنان.
    ملاحظة: يجب أن يتم تنفيذ جميع الخطوات التي تنطوي على المركبة دون الضوء المباشر من مصباح. ان مثل هذه الظروف غير مرغوب فيه تسريع عملية البلمرة، وقد يزيد عدد الجياعد منع تحديد المكان المناسب للمركب. إضاءة الغرفة هو مقبول.
  6. إزالة عامل الربط الزائدة من الأسنان المجاورة مع مشرط الغرامة أو شفرة حلاقة.
  7. وضع مركب الأسنان flowable على السطح بعد إعداد السطح وانتشاره في الأخاديد من المولي (ق) من الفائدة باستخدام المستكشف الأسنان.
  8. كشف مركب لعلاج الأسنان الخفيفة لمدة 30 ثانية.
  9. العفن وتراكم الإطباق من حوالي 3-4 مم باستخدام الراتنج المركب الأسنان، من الطائرة الإطباق من المولي (ق) من الفائدة وعلاج ضوء لمدة 30 ثانية.
  10. الحد الأعلى للتراكم مركب إلى سطح مستو مواز لتمكين نظام التحميل متناسقة عبر جميع العينات باستخدام حافة مستقيمة وقطعة عالية السرعة اليد.
    ملاحظة: أثناء اختبار النشاط الحيوي، يجب أن يتم تخزين العينات الأخرى في تريس فوسفات حل مخزنة (TBS) مع 50 ملغ / مل البنسلين، الستربتوميسين و15.

3. تحميل الانجراف جهاز وصلابة، مادة الملكية التفريق القدرة، تحميل الموقع من الليفية المشتركة في

  1. تأمين العينة مع تراكم مركب على سندان مرحلة التحميل، واختبار للتحميل موحدة كما هو مبين في الشكل 2B.
  2. وضع ورقة يعبرون عنه على سطح المركب تليها تحميل العينة إلى حمولة محدودة للتحقق من مركزية أو غريب الأطوار التحميل (أرقام 2B و 2C).
  3. وضع Kimwipe غارقة TBS حول العينة لضمان عينة الماء. جعل الحوض الصغير حول العينة وملء مع TBS للحفاظ على الجهاز رطب أثناء التصوير.
  4. حمل الذروة ومعدل الإدخال النزوح في البرنامج Deben لضغط الرحى لحمل الذروة المرجوة بمعدل النزوح التالية الشلل في نصف الفك.
    ملاحظة: يجب أن تتضمن قراءات نموذجية حمولة الرجعية كما يتم ضغط المواد مع مرور الوقت (حساسية تحميل محول = 0.1N). من الحمل لمرة والنزوح الوقت، ينبغي الحصول على منحنى الحمل التشريد للمواد مضغوطة 16-18. باستخدام البيانات التي تم جمعها من دورات التحميل، ويمكن أيضا أن تحدد الخصائص المختلفة للمشترك. ينبغي أن يحسب صلابة من المشترك من خلال اتخاذ المنحدر من الجزء خطي (حوالي الماضي 30٪ من البيانات) للمرحلة التحميل من الحمل مقابل منحنى الإزاحة 19.

4. تلطيخ من الأنسجة لينة، وPDL، مع حمض الفسفوتنغستيك (منطقة التجارة التفضيلية)

ملاحظة: لتعزيز الأشعة السينية التوهين المقابل، فإن PDL ينبغي ملطخة 5٪ لمنطقة التجارة التفضيلية حل 20.

  1. الردم منطقة التجارة التفضيلية حل تلطيخ إلى 1.8 مل نظيفة الزجاج carpule ووضع carpule تحميلها في حقنة.
  2. حقن محلول ببطء (5 دقيقة / carpule) في PDL الفضاء من الأسنان المجاورة لمنع الضرر الهيكلي للأنسجة اللثة المحيطة المولي من الفائدة.
    ملاحظة: يجب أن الخطوات المذكورة أعلاه بيتم حقن ه المتكررة حتى حوالي 5 carpules كامل (9 مل) من الحل، وسمحت في التدفق إلى الأنسجة المحيطة بها. ويمكن أيضا أن العينات تكون غارقة بين عشية وضحاها هيأهم في حل PTA المتبقية (8 ساعات).

