JoVE Logo

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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

שיטה משופרת למכאניים מעגן עצם בדיקה למשטחי שתל מועמד מוצגת. שיטה זו מאפשרת ליישור של כוח השיבוש בדיוק בניצב, או במקביל, למישור של פני השטח השתל, ומספקת אמצעים מדויקים לכוון את כוחות ההפרעה לאזור פרי שתל מדויק.

Abstract

ההתקדמות במדע חומרים הובילה לגידול משמעותי במורכבות הטופוגרפית של משטחי שתל, הן במייקרו וננו בהיקף. כשיטות כאלה, מסורתיות לתאר משטחי שתל - כלומר גורמים מספריים של חספוס פני השטח - אינן מספיקות לניבוי בביצועי vivo. בדיקה ביומכנית מספקת פלטפורמה מדויקת והשוואתית כדי לנתח את הביצועים של משטחים ביולוגי. שיטת בדיקה מכאנית משופרת כדי לבדוק את העיגון של עצם לשתל משטחי מועמד מוצגת. השיטה ישימה לשני המוקדמים ומאוחר יותר של ריפוי בשלבים ויכולה להיות מועסק לכל מגוון של משטחים כימיים או מכאני שונה - אבל משטחים לא חלקים. שתלים מותאמים אישית מלבניים ממוקמים בילטרלי בfemora הדיסטלי של חולדות Wistar זכר ונאספו עם העצם שמסביב. דגימות בדיקה מוכנות ועציצים באמצעות עובש הבדלני רומן והשיבושבדיקה מתבצעת באמצעות בדיקה במכונית מכאנית. שיטה זו מאפשרת ליישור של כוח השיבוש בדיוק בניצב, או במקביל, למישור של פני השטח השתל, ומספקת אמצעים מדויקים ולשעתק לבידוד אזור פרי שתל מדויק לבדיקה.

Introduction

הערכת מעגן של עצם לשתל משטחי endosseous כבר למוקד של תשומת לב רבה, שלשיטות בדיקה מכאניות רבים תוארו 1,2. כל השיטות כגון לכפות בכוח כדי לשבש את מודל עצם / שתל להיות מועסק, וניתן לקבץ באופן כללי לגזירה, בדרך כלל מוצג כשכיבות החוצה או מודלים למשוך החוצה 3,4, להפוך 3,5 מומנט, וסוגי מתיחה 6, 7. בדרך כלל בבדיקות כאלה, או עצם 8 או חומר שתל (במקרה של משקפיים פריכים וקרמיקה 9,10) הוא שבר, ובהנחת צורה כלשהי של מעגן התרחש, שרידי ממשק עצם / שתל (לפחות חלקית) בשלמותה. תוצאות ניסוי כזה אומר לא רק שהכח הנדרש כדי לגרום לשבר (או הפרעה) של המודל הוא לא את הכוח הדרוש כדי להפריד את ממשק עצם / שתל 11,12, אלא גם שיכול פני השטח המורכב של מטוס שבר שנוצר להיות עקשןמדידה מדויקת. עם זאת, בדיקות כאלה יכולים להיות רלוונטיות מבחינה קלינית, מכיוון שהם מספקים מד השוואתי של היכולת של שתלים של עיצובי משטח שונות להיות מעוגנות בעצמות. עם זאת, זה צריך להיות גם ציין כי השוואות כגון תקפות רק במודל ניסיוני, תוך השוואות בין דגמים הניסיוניים הן כרוכות בקשיים שכן חוקרים משתמשים בזנים שונים של בעלי חיים בתערוכה או שבשבת או עצם ארוג; הטרבקולות או עצם קליפת המוח ריפוי מודלים, ומכאני שונה גיאומטריות בדיקה ותנאים.

במאמץ להפיק מדידת חוזק המתיחה של ממשק עצם / שתל, חוקרים רבים השתמשו בשטח הנומינלי של השתל כדי להפיק ערך "חוזק מתיחה", שכן חוזק מתיחה נמדד ככוח ליחידת שטח. זה ברור קירוב נתון, כפי שהוסבר לעיל, כי ממשק עצם / השתל נותר בשלמותה ברבים של בדיקות השיבוש מעסיקיםed. בנוסף מדידת שטח פני השטח של שתלים, במיוחד משטחים טופוגרפיים מורכבים, הוא מוגבל על ידי הרזולוציה של טכניקת המדידה כפי שפורט על ידי רונלד et al. 13 עם זאת, כפי שנסקר על ידי Brunski et al. 2, כאשר את פני השטח הנומינלי של שתל נלקח בחשבון, הבדלים נראות לעין ב" חוזק מתיחה "מזוהה עם עיצובי פני השטח שתל שונים שללו, טוענים כי משטחי שתל עם שטח פנים גבוה יותר לספק שטחים גדולים יותר של מגע עצם / שתל ולכן דורשים יותר כוח כדי לשבר את המודל. המשמעות היא אפוא שיותר מבחינה טופוגרפית מורכבת משטחים יכולים להגדיל osteogenesis קשר, שתוצאתה קשר שתל עצם גדול יותר (BIC) ותוצאת ערכי הפרעה גבוהות יותר בבדיקות מכאניות. osteogenesis קשר הוא התוצר של שתי תופעות שונות: osteoconduction והיווצרות עצם. ואכן, יש לנו הראינו שמגדילה בosteoconduction על topographניתן לכמת משטחי ically מורכבים על ידי מדידת BIC תוצאת 14, וכי משטחים כאלה גם לגרום להפרעה מכאנית גבוהה יותר ערכים 12.

עם זאת, זה מועיל לציין כי עצם פרי שתל יכול להיווצר על ידי שני מנגנונים. בתאי osteogenesis קשר ממוצא mesenchymal להגר אל פני השטח השתל (osteoconduction), להתמיין לתאי עצם, ולפרט דה נובו העצם מטריקס על פני השטח השתל (היווצרות עצם). מטריקס הגרמי הראשון פירט הוא קו בטון mineralized כפי שראה בעצם נורמלי שיפוץ 15 (יש הרבה בלבול בספרות הנוגעת למבנה ביולוגי mineralized זה לפעמים הוא חשב שזה יהיה בלתי mineralized 1 או syncretized עם כל הממשקים בעצמות 16 - לדיון מלא בנושא זה ראו דייויס וחוסייני 17). osteogenesis לתקשר הוא תנאי הכרחי לתופעה של עצםמליטה, אלא הוא חיוני לingrowth עצם 18. קו מלט mineralized של עצם הוא מכאני חלש יותר מתא קולגן mineralized של עצם 19. לכן, באופן אינטואיטיבי, אם interdigitation של מטריצת שורת מלט עם תכונות ננו שתל בהשוואה לרקמת עצם בצמיחה לתכונות שתל מאקרו ולאחר מכן את הכוח המכני הנדרש כדי לשבש לשעבר הייתי, באופן סביר, צפוי להיות פחות מ האחרון, ואנחנו הוכיחו את זה לאחרונה בניסוי 12.

עצם פרי שתל יכול גם להיווצר על ידי osteogenesis מרחק. במקרה זה, עצם מופקד על פני השטח עצם הישנים ומקבל בהדרגה קרובה יותר אל פני השטח השתל וכתוצאה מכך ממשק הכולל מטריצת אמורפי והשרידים של תאי osteogenic 20. באופן כללי, osteogenesis מרחק קשור למשטחים חלקים, או במכונה, endosseous שתל ונתפס לעתים קרובות בריפוי עצם קליפת המוח, בעוד microtopographicaמשטחי lly מורכבים הקשורים לקשר osteogenesis שהוא יותר אופייני לריפוי עצם הטרבקולות. דגמי מבחן מתיחה באמצעות משטחים חלקים שתל וריפוי עצם קליפת המוח היו יכולים לבדוק את מאפייני ההדבקה של נעדר מטריצה ​​הביולוגית הזה אמורפי של osteogenesis הקשר הקשורים למשטחים טופוגרפיים מורכבים, והראו כי המליטה מה שנקרא "ביוכימי" שמתרחשת מספקת מרכיב קל של הערכים "חוזק מתיחה" דיווחו עם משטחים טופוגרפיים מורכבים 21. להיפך, תוך שימוש במודל ריפוי עצם הטרבקולות, וונג et al. 22 הראו "קשר מצוין" בין חספוס פני השטח שתל ולדחוף החוצה עומס כישלון, והצביעו על כך שקשר כימי אכן שיחק תפקיד זניח במעגן של עצם לשתל פני השטח. אמנם זה סביר שגם המגע וosteogenesis המרחק להתרחש, לדרגות שונות, בכל פרי impla endosseousNT ריפוי תאים, משטחי microtopographically מורכבים הוכיחו את עצמם להיות יתרון במיוחד בריפוי גרמי הטרבקולות מלתחות 23. האחרון מסווגים כסוג III או עצם המעמד הרביעי בספרות השיניים 24.

המטרה שלנו הייתה להתמקד במנגנונים של osteogenesis קשר ומעגן עצם / שתל כתוצאה שיכול להתחולל בסביבת עצם ריפוי הטרבקולות. המעגן הזה, שהוא תלוי בטופוגרפיה של פני השטח השתל (ראה לעיל), יכול להתרחש בקנה מידה טווחים שונים. מצד אחד, רק תכונות שתל submicron הם מעורבים עצם מליטה - כפי שתוארו על ידי interdigitation של מטריצת שורת המלט הגרמית עם משטחים כאלה, וראו את המשקפיים ביו, קרמיקה ותחמוצות reticulate מתכת. על הרקמה (לעתים להשלים עם כלי דם דם) האחרות, העצם יכול לגדול לתוך רב מיקרון, או מאקרו בקנה מידה, תכונות של שתל משטחים 18. שני מיל מקריםult בצורה של מעגן עצם אל פני השטח השתל, אם כי המנגנונים הם בבירור שונים. עם זאת, כישלון משותף של רוב שיטות בדיקה מכאניות שצוינו לעיל הוא ליישר כוח השיבוש במטוס בדיוק בניצב, או מקביל לזה של פני שטח השתל (תלוי אם מצב מתיחה או גזירה הוא מועסק). אנו מדווחים בזאת שיטה שמתגברת על מגבלה זו.

Protocol

1. שתל עיצוב, ייצור, וטיפול שטח

  1. ייצור שתלים מלבני (מידות 4 מ"מ x 2.5 מ"מ x 1.3 מ"מ; גובה x רוחב x אורך) מטיטניום טהור מבחינה מסחרית (cpTi). לקדוח חור במרכז את הציר של השתל (קוטר = 0.7 מ"מ) הארוך כדי להקל על יציבות שתל מוקדם בתוך האתר כירורגית והבדיקות מכאניות הבאות (איור 1).
  2. טיפול במשטחים העליונים ותחתונים של השתל.
    1. כדי ליצור שני משטחים שונים, להשתמש בטיפול סטנדרטי חצץ-פיצוץ (GB) כדי ליצור משטח microtopographically מורכב. בהמשך לשנות מחצית השתלים ידי superimposing פוספט סידן (CaP) חלקיקים כדי ליצור משטח nanotopographically מורכב.

הערה: ניתן ליישם טיפולים כימיים או מכאניים שונים כדי ליצור טופוגרפיה משטח רצויה ו / או כימיה, ואלה יהיו תלויים באופי של questi הניסיוניתעל מנת לטפל. בדוגמא במסמך זה, קבוצה אחת של טיטניום טהור מבחינה מסחרית שתלים (cpTi) הייתה נתון לחצצה-פיצוץ (GB) - תהליך חיסור - כדי ליצור microtopography מורכב. מחצית מהשתלים היו אז שונה יותר על ידי התוספת של סידן זרחה nanocrystals (CaP) כדי ליצור nanotopography העל שהוטל (GB-DCD).

שים לב: בעת הצגת מיקרו המשטח חצץ מוכה, בהשוואה לננו המשטח שונה, בהגדלת 10,000 X, אין הבדל ברור במאפייני פני השטח. עם זאת, בעת ההצגה ב100,000 הגדלה X, ההבדלים להיות די ברורים (איור 2). זה הוכח בעבר שיש להם שינויי משטח כזה השפעה עמוקה על osteoconduction 14.

2. מודל חיה והליך כירורגי

  1. השתמש בחולדות צעירות זכר Wistar (200-250 גר ') עבור דגם זה. כל ההליכים חייבים להיות מאושרים על ידי com טיפול בבעלי החיים המקומיmittees. אפשר לבעלים חיים גישה חופשית למים ולאוכל חולדה.
    הערה: חולדות Wistar נבחרו בהליך זה בשל ניסיון קודם עם זן זה של חולדה, למרות שזנים אחרים של עכברים יכולים להיות מועסקים. גישה למזון ומים ניתנות לשינוי, בהתאם לאופי השאלה הניסיונית שפונים.

  2. חולדות רגועות באמצעות הרדמה משאיפת מנוהלת באמצעות חרטום: isoflurane 4% ב1 LO 2 / דקה לזירוז; isoflurane 2% בתחמוצת חנקן 1 L ו0.6 LO 2 / דקה לצורך התחזוקה. לערוך בדיקת הבוהן קמצוץ סטנדרטית כדי להבטיח הרגעה יעילה לפני שתמשיך בהליך.
  3. לנהל משכך כאבים לפני ולאחר ניתוח באמצעות הזרקה תת עורית של 0.01-0.05 מ"ג / קילוגרם עצירות.
  4. הקצאת שתלים ידי אקראי חלקי ומניח בילטרלי בmetaphyses הדיסטלי של femora חולדה. זה מאפשר שתל שונה, כל אחד מתוך מבחר של טופוגרפיות משטח שונות כדי להשוותד, בfemora הנגדי, כדי לייעל את הניתוח סטטיסטי.
  5. הכן את בעלי החיים על ידי גילוח וניקוי היבט Antero הצדדי של כל רגל אחורית עם 10% פולידין. כדי למנוע היפותרמיה, הנח כרית זרימת מים חמה מתחת לעכברוש הרדים.
  6. באמצעות אזמל כירורגי # 15, עושה חתך דרך העור לאורך הצד הלטרלי של הירך כדי לחשוף את השריר. לחשוף את עצם הירך הדיסטלי באמצעות נתיחה בוטה להסיט את גופות שרירים בצורה פולשנית.
  7. לגרד ממנו השכבה דקה של קרום עצם שמעל עצם הירך, תוך שימוש במעלית periosteal, לחשוף את עצם קליפת המוח באופן מלא לקידוח. יש להקפיד שלא לפגוע בסחוס לוחית גדילה או במפרק של מפרק הברך במהלך נתיחה והסרה של קרום עצם קהה.
  8. ברגע שניקה ובדק, לסובב את עצם הירך רוחבי לחשוף את ההיבט הקדמי של עצם הירך הדיסטלי (איור 3 א).
  9. כדי להכין את האתר כירורגית, תחקרחריץ מלבני bicortical למטה באמצע של העצם באמצעות שתי קליפת המוח. כדי למנוע התחממות יתר של הרקמות, השקיה מלוחה חייבת להישמר לאורך כל קידוח על ידי עוזר כירורגית. לנהל את הקידוח בשלושה שלבים:
    1. ראשית, לקדוח בקליפת המוח הקדמית, שנחשפה על ידי נתיחה, באמצעות Burr שיניים 1.3 מ"מ המחובר לפיסת יד שיניים כדי ליצור שני חורים 2.5 מ"מ בנפרד לאורך קו האמצע של עצם הירך.
    2. בשלב הבא, להשתמש קצת שני תרגיל (בר שיניים 1.3 מ"מ טוויסט) להאריך את החורים האלה דרך קליפת המוח הנגדית, וכתוצאה מחורים מקבילים bicortical.
    3. לבסוף, תצטרף לחורים באמצעות Burr חיתוך בצד מותאם אישית שלישי בכיוון הפרוקסימלי-דיסטלי, ויצר אתר לשתל (איור 3 ב).
  10. לעבור תפר מתכלה דרך פגם העצם באמצעות המחט מחוברת וחוזר בסביבות קליפת הירך החיצונית.
  11. השחל את השתל מעל הקצה החופשי של התפר ולהנחות אותו לפגם, Wכאן זה צריך להיות מצויד בלחץ. באופן זה, על הציר של השתל הארוך צריך להיות מכוון בניצב לציר של עצם הירך (איור 3 ג) הארוך.
  12. לקשור את התפר סביב ההיבט לרוחב של עצם הירך כדי לספק יציבות שתל במהלך התאוששות לאחר ניתוח וריפוי בשלבים מוקדמים. השתמש בתפר שנותר כדי לסגור את רקמת השריר, וreoppose רקמות עורית באמצעות סיכות כירורגי (קליפים פצע 9 מ"מ).
  13. בדוק אתרים כירורגית לסימנים של זיהום, ולפקח על בעלי חיים מדי יום ביכולת אמבולטורי שנפרצה. להוציא את בעלי החיים שלא לשחזר ניידות באופן מלא, או אלה שיש להם שברי הירך בהקרבה, מניתוח.

3. קציר מדגם

  1. להקריב בעלי חיים בשעה 9 בימים שלאחר ניתוח על ידי נקע בצוואר הרחם לאחר חשיפת CO 2.
  2. על ההקרבה, לנתק femora ונקי של רקמות רכות. לאחסן מייד ב15% פתרון חיץ סוכרוז כדי לשמור על שעות רקמהydration כהכנה לבדיקה מכאנית (איור 4 א).
    שים לב: דגימות נשמרות בתמיסת חיץ סוכרוז כדי לשמור על הלחות של רקמות במהלך הובלה בין מתקנים. דגימות תשקיע כ 2-3 שעות בפתרון במהלך הכנה לבדיקות מכאניות.

  3. כדי להכין את הדגימות לבדיקות מכאניות, חתוך את העצם לרוחב של השתלים באמצעות Burr יהלומים גלילי מחובר למערכת במהירות גבוהה. דגימות הבדיקה הסופיות מורכבות משתי קשתות של עצם צמוד לכל פנים של השתל (איור 4). לקשתות שנופלות לו במהלך הכנה או תחבורה, להקצות ערך בדיקות מכאני של 0 נ '
    שים לב: חשוב להיות מאוד עדינים ומדויק כאשר זמירה הדגימות, על מנת למנוע נזק או דריכה על הממשק. יבלת המתקנת גרמית יכולה לגדול סביב הציר של השתל הארוך ואפילו לתוך החור האורך. עצם עודף כזה יש להסיר על ידי שלושmming דגימות לממדים של השתל המלבני המדויקים, כפי שהוא יכול להטות את תוצאות בדיקה מכאניות.

4. בדיקות מכאניות

עובש הבדלני מותאם אישית נועד סיר כל דגימה, יצירת שיטת הדיר ומדויקת של הכנת דגימות לבדיקה מכאנית. העיצוב מאפשר לבידודו של אזור 0.5 מ"מ של עצם פרי שתל לאזור בדיקה עולה בקנה אחד, בזמן שמחזיק את הדגימה מרוכזת ואופקית לחלוטין במהלך תהליך השתילה, המאפשר היישום של כוח ישירות בניצב לפני השטח השתל. ראה איור 5 לשרטוטים הנדסיים מלאים ואיור 6 למרכיבים הסופיים.

הערה: ניהול כל בדיקה באמצעות מנגנון בדיקה מכאני, הפועל במהירות של ראש הצלב 30 מ"מ / דקה. להערכה איכותית של בדיקות עצם שיורית שלאחר מכן, ניתן להשתמש במיקרוסקופ לנתח.

  1. שתילהשל הדגימות והבדיקות מכניות
    1. הסר דגימות מפתרון חיץ סוכרוז ועדינות כתם היבש.
    2. דגימת עמדה בעובש המותאם אישית. חלק את הסיכה בצורה אופקית דרך חורים בקירות של העובש ודרך החור באמצע של השתל. מניחים את צלחת הייצוב בצד האחורי של התבנית כדי לייצב את השתל (איור 7).
    3. למלא את בסיס התבנית עם מרוכבים שיניים flowable ולרפא ל60 שניות באמצעות עוצמה גבוהה ריפוי אור.
      הערה: חשוב לבחור מרוכבים שאינו מוגדר עם תגובה אקסותרמית, כמו חום כזה שנוצר עשוי להשפיע על תכונות הרקמה.
    4. לאחר הריפוי, לפתוח את העובש ולהסיר את חסימת הדגימה מוקשה. לצייר קו שחור דק בסמן קבע על קשת הרוחב למטרות זיהוי.
    5. תקן את העתק טרומי של בדיקת הדגימה בסגן, ומרכז את היחידה על הבסיס של מכשיר הבדיקה המכני.
    6. לאבטח את הדגימה לסגן ולהעביר קו ניילון דרך החור בשתל (איור 8). צרף את הקצוות למרכז של ראש הצלב נע. לשם עקביות, תמיד תווית ולבדוק את הצד הלטרלי ראשונה. חזור על התהליך עם הקשת המדיאלי.

תוצאות

כל בעלי החיים הפעילות מוגברים אמבולטורי שלהם עם זמן בעקבות התאוששותם מניתוח. זה חשוב כי עומס יש השפעות שונות על טופוגרפיות של טווחים בקנה מידה שונים, כפי שדיווחנו 12 לאחרונה. כוח עקום / עקירת נציג לדגימות בדיקה הבאות בדיקות מכאניות מוצג באיור 9A, ונתוני ה...

Discussion

מודל הבדיקות מכאניות המוצג כאן מספק שיטה משופרת להערכת המעגן של עצם לשתל משטחי מועמד, שכן הוא מאפשר לניצב מדויק, או במקביל, יישור של מדגם הבדיקה עם ציר כוח השיבוש מיושם, ומגביל את אזור השבר כדי בתוך חצי מילימטר של פני השטח השתל. המודל משולב בקלות לתוך מחקרים שהשוו את הא...

Disclosures

המחברים קיבלו תמיכה במימון וחומרים מBiomet 3i (גני פאלם ביץ', פלורידה, ארה"ב). היה לי Biomet 3i אין שום חלק בכתיבה של כתב היד הזה או את העיצוב של ניסויים שתוארו.

Acknowledgements

המחברים מבקשים להודות לBiomet 3i לתמיכה הכספית המתמשכת שלהם, ובמיוחד רנדי גודמן לעזרה בעיצוב והייצור של החלקים המותאמים אישית. ספנסר בל הוא נמען של מלגה תעשייתית לתארים מתקדמים, המסופק על ידי הלאומיים למדעים והנדסת מועצת מחקר של קנדה (NSERC). כמו כן, אנו רוצים להודות לד"ר ג'ון Brunski למשוב בעל הערך הרב שלו במהלך הכנת כתב יד.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Dulbecco’s Phosphate Buffer solution (DPBS)Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada14190-250
10% neutral buffered formalin solutionSigma-Aldrich Co. LLC., CanadaHT501128-4L
Custom-designed rectangular implants (commercially pure titanium; dimensions: 4mm x 2.5mm x 1.3mm with a 0.7mm hole drilled centrally down the long axis)Biomet 3i, FL, USAN/A
Custom-designed breakaway mouldBiomet 3i, FL, USAN/A
IsofluraneBaxter Internationl Inc.N/A
BuprenorphineBedford LaboratoriesN/A
10% betadineBruce Medical, MA, USFR-2200-90
ScalpelAlmedic, Medstore, University of Toronto, Canada2586-M36-0100
Scalpel blade #15 (sterile)Magna, Medstore, University of Toronto, Canada2586
Periosteal elevator #24GSpectrum Surgical, OH, USAEX7
ForcepsAlmedic, Medstore, University of Toronto, Canada7747-A10-108
Tissue forcepsAlmedic, Medstore, University of Toronto, Canada7722-A10-308
ScissorsAlmedic, Medstore, University of Toronto7603-A8-240
Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile)Vitality Medical1089
Gauze (non-sterile)VWR89133-260
Needles 25G X 5/8" (disposable)BD, Canada305122
Syringes (sterile)VWR, CanadaCABD309653
Needle DriverAlmedic, Medstore, University of Toronto, CanadaA17-132
Dynarex Surgical gloves (sterile)Amazon.com2475
Surgical masksFisherbrand, Medstore, University of Toronto, Canada296360759
0.9% sterile salineHouse brand, Medstore, University of Toronto, Canada1011-L8001
Hair clippersRemington, USN/A
4-0 PolysorbSynetureSL5627G
9mm Wound ClipsBecton Dickinson, MD, USA427631
ImplantMED DU 900 and WS-75 dental hand piece W&H Dentalwerk, AustriaDU1000US
1.3 mm twist drillBrasseler, GA, USA203.21.013
1.3 mm dental burr Biomet 3i, FL, USAcustom
1.2 mm cylindrical side-cutting burrBiomet 3i, FL, USAcustom
Cylindrical diamond burrBrasseler, GA, USAH1.21.014
High speed dental drilling systemHandpiece: KaVo Dental Corporation, IL, USAN/A
Handpiece Control: DCI International, OR, USA
99.5% Ultra Pure sucroseBioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada57-50-1
Flowable dental compositeFiltek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA6033XW
Sapphire Plasma Arc high intensity curing lightDen-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USAN/A
Instron 4301 with 1000 N load cellInstron, Norwood, MA, USAN/A
Leica Wild M3Z Stereozoom dissecting microscopeLeica, Heerbrugg, SwitzerlandN/A
QImaging Micropublisher 5.0 RTV digital camera coupled with QCapture 2.90.1 acquisition softwareQImaging, Surrey, BC, CanadaN/A
Electronic digital caliper Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USAN/A
Mechanical testing instrumentInstron, Norwood, MA, USAN/A

References

  1. Brunski, J. B. In vivo bone response to biomechanical loading at the bone-dental implant interface. Adv. Dental Res. 13, 99-119 (1999).
  2. Brunski, J. B., Glantz, P. -. O., Helms, J. A., Nanci, A., Brånemark, P. I., Chien, S., Gröndahl, H. G., Robinson, K. . Transfer of mechanical load across the interface. In: The Osseointegration Book. , 209-249 (2005).
  3. Brånemark, R., Ohrnell, L. O., Nilsson, P., Thomsen, P. Biomechanical characterization of osseointegration during healing: an experimental in vivo study in the rat. Biomaterials. 18 (14), 969-978 (1997).
  4. Itälä, A., Koort, J., Ylänen, H. O., Hupa, M., Aro, H. T. Biologic significance of surface microroughing in bone incorporation of porous bioactive glass implants. J. Biomed. Mater. Res. A. 67 (2), 496-503 (2003).
  5. Brånemark, R., Emanuelsson, L., Palmquist, A., Thomsen, P. Bone response to laser-induced micro- and nano-size titanium surface features. Nanomedicine. 7 (2), 220-227 (2011).
  6. Kato, H., et al. Bonding of Alkali- and Heat-Treated Tantalum Implants to Bone. J. Biomed. Mater. Res. 53, 28-35 (2000).
  7. Hong, L., Xu, H. C., de Groot, K. Tensile strength of the interface between hydroxyapatite and bone. J. Biomed. Mater. 26 (1), 7-18 (1992).
  8. Currey, J. D. Mechanical properties of bone tissues with greatly different functions. J. Biomech. 9 (12), 313-319 (1979).
  9. Nakamura, T., Yamamuro, T., Higashi, S., Kokubo, T., Itoo, S. A new glass-ceramic for bone replacement: evaluation of its bonding to bone tissue. J. Biomed. Mater. Res. 19 (6), 685-698 (1985).
  10. Hench, L. L., Splinter, R. J., Allen, W. C., Greenlee, T. K. Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials. J. Biomed. Mater. Res. Symp. 1, 117-141 (1972).
  11. Edwards, J. T., Brunski, J. B., Higuchi, H. W. Mechanical and morphologic investigation of the tensile strength of a bone-hydroxyapatite interface. J. Biomed. Mater. Res. 36 (4), 454-468 (1997).
  12. Davies, J. E., Ajami, E., Moineddin, R., Mendes, V. C. The roles of different scale ranges of surface implant topography on the stability of the bone/implant interface. Biomaterials. 34, 3535-3546 (2013).
  13. Rønold, H. J., Lyngstadaasb, S. P., Ellingsen, J. E. Analysing the optimal value for titanium implant roughness in bone attachment using a tensile test. Biomaterials. 24, 4559-4564 (2003).
  14. Mendes, V. C., Moineddin, R., Davies, J. E. The effect of discrete calcium phosphate nanocrystals on bone-bonding to titanium surfaces. Biomaterials. 28 (32), 4748-4755 (2007).
  15. Skedros, J. G., Holmes, J. L., Vajda, E. G., Bloebaum, R. D. Cement lines of secondary osteons in human bone are not mineral deficient: new data in a historical perspective. Anat Rec. 286, 781-803 (2005).
  16. McKee, M. D., Nanci, A. Osteopontin and the bone remodelling sequence: colloidal-gold immunocytochemistry of an interfacial extracellular matrix protein. Ann. N.Y. Acad. Sci. 760, 177-189 (1995).
  17. Davies, J. E., Hosseini, M. M., Davies, J. E. . Histodynamics of endosseous wound healing In: Bone Engineering. , 1-14 (2000).
  18. Welsh, R. P., Pilliar, R. M., Macnab, I. Surgical implants. The role of surface porosity in fixation to bone and acrylic. J. Bone Joint Surg. Am. 53 (5), 963-977 (1971).
  19. O'Brien, F. J., Taylor, D., Clive, L. T. The effect of bone microstructure on the initiation and growth of microcracks. J. Orthop. Res. 23 (2), 475-480 (2005).
  20. Steflik, , et al. Ultrastructural analyses of the attachment (bonding) zone between bone and implanted biomaterials. J. Biomed. Mater. Res. 39 (4), 611-620 (1998).
  21. Sul, Y. -. T., Johansson, C., Albrektsson, T. A novel in vivo method for quantifying the interfacial biochemical bond strength of bone implants. J. Royal Soc. 7 (42), 81-90 (2010).
  22. Wong, M., et al. Effect of surface topography on the osseointegration of implant materials in trabecular bone. J. Biomed. Mater. Res. 29 (12), 1567-1575 (1995).
  23. Gotfredsen, K., et al. Anchorage of titanium implants with different surface characteristics: an experimental study in rabbits. Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2 (3), 120-128 (2000).
  24. Lekholm, U., Zarb, G. A., Albrektsson, T. . Patient selection and preparation. In: Tissue integrated prostheses. , 199-209 (1985).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

84microtopographynanotopography

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved