В месте сжатие Загрузка и корреляционного неинвазивной визуализации кости-периодонтальной связки зуба волокнистых совместных

Резюме

В этом исследовании, будет обсуждаться использование в Ситу загрузочного устройства в сочетании с микро-рентгеновской компьютерной томографии для волокнистых совместных биомеханики. Экспериментальные показания идентифицируемые с общим изменением совместных биомеханики будет включать в себя: 1) реакционную силу против смещения, т.е. зуб смещение внутри лунки зуба и его реакционность ответ на нагрузки, 2) трехмерные (3D) пространственная конфигурация и морфометрия, т.е. геометрическое отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением в оси нагружения, т.е. концентрических или эксцентричных нагрузок.

Аннотация

Это исследование показывает, протокол испытаний новые биомеханика. Преимущество этого протокола включает использование на месте загрузочного устройства, соединенного с высоким разрешением рентгеновской микроскопии, что позволяет визуализировать внутренних структурных элементов при моделируемых физиологических нагрузок и влажных условиях. Экспериментальные образцы будут включать нетронутыми кости периодонтальной связки (PDL)-зубные волокнистые суставов. Результаты будут показаны три важные особенности протокола, как они могут быть применены к биомеханике уровня орган: 1) реакционной силой против смещения: объем зуб в лунки зуба и его реакционная реагирования для загрузки, 2) трехмерные (3D) пространственную конфигурацию и морфометрия: геометрическая отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением оси нагружения, т.е. с концентрично эксцентричных нагрузок. Эффективность предлагаемого протокола будет оцениваться путем сочетания механической тэжала показания в 3D морфометрии и общих биомеханики сустава. Кроме того, этот метод будет делать акцент на необходимости уравновесить экспериментальные условия, в частности, реакционные нагрузки до приобретения томограммы волокнистых суставов. Следует отметить, что предложенный протокол ограничивается тестирования образцов под Экс Vivo условиях, и что использование контрастных веществ для визуализации мягких тканей механической реакции может привести к ошибочным выводам о ткани и органа на уровне биомеханики.

Введение

Несколько экспериментальных методов по-прежнему использоваться для расследования биомеханику diarthrodial и волокнистых суставов. Методы, специфичные для биомеханики органов зубов включают в себя использование тензодатчиков ^1-3, методы фотоупругости ^{4, 5,} муар интерферометрии ^{6, 7,} электронной спекл-картины интерферометрии ^8, и цифровой корреляции изображений (DIC) ^9-14. В этом исследовании, инновационный подход включает неинвазивной визуализации с помощью рентгеновских лучей, чтобы выставить внутренние структуры волокнистого сустава (минерализованные тканей и их интерфейсов, состоящие из мягких зон и взаимодействия тканей, таких как связки) при нагрузках, эквивалентных естественных условиях обстановки в. В Ситу загрузочное устройство соединено с микро-рентгеновский микроскоп будет использоваться. Во время загрузки и кривые нагрузка-смещение будет собираться как коренного зуба интересов в только что собранного крысы геми-челюсти загружается. Майн цель подхода, представленного в этом исследовании, чтобы подчеркнуть эффект трехмерного морфологии зубной кости, сравнивая условия по адресу: 1) без нагрузки и при загрузке, и когда 2) концентрически и эксцентрично загружен. Устраняя необходимость вырезать образцов и проводить эксперименты на целых неповрежденных органов во влажных условиях позволит максимальным сохранением 3D-напряженного состояния. Это открывает новую область исследования в понимании динамических процессов комплекса при различных сценариях нагрузки.

В этом исследовании, методы тестирования PDL биомеханики в пределах неповрежденной волокнистого сустава крысы Спрэг Dawley, совместное считается оптимальной биоинженерии модельной системы будут подробно. Эксперименты будут включать моделирование жевательных нагрузок при гидратированных условиях для того, чтобы подчеркнуть три важных особенности сустава как они относятся к биомеханике уровня орган. Три точки будет включать в себя: 1) реакционную силу против смещения:зуб смещение в лунки зуба и его реакционная ответ на нагрузки, 2) трехмерные (3D) пространственная конфигурация и морфометрия: геометрическая отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением оси нагрузки, т.е. от концентричными эксцентричных нагрузок. Три основные показания из предлагаемой методики могут быть применены для исследования адаптивный характер суставов у позвоночных либо в связи с изменением функциональных требований, и / или болезни. Изменения в указанных выше показаний, в частности, соотношение между реакционными нагрузок со смещением, и в результате реакционные нагрузки времени и нагрузка-перемещение кривые с разной скоростью загрузки могут быть применены для выделения общих изменений в совместных биомеханики. Эффективность предлагаемого протокола будет оцениваться путем сочетания механических показания тестирования в 3D морфометрии и общих биомеханики сустава.

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

протокол

Корпус животных и эвтаназию: Все животные, используемые в этой демонстрации были размещены под свободных от патогенов условиях в соответствии с руководящими принципами уходу и использованию животных комитета институционального (IACUC) и Национального института здоровья (NIH).

Обеспечить животных со стандартным трудно гранул крыс кормом и водой экспромтом. Усыпить животных через два-шагового метода удушья диоксида углерода, двустороннего торакотомии в соответствии со стандартным протоколом UCSF, утвержденного IACUC. Выполните биомеханической тестирование в течение 24 часов жертвоприношения животных, чтобы избежать деградации тканей.

1. Подготовка и Рассечение крысиной нижней или верхней челюсти

1. Удалить крысы челюсти, осторожно отделяя мембранной ткани и мышечной ткани вложения при сохранении всю нижнюю челюсть, в том числе венечного отростка и мыщелкового отростка (рис. 1) ^15.
2. Отдельные hemimandibles на машинеefully резки фиброзной ткани симфиза нижней челюсти с лезвие скальпеля.
   Примечание: коронарные и мыщелковые процессы и ветвь нижней челюсти (рис. 1) должны быть удалены, если они физически препятствовать биомеханической тестирование ^2-го моляра.
3. Разрежьте резцы, не подвергая пульповый, чтобы не препятствовать загрузку моляра.

2. Изготовление образцов для на месте сжатие Загрузка (рис. 2)

1. Иммобилизации образца на стальной заглушкой с помощью материала, который значительно жестче, чем экспериментальных образцов перед загрузкой его в In Situ загрузочного устройства (рис. 2а).
   Примечание: полиметилметакрилат (ПММА), использовали для иммобилизации образца в этом исследовании и избытка, если таковые были удалены с помощью зубной Explorer.
2. Совместите окклюзионную поверхность моляров (ы) процентной параллельно с АСМ металла образца диск с помощью прямой край в обасамолеты (т.е. мезиальная-дистальной и щечной языках).
3. Создать корыто с тупым инструментом, окружающей коренные зубы.
   Примечание: Это пространство должно служить "рвом", чтобы содержать лишнюю жидкость и поддержания тканей гидратации во время на месте погрузки.
4. Подготовьте поверхность зуба, чтобы создать для концентрической (рис. 2В) или эксцентричного (рис. 2С) загрузка с помощью зубной композит. Протравите поверхность зуба интереса с 35% гель фосфорной кислоты на окклюзионной поверхности в течение 15 сек.
5. Промыть тщательно травителя деионизированной водой и высушить поверхность с помощью шприца воздух / вода или сжатого воздуха канистру. С исследователь, распространять каплю связующего в открытые створок в тонком слое. Лечение композита с дентального отверждения на свету.
   Примечание: Все операции, включающие композиты должны быть выполнены без прямого света от лампы. Такие условия бы нежелательно ускорить процесс полимеризации, и Коулад предотвратить правильное размещение композита. Освещение номера является приемлемым.
6. Удалите излишки клеящего вещества из соседних зубов с тонкой скальпелем или лезвием бритвы.
7. Поместите текучей зубной композит на поверхности после подготовки поверхности и распространить его в пазах моляра (ы), представляющие интерес с помощью зубной Explorer.
8. Expose композит для дентального отверждения на свету в течение 30 сек.
9. Mold окклюзионной накопление около 3-4 мм с помощью стоматологической состава смолы, от окклюзионной плоскости моляра (ы) процентов и светового отверждения в течение 30 сек.
10. Уменьшение верхнюю часть составного накопления к плоской поверхности, параллельной чтобы позволить последовательную схему загрузки во всех образцах с помощью линейки и высокой скорости наконечник.
    Примечание: В биомеханической тестирования, другие образцы должны храниться в трис-фосфатным буферным раствором (TBS) с 50 мг / мл пенициллина, стрептомицина и ^15.

3. Загрузка Drift устройств иЖесткость, Материал недвижимости Дифференцируя Возможность, на месте Загрузка волокнистого Джойнт

1. Закрепите образец с композитного налипания на наковальне погрузки этапе, и тест на равномерной загрузке, как показано на рисунке 2B.
2. Поместите шарнирный бумагу на поверхности композита с последующим загрузке образца в конечной нагрузки для проверки концентрической или эксцентрической нагрузки (фиг. 2В и 2С).
3. Наведите TBS-пропитанной Kimwipe вокруг образца, чтобы обеспечить образца гидратации. Сделайте желоб вокруг образца и залейте его TBS сохранить орган увлажненной во время съемки.
4. Входной пиковой нагрузки и скорости перемещения в программное обеспечение Deben для сжатия коренной зуб до желаемой пиковой нагрузки в размере смещения следующей иммобилизации hemimandible.
   Примечание: Типичные показания должны включать реакционную нагрузку, поскольку материал сжимается с течением времени (чувствительность датчика нагрузки = 0,1N). От время загрузки и смещения времени, кривая нагрузки смещение для сжатого материала должно быть получено ^16-18. Используя данные, собранные из циклов нагрузки, различные свойства соединения также могут быть определены. Жесткость сустава следует рассчитать по наклон линейной части (примерно 30% в прошлом данных) из загрузочной фазе нагрузки кривой зависимости смещения ^19.

4. Окрашивание мягких тканей, в PDL, с фосфовольфрамовой кислоты (PTA)

Примечание: Для повышения рентгеновского ослабления контрастности, PDL должны быть окрашены с 5%-ным раствором ОТА ^20.

1. Засыпка ПТА красящий раствор в чистую 1,8 мл стеклянный carpule и поместите загруженный carpule в шприц.
2. Введите раствор медленно (5 мин / carpule) в PDL-пространстве соседних зубов, чтобы предотвратить повреждение конструкции тканей пародонта, окружающих зуб интересов.
   Примечание: Вышеуказанные шаги должны бе не повторяется до тех пор приблизительно 5 полных carpules (9 мл) раствора вводят и может протекать в окружающие ткани. В нацелен образцы также можно замочить на ночь в оставшийся раствор ОТА (8 ч).

5. Рекомендуемые настройки сканирования μ-XCT

Выполните м-XCT со следующими настройками сканирования:

Цель Увеличение	4X, 10X
	1800 изображений
Напряжение рентгеновской трубки	75 кВп (50 кВп для PTA окрашенных образцов)
	8 Вт
Время воздействия	~ 8-25 сек *
	~ 4 мкм (4X цель), ~ 2 мкм (10X цель) **

* Время экспозиции может варьироваться в зависимости от геометрии и оптической плотности образца и рентгеновской трубки В.О.ltage.
** Фактический пикселов будет несколько отличаться в зависимости от конфигурации источника, образца и детектора.

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

Результаты

Оценка загрузки устройства "люфта", "Буксировка", жесткости, и система дрейфа при постоянной нагрузке

Люфт: Между погрузки и разгрузки части цикла, существует паузу 3 секунды, в течение которого передач трактора заднего хода в двигателе перед ...

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

Обсуждение

Первым шагом в создании этого протокола участие оценки жесткости загрузочной рамы с помощью твердое тело. На основании результатов, жесткость была значительно выше, что позволяет использовать загрузочного устройства для дальнейшего тестирования образцов с существенно более низкими...

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

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bard Parker Blade	BD	MEDC-001054
AFM metal disk	Ted Pella	16218
Polymethyl methacrylate	GC America	N/A
Uni-Etch	Bisco	E5502EBM
Optibond Solo Plus	Kerr Corp	N/A
Filtek Flow	3M	N/A
Hurculite Ultra	Kerr	34346
Tris buffer	Mediatech Inc.	N/A
Articulating paper	Parkell Inc.
Phosphotungstic Acid	Sigma Aldrich	HT152