Gli autori desiderano ringraziare Biomet 3i per il loro continuo sostegno finanziario, e in particolare Randy Goodman aiuto nella progettazione e fabbricazione delle parti personalizzate. Spencer Bell è un destinatario di una borsa di studio post-laurea industriale, fornite dalle scienze nazionali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC). Desideriamo inoltre ringraziare il Dr. John Brunski per il suo feedback molto utili durante la preparazione del manoscritto.

1. Implant progettazione, fabbricazione e trattamento di superficie <ol><li> Fabbricazione impianti rettangolari (dimensioni 4 millimetri x 2,5 mm x 1,3 mm, lunghezza x larghezza x altezza) in titanio commercialmente puro (CPTI). Praticare un foro centrale lungo l&#39;asse longitudinale dell&#39;impianto (diametro = 0,7 mm) per facilitare la stabilità dell&#39;impianto presto all&#39;interno del sito chirurgico e la successiva prove meccaniche (Figura 1). </li><li> Trattare le superfici superiore e inferiore dell&#39;impianto. <ol><li> Per creare due superfici distinte, utilizzare un trattamento standard di sabbiatura (GB) per creare una superficie microtopographically complesso. Ulteriore modificare metà degli impianti sovrapponendo fosfato di calcio (CaP) nanoparticelle per creare una superficie nanotopographically complesso. </li></ol></li></ol> Nota: Vari trattamenti chimici o meccanici possono essere applicate per creare una topografia superficiale desiderata e / o chimica, e queste dipenderanno dalla natura del Questi, sperimentalesu da affrontare. Nell&#39;esempio qui fornite, un gruppo di titanio commercialmente puro (CPTI) gli impianti è stato sottoposto a sabbiatura (GB) - un processo sottrattivo - per creare un microtopografia complesso. Metà degli impianti è stato poi ulteriormente modificato con l&#39;aggiunta di fosfato di calcio (PAC) nanocristalli per creare un nanotopography super imposto (GB-DCD). Nota: Quando si visualizza il micro-superficie sabbiata, rispetto al nano-superficie modificata, a 10.000 X ingrandimento, non c&#39;è differenza evidente nelle caratteristiche superficiali. Tuttavia, se visto da 100.000 X di ingrandimento, le differenze diventano abbastanza evidente (Figura 2). È stato precedentemente dimostrato che tali modifiche superficiali hanno effetti profondi sulla osteoconduzione 14. 2. Modello animale e la procedura chirurgica <ol><li> Utilizzare i giovani ratti maschi Wistar (200-250 g) per questo modello. Tutte le procedure devono essere approvati dalle autorità locali com cura degli animalicomitati. Consentire agli animali libero accesso all&#39;acqua e nel ratto chow. Attenzione: i ratti Wistar sono stati selezionati in questa procedura causa prima esperienza con questo sforzo del topo, sebbene altre ceppi di topo si potrebbero impiegare. L&#39;accesso al cibo e acqua può essere modificata, a seconda della natura del problema sperimentale affrontati. </li> <li> Ratti sedare utilizzando inalazione anestesia somministrata attraverso un cono di naso: 4% isoflurano in 1 LO 2 / min per induzione, 2% isoflurano in 1 L di protossido di azoto e 0,6 LO 2 / min per la manutenzione. Eseguire un test di punta pinch standard per garantire la sedazione efficace prima di continuare con la procedura. </li><li> Somministrare analgesici pre-e post-operatorio attraverso una iniezione sottocutanea di 0,01-0,05 mg / kg di buprenorfina. </li><li> Assegnare impianti da randomizzazione parziale e inserire bilaterale nelle metafisi distali di femore di ratto. Questo permette un impianto diverso, uno ciascuno da una selezione di differenti topografie superficie da confrontared, in femori controlaterale, per ottimizzare l&#39;analisi statistica. </li><li> Preparare gli animali per la rasatura e la pulizia l&#39;aspetto antero-laterale di ogni zampa posteriore con il 10% Betadine. Per prevenire l&#39;ipotermia, posizionare un caldo pad circolazione dell&#39;acqua sotto il topo anestetizzato. </li><li> Usando un bisturi chirurgico # 15, fare un&#39;incisione attraverso la pelle lungo la faccia laterale della coscia per esporre il muscolo. Esporre il femore distale con smussa per deviare i corpi muscolari in modo minimamente invasivo. </li><li> Raschiare via il sottile strato di periostio sovrastante femore, utilizzando un scollaperiostio, per esporre completamente l&#39;osso corticale per la foratura. Bisogna fare attenzione a non danneggiare la cartilagine di accrescimento o cartilagine articolare del ginocchio durante la dissezione e la rimozione del periostio smussato. </li><li> Una volta pulito e ispezionato, ruotare il femore lateralmente per esporre la porzione anteriore del femore distale (Figura 3A). </li><li> Per preparare il sito chirurgico, praticare unbicorticale fessura rettangolare nel mezzo della dell&#39;osso attraverso entrambe le corticali. Per evitare il surriscaldamento del tessuto, l&#39;irrigazione salina deve essere mantenuta per tutta la perforazione da un assistente chirurgico. Eseguire la perforazione in tre fasi: <ol><li> Primo, perforare la corteccia anteriore, esposta da dissezione, utilizzando una fresa dentale 1,3 millimetri attaccato ad un manipolo dentale per creare due fori 2,5 millimetri a parte lungo la linea mediana del femore. </li><li> Successivamente, utilizzare una seconda punta (torsione 1,3 millimetri fresa dentale) per estendere questi fori attraverso la corteccia avversario, con conseguente fori paralleli bicorticale. </li><li> Infine, unire i fori con un terzo lato taglio bava personalizzato in direzione prossimale-distale, formando il sito per l&#39;impianto (Figura 3B). </li></ol></li><li> Passare una sutura biodegradabile attraverso il difetto osseo con l&#39;ago e ritorno intorno alla corteccia femorale esterno. </li><li> Infilare l&#39;impianto sull&#39;estremità libera della sutura e guidarlo nel difetto, wqui dovrebbe essere inserito a pressione. In questo modo, l&#39;asse lungo l&#39;impianto dovrebbe essere orientato perpendicolarmente all&#39;asse longitudinale del femore (Figura 3C). </li><li> Legare la sutura intorno alla parte laterale del femore per fornire stabilità dell&#39;impianto durante il recupero post-operatorio e nelle prime fasi di guarigione. Utilizzare la sutura rimanente per chiudere il tessuto muscolare, e reoppose il tessuto cutaneo con punti chirurgici (9 millimetri clip ferita). </li><li> Ispezionare siti chirurgici per segni di infezione, e controllare gli animali al giorno per compromessa capacità ambulatoriale. Escludi animali che non recuperano completamente la deambulazione, o quelli che hanno fratture femorali in sacrificio, dall&#39;analisi. </li></ol> 3. Esempio di raccolta <ol><li> Sacrificare gli animali a 9 giorni post-operatorio per dislocazione cervicale dopo l&#39;esposizione al CO 2. </li><li> Al momento del sacrificio, staccare femori e pulito dei tessuti molli. Conservare immediatamente il 15% di saccarosio soluzione tampone per mantenere il tessuto hydration in preparazione per prove meccaniche (Figura 4A). Nota: I campioni sono memorizzati nella soluzione tampone saccarosio per mantenere l&#39;idratazione dei tessuti durante il trasporto tra strutture. I campioni dovranno spendere circa 2-3 ore in soluzione durante la preparazione per le prove meccaniche. </li> <li> Per preparare i campioni per prove meccaniche, tagliare l&#39;osso alla larghezza degli impianti che utilizzano una fresa diamantata cilindrica collegata ad un sistema ad alta velocità. I campioni finali sono costituiti da due archi di osso collegate a ciascuna faccia dell&#39;impianto (Figura 4B). Per archi che cadono durante la preparazione o il trasporto, assegnare un valore di prove meccaniche di 0 N. Nota: È importante essere molto delicato e preciso il taglio dei campioni, al fine di evitare danni o precompressione l&#39;interfaccia. Callo osseo riparativo può crescere intorno all&#39;asse lungo dell&#39;impianto e anche nel foro longitudinale. Tale osso in eccesso deve essere rimosso da trillo campioni per le dimensioni esatte l&#39;impianto rettangolare, come si può alterare i risultati di test meccanici. </li></ol> 4. Prove meccaniche Uno stampo separatista personalizzato è stato progettato per pot ciascun campione, creando un metodo ripetibile e precisa di preparare i campioni per prove meccaniche. Il disegno consente l&#39;isolamento di una regione 0,5 mm o osso perimplantare per una zona di test coerente, tenendo il campione centrata e completamente orizzontale durante il processo di impregnazione, che consente l&#39;applicazione di una forza diretta perpendicolarmente alla superficie dell&#39;impianto. Vedere la Figura 5 per i disegni completi e Figura 6 per i componenti finali. Nota: Eseguire tutte le prove utilizzando un apparato prove meccaniche, operante ad una velocità della testa di 30 mm / min. Per una valutazione qualitativa residua dopo test osso, un microscopio da dissezione può essere utilizzato. <ol><li> Invasaturadei campioni e prove meccaniche <ol><li> Rimuovere i campioni dalla soluzione tampone saccarosio e asciutto delicatamente macchia. </li><li> Posizione esemplare nello stampo personalizzato. Far scorrere il perno orizzontalmente attraverso fori nelle pareti dello stampo e attraverso il foro centrale dell&#39;impianto. Posizionare la piastra stabilizzante sul lato posteriore dello stampo per stabilizzare l&#39;impianto (Figura 7). </li><li> Riempire la base dello stampo con fluido composito dentale e curare per 60 secondi usando una alta intensità di cura luce. Nota: È importante scegliere un composito che non impostata con una reazione esotermica, come tale calore generato può influenzare le proprietà del tessuto. </li><li> Dopo l&#39;indurimento, aprire lo stampo e rimuovere il blocco provino indurito. Tracciare una linea nera sottile in pennarello indelebile sul arco laterale per l&#39;identificazione. </li><li> Fissare una replica prefabbricato del provino in una morsa, e centrare l&#39;unità sulla base dello strumento prove meccaniche. </li><li> Fissare il campione in vizio e passare un filo di nylon nel foro dell&#39;impianto (Figura 8). Attaccare le estremità al centro della traversa mobile. Per coerenza, etichettare sempre e testare la parte laterale prima. Ripetere il processo con l&#39;arco mediale. </li></ol></li></ol>

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Gli autori hanno ricevuto finanziamenti e materiali di sostegno da Biomet 3i (Palm Beach Gardens, FL, USA). Biomet 3i non aveva partecipato alla stesura di questo manoscritto o la progettazione di esperimenti descritti.

Il modello di test meccanico qui presentato fornisce un metodo migliorato per valutare l&#39;ancoraggio di osso per superfici implantari candidati, poiché permette accurate perpendicolare o parallelo, l&#39;allineamento del campione di prova con l&#39;asse della forza perturbazione applicata, e limita la zona di frattura di entro mezzo millimetro della superficie dell&#39;impianto. Il modello è facilmente incorporato in studi che confrontano l&#39;efficacia di qualsiasi gamma di chimicamente o meccanicamente, superfic...

Valutare ancoraggio di osso per superfici implantari endossei è stato al centro di grande attenzione, per il quale sono stati descritti molti metodi di prova meccanici 1,2. Tutti tali metodi impongono una forza di perturbare il modello di osso / impianto essere impiegato, e possono essere sostanzialmente raggruppati in taglio, generalmente presentato come push-out o modelli estraibili 3,4, 3,5 inverse coppia, e tipi di trazione 6, 7. Comunemente in tali prove, sia ossee 8 o materiale di impianto (nel caso di vetri fragili e ceramiche 9,10) è fratturato e, assumendo una qualche forma di ancoraggio si è verificato, i resti di interfaccia osso / impianto (almeno in parte) intatti. Tali risultati sperimentali indicano non solo che la forza necessaria a provocare la frattura (o rottura) del modello non è la forza richiesta per separare dell&#39;interfaccia osso / impianto 11,12, ma anche che la superficie complessa del piano di frattura creata può essere refrattaria allamisurazione accurata. Tuttavia, tali test possono essere clinicamente rilevante, in quanto forniscono un indicatore comparativo della capacità di impianti di disegni superficiali differenti ad essere ancorato nell&#39;osso. Tuttavia, va anche rilevato che tali confronti sono valide solo all&#39;interno di un modello sperimentale, mentre il confronto tra i modelli sperimentali sono irto di difficoltà in quanto gli investigatori usano diverse specie animali espositrici sia lamellare o di tessuto osseo; trabecolare o di osso corticale guarigione modelli, e diverso meccanica geometrie e condizioni di prova. Nel tentativo di derivare una misura della resistenza a trazione dell&#39;interfaccia osso / impianto, molti ricercatori hanno utilizzato la superficie nominale dell&#39;impianto per derivare un valore &quot;carico di rottura&quot;, poiché la resistenza alla trazione è misurata come forza per unità di superficie. Questo è chiaramente un approssimazione data, come spiegato sopra, che l&#39;interfaccia osso / impianto rimane intatto in molti dei test turbativa impieganoed. Inoltre misurando la superficie di impianti, superfici particolarmente topograficamente complesse, è limitata dalla risoluzione della tecnica di misura come discusso da Ronald et al. 13 Tuttavia, come valutato da Brunski et al. 2, quando la superficie nominale di un impianto viene preso in considerazione, le differenze apparenti nella &quot;resistenza alla trazione&quot; associato con diversi disegni di superficie dell&#39;impianto sono negati, suggerendo che le superfici implantari con superficie superiore forniscono grandi aree di contatto osso / impianto e richiedono più forza per fratturare il modello così. L&#39;implicazione è quindi che più topograficamente complesse superfici possono aumentare il contatto osteogenesi, che si traduce in maggiore contatto osso impianto (BIC) e il conseguente perturbazione valori più alti nei test meccanici. Contatto osteogenesi è il prodotto di due fenomeni distinti: Osteoconduzione e formazione ossea. Infatti, abbiamo dimostrato che aumenta in osteoconduzione il topografosuperfici camente complesse possono essere quantificate misurando la risultante BIC 14, e che tali superfici anche tradursi in valori 12 superiore rottura meccanica. Tuttavia, è salutare notare che osso perimplantare può formare da due meccanismi. Nelle cellule contatto osteogenesi di origine mesenchimale migrare alla superficie dell&#39;impianto (osteoconduzione), differenziarsi in cellule ossee, ed elaborare de novo matrice ossea sulla superficie dell&#39;impianto (formazione all&#39;osso). La prima matrice ossea elaborato è una linea di cemento mineralizzata come si è visto in osso normale rimodellamento 15 (c&#39;è molta confusione in letteratura riguardo a questa struttura biologica mineralizzata che a volte è pensato per essere un-mineralizzato 1 o è sincretizzato con tutte le interfacce in osso 16 - per una discussione approfondita su questo argomento si veda Davies e Hosseini 17). Contatto osteogenesi è un prerequisito essenziale per il fenomeno delle ossa-Bonding, ma è non essenziale per l&#39;osso crescita interna 18. La linea di cemento osseo mineralizzato è meccanicamente più debole del vano collagene mineralizzata dell&#39;osso 19. Quindi, intuitivamente, se la linea di interdigitation matrice cementizia con le caratteristiche dell&#39;impianto nano viene confrontato con il tessuto osseo in crescita in caratteristiche implantari macro allora la forza meccanica richiesta per interrompere l&#39;ex avrebbe, ragionevolmente, essere presumibilmente inferiore rispetto al secondo, e hanno recentemente dimostrato sperimentalmente 12. Dell&#39;osso peri-impianto può formare anche dalla distanza osteogenesi. In questo caso, l&#39;osso si deposita sulla vecchia superficie ossea e diventa progressivamente più vicino alla superficie dell&#39;impianto realizzando un&#39;interfaccia comprendente matrice amorfa e resti di cellule osteogeniche 20. In generale, la distanza osteogenesi è associato con superfici implantari endossei lisce o lavorate ed è spesso visto nella guarigione dell&#39;osso corticale, mentre microtopographically superfici complesse sono associati a contatto osteogenesi che è più tipico di guarigione ossea trabecolare. Modelli di prova di trazione usando superfici implantari lisce e guarigione dell&#39;osso corticale sono stati in grado di testare le proprietà adesive della presente amorfo assente matrice biologica della osteogenesi contatto associato con superfici topograficamente complesse, e hanno dimostrato che il cosiddetto bonding &quot;biochimico&quot; che si verifica fornisce un componente minore dei valori di &quot;carico di rottura&quot; rilevati con superfici topograficamente complesse 21. Al contrario, utilizzando un modello di guarigione ossea trabecolare, Wong et al. 22 hanno mostrato &quot;un&#39;eccellente correlazione&quot; tra impianto rugosità superficiale e push-out carico di rottura, e indicato che legame chimico infatti svolto un ruolo trascurabile ancoraggio dell&#39;osso all&#39;impianto di superficie. Mentre è probabile che sia il contatto e la distanza osteogenesi si verificano, in misura diversa, in tutti endosseo peri-IMPLAnt guarigione vani, superfici microtopographically complesse si sono dimostrati di essere particolarmente vantaggiosa nella guarigione ossea trabecolare scomparti 23. Questi ultimi sono classificati come Classe III o IV classe ossea nella letteratura dentale 24. Il nostro scopo è stato quello di concentrarsi sui meccanismi di contatto osteogenesi e la conseguente osso / impianto di ancoraggio che possono derivarne in un ambiente di guarigione ossea trabecolare. Questo ancoraggio, che dipende dalla topografia della superficie dell&#39;impianto (vedi sopra), può verificarsi in diverse dimensioni-range. Da un lato, solo caratteristiche implantari submicron sono implicati in osso-bonding - come descritto da interdigitation del cemento osseo linea matrice di dette superfici, e visto su vetri bioattivi, ceramiche e ossidi metallici reticolare. Dall&#39;altro, tessuto osseo (a volte completo di vascolarizzazione del sangue) può crescere in multi-micron, o macro-scala, caratteristiche di impianto superfici 18. Entrambi i casi result in una forma di osso ancoraggio alla superficie dell&#39;impianto, anche se i meccanismi sono chiaramente differenti. Tuttavia, un difetto comune della maggior parte dei metodi di prova meccanici riferimento in precedenza è allineare la forza di rottura in un piano esattamente perpendicolare o parallelo a quello della superficie dell&#39;impianto (a seconda se la modalità di trazione o di taglio è impiegato). Riportiamo qui un metodo che supera questa limitazione.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Dulbecco&#8217;s Phosphate Buffer solution (DPBS)</td>
			<td >Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada</td>
			<td >14190-250</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >10% neutral buffered formalin solution</td>
			<td >Sigma-Aldrich Co. LLC., Canada</td>
			<td >HT501128-4L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >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)</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Custom-designed breakaway mould</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Isoflurane</td>
			<td >Baxter Internationl Inc.</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Buprenorphine</td>
			<td >Bedford Laboratories</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >10% betadine</td>
			<td >Bruce Medical, MA, US</td>
			<td >FR-2200-90</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >2586-M36-0100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel blade #15 (sterile)</td>
			<td >Magna, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >2586</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Periosteal elevator #24G</td>
			<td >Spectrum Surgical, OH, USA</td>
			<td >EX7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Forceps</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >7747-A10-108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tissue forceps</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >7722-A10-308</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scissors</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto</td>
			<td >7603-A8-240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile)</td>
			<td >Vitality Medical</td>
			<td >1089</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Gauze (non-sterile)</td>
			<td >VWR</td>
			<td >89133-260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Needles 25G X 5/8&#34; (disposable)</td>
			<td >BD, Canada</td>
			<td >305122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Syringes (sterile)</td>
			<td >VWR, Canada</td>
			<td >CABD309653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Needle Driver</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >A17-132</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Dynarex Surgical gloves (sterile)</td>
			<td >Amazon.com</td>
			<td >2475</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Surgical masks</td>
			<td >Fisherbrand, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >296360759</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >0.9% sterile saline</td>
			<td >House brand, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >1011-L8001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hair clippers</td>
			<td >Remington, US</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >4-0 Polysorb</td>
			<td >Syneture</td>
			<td >SL5627G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >9mm Wound Clips</td>
			<td >Becton Dickinson, MD, USA</td>
			<td >427631</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >ImplantMED DU 900 and WS-75 dental hand piece&#160;</td>
			<td >W&#38;H Dentalwerk, Austria</td>
			<td >DU1000US</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.3 mm twist drill</td>
			<td >Brasseler, GA, USA</td>
			<td >203.21.013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.3 mm dental burr&#160;</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.2 mm cylindrical side-cutting burr</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Cylindrical diamond burr</td>
			<td >Brasseler, GA, USA</td>
			<td >H1.21.014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td rowspan="2" >High speed dental drilling system</td>
			<td >Handpiece: KaVo Dental Corporation, IL, USA</td>
			<td rowspan="2" >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Handpiece Control: DCI International, OR, USA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >99.5% Ultra Pure sucrose</td>
			<td >BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada</td>
			<td >57-50-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Flowable dental composite</td>
			<td >Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA</td>
			<td >6033XW</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sapphire Plasma Arc high intensity curing light</td>
			<td >Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Instron 4301 with 1000 N load cell</td>
			<td >Instron, Norwood, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td rowspan="2" >Red Wolf 10lb nylon &#64257;shing line</td>
			<td rowspan="2" >Canadian Tire, Canada</td>
			<td rowspan="2" >78-3610-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Leica Wild M3Z Stereozoom dissecting microscope</td>
			<td >Leica, Heerbrugg, Switzerland</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >QImaging Micropublisher 5.0 RTV digital camera coupled with QCapture 2.90.1 acquisition software</td>
			<td >QImaging, Surrey, BC, Canada</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Electronic digital caliper&#160;</td>
			<td >Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Mechanical testing instrument</td>
			<td >Instron, Norwood, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an improved mechanical testing method to assess bone-implant anchorage

I recenti progressi nella scienza dei materiali hanno portato ad un notevole aumento della complessità topografica delle superfici implantari, sia su una micro-e nano-scala. Come tale, i metodi tradizionali di descrivere superfici implantari - determinanti e cioè numerici di rugosità superficiale - sono inadeguati per la previsione delle prestazioni vivo. Test biomeccanici fornisce una piattaforma precisa e comparativa per analizzare le prestazioni delle superfici biomateriale. Un metodo prove meccaniche migliorate per testare l&#39;ancoraggio di osso per superfici implantari candidati è presentato. Il metodo è applicabile a entrambe le fasi iniziali e successive di guarigione e può essere impiegato per qualsiasi intervallo di superfici chimicamente o meccanicamente modificati - ma non superfici lisce. Impianti personalizzati rettangolari sono posti bilateralmente in femori distale di ratti Wistar maschi e raccolti con l&#39;osso circostante. Le provette sono preparati e incapsulate utilizzando uno stampo separatista romanzo e l&#39;interruzioneprova è eseguita con una macchina per prove meccaniche. Questo metodo consente l&#39;allineamento della forza perturbazione esattamente perpendicolare o parallelo al piano della superficie dell&#39;impianto, e fornisce un mezzo accurati e riproducibili per isolare una regione perimplantare esatto per il test.

Tutti gli animali hanno aumentato la loro attività ambulatoriale con il tempo dopo il loro recupero da un intervento chirurgico. Questo è importante perché il carico ha effetti differenziali su topografie di diverse gamme di scala, come abbiamo recentemente riportato 12. Una curva rappresentativa forza / spostamento per provini seguenti prove meccaniche è presentato in Figura 9A, ed i dati medi per ogni superficie dell&#39;impianto è presentato in Figura 9B. Il valore ma...

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An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Un metodo migliore per meccanicamente prova l&#39;ancoraggio osseo alle superfici implantari candidati viene presentato. Questo metodo consente l&#39;allineamento della forza perturbazione esattamente perpendicolare o parallelo al piano della superficie dell&#39;impianto, e fornisce un mezzo preciso per dirigere le forze interruzione una regione peri-implantari esatta.

Una migliorata meccanica metodo di prova per valutare osso-impianto Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

15.4K Views.  University of Toronto.  Un metodo migliore per meccanicamente prova l'ancoraggio osseo alle superfici implantari candidati viene presentato. Questo metodo consente l'allineamento della forza perturbazione esattamente perpendicolare o parallelo al piano della superficie dell'impianto, e fornisce un mezzo preciso per dirigere le forze interruzione una regione peri-implantari esatta. 

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Mechanical Testing of Mouse Carotid Arteries: from Newborn to Adult

The large conducting arteries in vertebrates are composed of a specialized extracellular matrix designed to provide pulse dampening and reduce the work performed by the heart. The mix of matrix proteins determines the passive mechanical properties of the arterial wall1. When the matrix proteins are altered in development, aging, disease or injury, the arterial wall remodels, changing the mechanical properties and leading to subsequent cardiac adaptation2. In normal development, the remodeling leads to a functional cardiac and cardiovascular system optimized for the needs of the adult organism. In disease, the remodeling often leads to a negative feedback cycle that can cause cardiac failure and death. By quantifying passive arterial mechanical properties in development and disease, we can begin to understand the normal remodeling process to recreate it in tissue engineering and the pathological remodeling process to test disease treatments.
	Mice are useful models for studying passive arterial mechanics in development and disease. They have a relatively short lifespan (mature adults by 3 months and aged adults by 2 years), so developmental3 and aging studies4 can be carried out over a limited time course. The advances in mouse genetics provide numerous genotypes and phenotypes to study changes in arterial mechanics with disease progression5 and disease treatment6. Mice can also be manipulated experimentally to study the effects of changes in hemodynamic parameters on the arterial remodeling process7. One drawback of the mouse model, especially for examining young ages, is the size of the arteries. 
	We describe a method for passive mechanical testing of carotid arteries from mice aged 3 days to adult (approximately 90 days). We adapt a commercial myograph system to mount the arteries and perform multiple pressure or axial stretch protocols on each specimen. We discuss suitable protocols for each age, the necessary measurements and provide example data. We also include data analysis strategies for rigorous mechanical characterization of the arteries.

Passive mechanical testing of mouse carotid arteries is described, with special consideration for adapting to different specimen ages. The procedures include determining the in vivo length of the artery, mounting it in a pressure myograph, recording data, measuring the unloaded dimensions and analyzing the resulting data.

Testing meccanico di Mouse carotide: dai neonati ai Adult

The large conducting arteries in vertebrates are composed of a specialized extracellular matrix designed to provide pulse dampening and reduce the work ...

Ricerca

Bioingegneria

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

Chip Fabrication Microfluidic e metodo per rilevare l&#39;influenza

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Stress-induced Antibiotic Susceptibility Testing on a Chip

We have developed a rapid microfluidic method for antibiotic susceptibility testing in a stress-based environment. Fluid is passed at high speeds over bacteria immobilized on the bottom of a microfluidic channel. In the presence of stress and antibiotic, susceptible strains of bacteria die rapidly. However, resistant bacteria survive these stressful conditions. The hypothesis behind this method is new: stress activation of biochemical pathways, which are targets of antibiotics, can accelerate antibiotic susceptibility testing. As compared to standard antibiotic susceptibility testing methods, the rate-limiting step -&#160;bacterial growth -&#160;is omitted during antibiotic application. The technical implementation of the method is in a combination of standard techniques and innovative approaches. The standard parts of the method include bacterial culture protocols, defining microfluidic channels in polydimethylsiloxane&#160;(PDMS), cell viability monitoring with fluorescence, and batch image processing for bacteria counting. Innovative parts of the method are in the use of culture media flow for mechanical stress application, use of enzymes to damage but not kill the bacteria, and use of microarray substrates for bacterial attachment. The developed platform can be used in antibiotic and nonantibiotic related drug development and testing. As compared to the standard bacterial suspension experiments, the effect of the drug can be turned on and off repeatedly over controlled time periods. Repetitive observation of the same bacterial population is possible over the course of the same experiment.

We have developed a microfluidic platform for rapid antibiotic susceptibility testing. Fluid is passed at high speeds over bacteria immobilized on the bottom of a microfluidic channel. In the presence of stress and antibiotic, susceptible strains of bacteria die rapidly. However, resistant bacteria can survive these stressful conditions.

Test di suscettibilità agli antibiotici indotti dallo stress su un chip

We have developed a rapid microfluidic method for antibiotic susceptibility testing in a stress-based environment. Fluid is passed at high speeds over ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

Un metodo migliore per la preparazione di tipo I collagene della pelle

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density distribution and geometry on the femoral mechanical properties. Currently, there is no standard protocol for mechanical testing of such geometrically complex bones to measure strength, and stiffness. To address this gap we have developed a protocol to test cadaveric femora to fracture and to measure their biomechanical parameters. This protocol describes a set of adaptable fixtures to accommodate the various load magnitudes and directions accounting for possible bone orientations in a fall on the hip configuration, test speed, bone size, and left leg-right leg variations. The femora were prepared for testing by cleaning, cutting, scanning, and potting the distal end and greater trochanter contact surfaces in poly(methyl methacrylate) (PMMA) as presented in a different protocol. The prepared specimens were placed in the testing fixture in a position mimicking a sideways fall on the hip and loaded to fracture. During testing, two load cells measured vertical forces applied to the femoral head and greater trochanter, a six-axis load cell measured forces and moments at the distal femoral shaft, and a displacement sensor measured differential displacement between the femoral head and trochanter contact supports. High speed video cameras were used to synchronously record the sequence of fracture events during testing. The reduction of this data allowed us to characterize the strength, stiffness, and fracture energy for nearly 200 osteoporotic, osteopenic, and normal cadaveric femora for further development of engineering-based diagnostic tools for osteoporosis research.

In this manuscript, we present a protocol to fracture test cadaveric proximal femora in a sideways fall on the hip configuration using instrumented fixtures mounted on a standard servo hydraulic frame. Nine digitized signals comprising forces, moments, and displacement along with two high speed video streams are acquired during testing.

Metodo e instrumentata apparecchio per prove di frattura femorale in posizione di caduta-in-the-Hop lateralmente

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

Un metodo per stimare il femore cadaverico corticale ceppi durante frattura test utilizzando correlazione di immagini digitali

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is fabricated. It is used to investigate the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump and to determine the reliability of the conduction pump when acetone is used as the working fluid. A testing platform is set up to evaluate conduction micropump performance under different conditions. When the chamber height is 0.2 mm, the pump pressure reaches its peak value.

This paper presents a protocol for the fabrication of a conduction micropump using symmetric planar electrodes on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) to test the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump.

Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the flexural behavior of these LBBSs is important for understanding the origins of their remarkable mechanical functions.
We describe a protocol for performing three-point bending tests using a custom-built mechanical testing device that can measure forces ranging from 10-5 to 101 N and displacements ranging from 10-7 to 10-2 m. The primary advantage of this mechanical testing device is that the force and displacement capacities can be easily adjusted for different LBBSs. The device&#39;s operating principle is similar to that of an atomic force microscope. Namely, force is applied to the LBBS by a load point that is attached to the end of a cantilever. The load point displacement is measured by a fiber optic displacement sensor and converted into a force using the measured cantilever stiffness. The device&#39;s force range can be adjusted by using cantilevers of different stiffnesses.
The device&#39;s capabilities are demonstrated by performing three-point bending tests on the skeletal elements of the marine sponge Euplectella aspergillum. The skeletal elements&#8212;known as spicules&#8212;are silica fibers that are approximately 50 &#181;m in diameter. We describe the procedures for calibrating the mechanical testing device, mounting the spicules on a three-point bending fixture with a &#8776;1.3 mm span, and performing a bending test. The force applied to the spicule and its deflection at the location of the applied force are measured.

We present a protocol for performing three-point bending tests on sub-millimeter scale fibers using a custom-built mechanical testing device. The device can measure forces ranging from 20 &#181;N up to 10 N and can therefore accommodate a variety of fiber sizes.

Un sistema di prova millimetro scala flessionale per misurare le proprietà meccaniche di spicole di spugna marina

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes demonstrate the ability to record action potentials from individual or small groups of neurons. Such recorded signals have successfully been used to allow patients to interface with or control&#160;computers, robotic limbs, and their own limbs. However, previous animal studies have shown that a microelectrode implantation in the brain not only damages the surrounding tissue but can also result in functional deficits. Here, we discuss a series of behavioral tests to quantify potential motor impairments following the implantation of intracortical microelectrodes into the motor cortex of a rat. The methods for open field grid, ladder crossing, and grip strength testing provide valuable information regarding the potential complications resulting from a microelectrode implantation. The results of the behavioral testing are correlated with endpoint histology, providing additional information on the pathological outcomes and impacts of this procedure on the adjacent tissue.

We have shown that a microelectrode implantation in the motor cortex of rats causes immediate and lasting motor deficits. The methods proposed herein outline a microelectrode implantation surgery and three rodent behavioral tasks to elucidate potential changes in the fine or gross motor function due to implantation-caused damage to the motor cortex.

Roditore comportamentali test per valutare deficit funzionali causati da microelettrodo impianto nella corteccia di motore del ratto

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and cancer biology. An in vitro cell culture assay is often used to learn about the contribution of different tryptophan catabolites in a disease mechanism and for testing therapeutic strategies. Cell culture medium that is rich in secreted metabolites and signaling molecules reflects the status of tryptophan metabolism and other cellular events. New protocols for the reliable quantification of multiple kynurenines in the complex cell culture medium are desired to allow for a reliable and quick analysis of multiple samples. This can be accomplished with liquid chromatography coupled with mass spectrometry. This powerful technique is employed in many clinical and research laboratories for the quantification of metabolites and can be used for measuring kynurenines.
Presented here is the use of liquid chromatography coupled with single quadrupole mass spectrometry (LC-SQ) for the simultaneous determination of four kynurenines, i.e., kynurenine, 3-hydroxykynurenine, 3-hydroxyanthranilic, and xanthurenic acid in the medium collected from in vitro cultured cancer cells. SQ detector is simple to use and less expensive compared to other mass spectrometers. In the SQ-MS analysis, multiple ions from the sample are generated and separated according to their specific mass-to-charge ratio (m/z), followed by the detection using a Single Ion Monitoring (SIM) mode.
This paper draws the attention on the advantages of the reported method and indicates some weak points. It is focused on critical elements of LC-SQ analysis including sample preparation along with chromatography and mass spectrometry analysis. The quality control, method calibration conditions and matrix effect issues are also discussed. We described a simple application of 3-nitrotyrosine as one analog standard for all target analytes. As confirmed by experiments with human ovary and breast cancer cells, the proposed LC-SQ method&#160;generates reliable results and can be further applied to other in vitro cellular models.

Described here is a protocol for the determination of four different tryptophan metabolites generated in the kynurenine pathway (kynurenine, 3-hydroxykynurenine, xanthurenic acid, 3-hydroxyanthranilic acid) in the medium collected from cancer cell cultures analyzed by liquid chromatography coupled with a single quadrupole mass spectrometry.

Quantificazione simultanea di kynurenine selezionate analizzate dalla cromatografia liquida-spettrometria di massa in mezzo raccolto da colture cellulari tumorali

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...