5. أوصت إعدادات المسح الضوئي μ-XCT

أداء م XCT مع إعدادات المسح التالية:

التكبير الهدف 4X، 10X
1،800 الصور
الأشعة السينية أنبوب الجهد 75 KVP (50 KVP منطقة التجارة التفضيلية لعينات الملون)
8 W
التعرض التوقيت ~ 8-25 ثانية *
~ 4 ميكرومتر (الهدف 4X)، ~ 2 ميكرومتر (الهدف 10X) **

* وقت التعرض يمكن أن تختلف على أساس الهندسة والكثافة الضوئية للعينة والأشعة السينية أنبوب فوltage.
** بكسل القرار الفعلية تختلف قليلا استنادا إلى تكوين المصدر، عينة، وكاشف.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تقدير التحميل الجهاز "رد فعل"، "النكسة"، وصلابة، والانجراف النظام تحت تحميل ثابت

ردة فعل: بين التحميل والتفريغ أجزاء من دورة، هناك وقفة من 3 ثوانى خلالها نقلات العكسي داخل المحرك قبل بدء التفريغ صحيح، ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

الخطوة الأولى في إنشاء هذا البروتوكول تشارك تقييم صلابة من الإطار التحميل باستخدام هيئة جامدة. استنادا إلى النتائج، وصلابة أعلى بكثير مما يساعد على استخدام الجهاز لتحميل مزيد من التجارب من العينات مع القيم صلابة أقل من ذلك بكثير. سلط الضوء على الخطوة الثانية قدرة أد...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

يعترف الكتاب دعم تمويل المعاهد الوطنية للصحة / NIDCR R00DE018212 (SPH)، NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH)، المعاهد الوطنية للصحة / NIDCR T32 DE07306 (AJ، رابطة الدفاع اليهودية)، المعاهد الوطنية للصحة / NCRR S10RR026645، (SPH) وأقسام علوم طب الأسنان الوقائي والتصالحية و العلوم فموي وجهي، سان فرانسيسكو. بالإضافة إلى ذلك، والكتاب يعترف Xradia زمالة الدراسات العليا (AJ)، Xradia شركة، بليسانتون، كاليفورنيا.

المؤلفين نشكر الدكتور كاثرين Grandfield، سان فرانسيسكو لتقديم المساعدة لها مع تجهيز آخر البيانات؛ الدكاترة. ستيفن وينر وجيلي نافيه، معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت، وإسرائيل، والدكتور رون شاهار، الجامعة العبرية في القدس، إسرائيل لإجراء مناقشات الثاقبة الخاصة لفي الجهاز تحميل الموقع. فإن الكتاب أود أيضا أن أشكر الحيوية والهندسة الحيوية مرفق MicroCT التصوير في سان فرانسيسكو لاستخدام مايكرو XCT والجهاز في التحميل الموقع.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Bard Parker BladeBDMEDC-001054
AFM metal diskTed Pella16218
Polymethyl methacrylate GC AmericaN/A
Uni-EtchBiscoE5502EBM
Optibond Solo PlusKerr CorpN/A
Filtek Flow3MN/A
Hurculite UltraKerr34346
Tris bufferMediatech Inc.N/A
Articulating paperParkell Inc.
Phosphotungstic AcidSigma AldrichHT152

References

  1. Popowics, T. E., Rensberger, J. M., Herring, S. W. Enamel microstructure and microstrain in the fracture of human and pig molar cusps. Arch. Oral Biol. 49, 595-605 (2004).
  2. Jantarat, J., Palamara, J. E., Messer, H. H. An investigation of cuspal deformation and delayed recovery after occlusal loading. J. Dent. 29, 363-370 (2001).
  3. Jantarat, J., Panitvisai, P., Palamara, J. E., Messer, H. H. Comparison of methods for measuring cuspal deformation in teeth. J. Dent. 29, 75-82 (2001).
  4. Asundi, A., Kishen, A. A strain gauge and photoelastic analysis of in vivo strain and in vitro stress distribution in human dental supporting structures. Arch. Oral Biol. 45, 543-550 (2000).
  5. Asundi, A., Kishen, A. Advanced digital photoelastic investigations on the tooth-bone interface. J. Biomed. Opt. 6, 224-230 (2001).
  6. Wang, R. Z., Weiner, S. Strain-structure relations in human teeth using Moire fringes. J. Biomech. 31, 135-141 (1998).
  7. Wood, J. D., Wang, R., Weiner, S., Pashley, D. H. Mapping of tooth deformation caused by moisture change using moire interferometry. Dent. Mater. 19, 159-166 (2003).
  8. Dong-Xu, L., et al. Modulus of elasticity of human periodontal ligament by optical measurement and numerical simulation. Angle Orthod. 81, 229-236 (2011).
  9. Li, J., Li, H., Fok, A. S., Watts, D. C. Multiple correlations of material parameters of light-cured dental composites. 25, 829-836 (2009).
  10. Zhang, D., Arola, D. D. Applications of digital image correlation to biological tissues. J. Biomed. Opt. 9, 691-699 (2004).
  11. Zhang, D., Mao, S., Lu, C., Romberg, E., Arola, D. Dehydration and the dynamic dimensional changes within dentin and and enamel. Dent. Mater. 25, 937-945 (2009).
  12. Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal. 25, 1285-1292 (2009).
  13. Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. , (2012).
  14. Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal. 25, 1285-1292 (2009).
  15. Huelke, D. F., Castelli, W. A. The blood supply of the rat mandible. Anat. Rec. 153, 335-341 (1965).
  16. Chiba, M., Komatsu, K. Mechanical responses of the periodontal ligament in the transverse section of the rat mandibular incisor at various velocities of loading in vitro. J. Biomech. 26, 561-570 (1993).
  17. Natali, A. N., et al. A visco-hyperelastic-damage constitutive model for the analysis of the biomechanical response of the periodontal ligament. J. Biomech. Eng. 130, (2008).
  18. Naveh, G. R., Shahar, R., Brumfeld, V., Weiner, S. Tooth movements are guided by specific contact areas between the tooth root and the jaw bone: A dynamic 3D microCT study of the rat molar. J. Struct. Biol. 177, 477-483 (2012).
  19. Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. 46, 443-449 (2013).
  20. Metscher, B. D. MicroCT for comparative morphology: simple staining methods allow high-contrast 3D imaging of diverse non-mineralized animal tissues. BMC Physiol. 9, 11 (2009).
  21. Carrillo, F., et al. Nanoindentation of polydimethylsiloxane elastomers: Effect of crosslinking, work of adhesion, and fluid environment on elastic modulus (vol 20, pg 2820). J. Mater. Res. 21, 535-537 (2006).
  22. Hiiemae, K. M. Masticatory function in the mammals. J. Dent. Res. 46, 883-893 (1967).
  23. Hunt, H. R., Rosen, S., Hoppert, C. A. Morphology of molar teeth and occlusion in young rats. J. Dent. Res. 49, 508-514 (1970).
  24. Komatsu, K., Sanctuary, C., Shibata, T., Shimada, A., Botsis, J. Stress-relaxation and microscopic dynamics of rabbit periodontal ligament. J. Biomech. 40, 634-644 (2007).
  25. Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. 46, 443-449 (2013).
  26. Quintarelli, G., Zito, R., Cifonelli, J. A. On phosphotungstic acid staining. I. J. Histochem. Cytochem. 19, 641-647 (1971).
  27. Quintarelli, G., Cifonelli, J. A., Zito, R. On phosphotungstic acid staining. II. J. Histochem. Cytochem. 19, 648-653 (1971).
  28. Quintarelli, G., Bellocci, M., Geremia, R. On phosphotungstic acid staining. IV. Selectivity of the staining reaction. J. Histochem. Cytochem. 21, 155-160 (1973).
  29. Crabtree, W. N., Murphy, W. M. The value of ethanol as a fixative in urinary cytology. Acta Cytol. 24, 452-455 (1980).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

85

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved