ويقدم وسيلة لتحسين ميكانيكيا اختبار مرسى العظام على الأسطح زرع مرشح. يسمح هذا الأسلوب للمحاذاة من قوة التعطيل بالضبط عمودي، أو موازية، إلى الطائرة من سطح الزرع، ويوفر وسيلة دقيقة لتوجيه القوات تعطل منطقة شبه زرع وجه الدقة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
ويقدم وسيلة لتحسين ميكانيكيا اختبار مرسى العظام على الأسطح زرع مرشح. يسمح هذا الأسلوب للمحاذاة من قوة التعطيل بالضبط عمودي، أو موازية، إلى الطائرة من سطح الزرع، ويوفر وسيلة دقيقة لتوجيه القوات تعطل منطقة شبه زرع وجه الدقة.
وقد أدت التطورات الحديثة في العلوم المادية إلى زيادة كبيرة في تعقيد الطوبوغرافية من السطوح الزرع، سواء على والصغرى مقياس النانو. على هذا النحو الطرق التقليدية، واصفا من أسطح زرع - المحددات وهي العددية للخشونة السطح - غير كافية للتنبؤ في أداء الجسم الحي. يوفر اختبار النشاط الحيوي منصة دقيقة والمقارنة لتحليل أداء السطوح مادة بيولوجية. ويرد على تحسين طريقة اختبار الميكانيكية لاختبار رسو العظام على الأسطح زرع مرشح. الأسلوب ينطبق على كل المراحل المبكرة، وبعد الشفاء ويمكن استخدامها لأية مجموعة من الأسطح معدلة كيميائيا أو ميكانيكيا - ولكن ليس على نحو سلس السطوح. يتم وضعها يزرع العرف مستطيلة ثنائيا في أفخاذ؛ فخذان البعيدة من فئران ويستار الذكور وجمعها مع العظم المحيطة بها. تم إعداد عينات الاختبار وبوعاء باستخدام قالب الرواية الانفصالية وتعطيلويجري اختبار باستخدام آلة الاختبار الميكانيكية. يسمح هذا الأسلوب للمحاذاة من قوة التعطيل بالضبط عمودي، أو موازية، إلى الطائرة من سطح الزرع، ويوفر وسيلة دقيقة وقابلة للتكرار لعزل منطقة شبه زرع المحدد للاختبار.
وقد تم تقييم رسو العظام على الأسطح زرع داخل العظم محط اهتمام كبير، والتي كثير من طرق الاختبار الميكانيكية وقد وصفت 1،2. كل هذه الأساليب فرض القوة لتعطيل نموذج العظم / زرع يجري استخدامها، ويمكن تصنيفها على نطاق واسع في القص، وقدمت عموما كما دفع بها أو نماذج سحب 3،4، 3،5 عكس عزم الدوران، وأنواع الشد 6، 7. عادة في مثل هذه التجارب، إما العظام 8 أو مواد الزرع (في حالة هشة من النظارات والسيراميك 9،10) وكسر و، على افتراض شكل من أشكال مرسى حدث، وبقايا العظام واجهة / زرع (على الأقل جزئيا) سليمة. مثل هذه النتائج التجريبية تعني ليس فقط أن القوة المطلوبة للتسبب في كسر (أو تعطيل) من هذا النموذج هو ليس القوة المطلوبة لفصل واجهة العظام / زرع 11،12، ولكن أيضا أن مساحة المعقدة للطائرة كسر إنشاؤها يمكن يكون صهر لالقياس الدقيق. ومع ذلك، يمكن أن تكون مثل هذه الاختبارات ذات الصلة سريريا، نظرا لأنها توفر مقياس مقارن لقدرة يزرع من التصاميم سطح متفاوتة لأن ترسو في العظام. ومع ذلك، تجدر الإشارة أيضا إلى أن مثل هذه المقارنات هي صالحة فقط داخل نموذج تجريبي، في حين المقارنات بين النماذج التجريبية محفوفة صعوبة منذ المحققين استخدام أنواع الحيوانات المختلفة واظهار إما رقائقي أو العظام منسوجة؛ تربيقية العظام القشرية أو الشفاء النماذج، ومختلفة الميكانيكية هندستها الاختبار والظروف.
في محاولة لاستخلاص قياس قوة الشد واجهة العظام / الزرع، وقد استخدمت العديد من المحققين مساحة الاسمية للزرع لاشتقاق "الشد" القيمة، منذ يقاس قوة الشد كقوة في وحدة المساحة. ومن الواضح أن هذا التقريب معينة، كما هو موضح أعلاه، أن واجهة العظام / زرع لا تزال سليمة في كثير من الاختبارات تعطيل توظيفأد. بالإضافة قياس المساحة السطحية للزراعة، وخاصة الأسطح المعقدة الطوبوغرافي، يقتصر بقرار من تقنية القياس كما نوقش من قبل رونالد آخرون 13 ومع ذلك، على النحو الذي استعرضه Brunski وآخرون. 2، عندما مساحة الاسمية للزرع يؤخذ بعين الاعتبار، وانتفى الفروق الظاهرة في "الشد" المرتبطة تصاميم سطح زرع مختلفة، مما يشير إلى أن الأسطح زرع مع مساحة سطح أكبر توفير مساحات أكبر من العظم / زرع الاتصال وبالتالي تتطلب المزيد من القوة لكسر النموذج. وبالتالي وهذا يعني أن أكثر تعقيدا الطوبوغرافي أسطح يمكن أن تزيد من تكون العظم الاتصال، مما يؤدي إلى زيادة الاتصال الزرع في العظام (BIC) والناتجة القيم تعطل أعلى في الاختبارات الميكانيكية. الاتصال تكون العظم هو نتاج ظاهرتين متميزتين: osteoconduction وتكوين العظام. في الواقع، لقد أظهرنا أن يزيد في osteoconduction على topographالأسطح المعقدة ically يمكن كميا بقياس الناتجة بيك 14 وأن يؤدي مثل الأسطح أيضا التعطيل الميكانيكية أعلى تثمن 12
ومع ذلك، فإنه هو مفيد أن نلاحظ أن العظم شبه الزرع يمكن أن تشكل من قبل اثنين من الآليات. في خلايا المنشأ تكون العظم الاتصال الوسيطة تهاجر إلى السطح زرع (osteoconduction)، تفرق في خلايا العظام، ووضع دي نوفو مصفوفة العظام على سطح زرع (تكوين العظام). أول مصفوفة عظمي وضعت هو خط الاسمنت المعدنية كما رأينا في العظام العادي إعادة عرض 15 (هناك كثير من الالتباس في الكتابات حول هذا الهيكل البيولوجية المعادن التي يعتقد في بعض الأحيان إلى أن تكون الامم المتحدة والمعادن 1 أو syncretized مع جميع الواجهات في العظام 16 - لمناقشة كاملة حول هذا الموضوع راجع ديفيز وحسيني 17). الاتصال تكون العظم هو شرط أساسي لظاهرة العظام-الترابط، ولكن غير الأساسية لنشوب العظام 18. خط الأسمنت المعادن من العظام أضعف ميكانيكيا من المقصورة الكولاجين المعدنية للعظم 19. وبالتالي، حدسي، إذا تم مقارنة تشابك الاسمنت خط مصفوفة مع ميزات زرع نانو مع أنسجة العظام في النمو إلى ميزات زرع الكلي ثم القوة الميكانيكية اللازمة لتعطيل السابق من شأنه، إلى حد معقول، من المتوقع أن تكون أقل من هذا الأخير، ونحن وقد أثبتت هذه التجربة مؤخرا 12.
يمكن العظم شبه زرع تشكل أيضا عن طريق تكون العظم بعد. في هذه الحالة، وتودع العظام على سطح العظام القديمة ويحصل تدريجيا أقرب إلى السطح مما أدى إلى زرع واجهة تضم مصفوفة غير متبلور وبقايا الخلايا المكونة للعظم 20. بشكل عام، ويرتبط مع تكون العظم مسافة نحو سلس، أو تشكيله، الأسطح زرع داخل العظم وغالبا ما ينظر في التئام العظام القشرية، في حين microtopographicaوترتبط السطوح المعقدة مع LLY تكون العظم اتصال وهذا هو أكثر نموذجية من تربيقي التئام العظام. وكانت نماذج اختبار الشد باستخدام الأسطح الملساء وزرع القشرية التئام العظام قادرة على اختبار خصائص لاصقة من هذا متبلور غائبة مصفوفة البيولوجية من تكون العظم الاتصال المرتبطة أسطح معقدة الطوبوغرافي، وأظهرت أن ما يسمى الرابطة "الكيمياء الحيوية" التي تحدث يوفر عنصرا ضئيلا من القيم "الشد" ذكرت مع الأسطح المعقدة الطوبوغرافي 21. على العكس من ذلك، وذلك باستخدام نموذج تربيقي التئام العظام، وونغ وآخرون 22 وأظهرت "وجود علاقة ممتازة" بين زرع خشونة السطح وطرد الحمل الفشل، وأشار إلى أن الروابط الكيميائية لعبت بالفعل دورا يذكر في المرسى من العظام إلى زرع السطح. في حين أنه من المحتمل أن كلا من الاتصال وتكون العظم مسافة تحدث، بدرجات متفاوتة، في جميع داخل العظم شبه implaالإقليم الشمالي الشفاء مقصورات، أظهرت السطوح معقدة microtopographically لنفسها ان تكون مفيدة بشكل خاص في الشفاء العظمية تربيقي المقصورات 23. وتصنف هذه الأخيرة على أنها من الفئة الثالثة أو الدرجة الرابعة العظام في الأدب الأسنان 24.
هدفنا كان التركيز على آليات الاتصال وتكون العظم الناتجة المرسى العظام / التي يمكن أن تترتب على ذلك زرع في بيئة العظام الشفاء تربيقية. هذا المرسى، والذي يعتمد على تضاريس سطح الزرع (انظر أعلاه)، يمكن أن تحدث في مختلف نطاقات-الحجم. من جهة، وتورط فقط ميزات زرع submicron في العظام الرابطة - كما وصفها تشابك من الاسمنت العظمي خط المصفوفة مع هذه السطوح، وينظر إليه على النظارات النشطة بيولوجيا، والسيراميك وأكاسيد المعادن شبكي. من جهة أخرى، وأنسجة العظام (أحيانا كاملة مع الأوعية الدموية في الدم) يمكن أن تنمو لتصبح متعددة ميكرون، أو المستوى الكلي، ملامح زرع السطوح 18. كلتا الحالتين الدقةULT في شكل من أشكال مرسى العظام على سطح الزرع، على الرغم من أن الآليات بوضوح مختلفة. ومع ذلك، فإن الفشل المشترك للغالبية طرق الاختبار الميكانيكية المشار إليها أعلاه هو لمحاذاة قوة اضطراب في طائرة عمودية تماما، أو موازية لتلك التي على سطح زرع (اعتمادا على ما إذا كان يعمل أو الشد القص واسطة). نحن هنا تقرير الأسلوب الذي يتغلب على هذا القيد.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. زرع تصميم وتصنيع، والمعالجة السطحية
ملاحظة: مختلف العلاجات الكيميائية أو الميكانيكية يمكن تطبيقها على إنشاء تضاريس السطح المطلوب و / أو الكيمياء، وهذه سوف تعتمد على طبيعة questi التجريبيةعلى أن يتم معالجتها. في المثال المقدمة هنا، تعرض مجموعة واحدة من التيتانيوم النقي تجاريا (cpTi) يزرع لحصى التفجير (GB) - وهي عملية مطروح - لإنشاء microtopography المعقدة. ثم تم تعديل نصف يزرع مزيدا من خلال إضافة فوسفات الكالسيوم (CAP) البلورات النانوية لإنشاء nanotopography السوبر المفروضة (GB-DCD).
ملاحظة: عند عرض الجزئي سطح حصى انتقد مقارنة مع تعديل نانو السطح، في 10،000 X التكبير، وليس هناك اختلاف واضح في خصائص السطح. ومع ذلك، عندما ينظر في 100،000 X التكبير، والاختلافات تصبح واضحة تماما (الشكل 2). وقد تبين في السابق أن مثل هذه التغييرات السطحية لها آثار عميقة على osteoconduction 14.
2. نموذج الحيوان والإجراءات الجراحية
3. عينة حصاد
4. اختبار الميكانيكية
تم تصميم القالب المخصص الانفصالية إلى وعاء لكل عينة، وخلق وسيلة للتكرار ودقيقة لإعداد العينات للاختبار الميكانيكية. تصميم يسمح لعزل منطقة 0.5 ملم من العظم شبه زرع لمنطقة الاختبار متسقة، في حين عقد العينة تركزت والأفقي تماما أثناء عملية الوضع في القدر، مما يسمح لتطبيق قوة مباشرة عمودي على سطح الزرع. انظر الشكل 5 للرسومات هندسية كاملة والشكل (6) لمكونات النهائي.
ملاحظة: السلوك كل اختبار باستخدام جهاز اختبار الميكانيكية، وتعمل بسرعة الأخمص من 30 مم / دقيقة. لتقييم نوعي من العظام المتبقية الاختبار التالي، ويمكن استخدام مجهر تشريح.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
زيادة جميع الحيوانات نشاطهم الإسعافية مع مرور الوقت بعد استردادها من الجراحة. هذا أمر مهم لأن الحمل له آثار مختلفة على نطاق وتصاميم نطاقات مختلفة، ونحن قد ذكرت مؤخرا 12. ويرد منحنى القوة / النزوح ممثل لعينات الاختبار التالي الاختبار الميكانيكي في الشكل 9A، ويتم تقديم البيانات المتوسط لكل سطح زرع في الشكل 9B. وسجلت قيمة القوة القصوى التي كتبها كل عينة المحققة والقيم متوسط مجموعة للمقارنة (ن = 28 لكل مجموعة). سطح GB-DCD، مع ميزات الطب...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
نموذج اختبار الميكانيكية المقدمة هنا يوفر طريقة محسنة لتقييم رسو العظام على الأسطح زرع مرشح، لأنه يسمح للدقيقة متعامدة، أو متوازية، والمحاذاة من عينة الاختبار مع محور القوة تعطل تطبيق، ويحد منطقة الكسر ل في غضون نصف ملليمتر من سطح الزرع. أدرج نموذج بسهولة في الدراسات التي تقارن فعالية أي مجموعة من كيميائيا أو ميكانيكيا، السطوح تعديل، ولكن ليست مناسبة لالأسطح الملساء كما يتم فصل هذه العظام بسهولة من خلال عينة التلاعب. يزرع يمكن تصنيعها من مجموعة واسعة من المواد الحيوية. يتم جمع الب...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تلقى التمويل من الكتاب ومواد الدعم من BIOMET 3I (بالم بيتش غاردنز، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية). كان BIOMET 3I أي جزء في كتابة هذه المخطوطة أو تصميم التجارب وصفها.
فإن الكتاب أود أن أشكر BIOMET 3I مواصلة تقديم الدعم المالي لها، وعلى وجه الخصوص راندي غودمان للمساعدة في تصميم وتصنيع الأجزاء المخصصة. سبنسر بيل هي المستفيدة من المنح الدراسية للدراسات العليا الصناعية، التي تقدمها العلوم الوطنية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC). نود أيضا أن نشكر الدكتور جون Brunski لله تواصلك جدا أثناء إعداد المخطوطة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| دولبيكو s محلول عازلة الفوسفات (DPBS) | Gibco Life Technologies ، برلنغتون ، أونتاريو ، كندا | 14190-250 | |
| محلول الفورمالين المحايد 10٪ | Sigma-Aldrich Co. LLC. ، كندا | HT501128-4L | |
| غرسات مستطيلة مصممة خصيصا (تيتانيوم نقي تجاريا ؛ الأبعاد: 4 مم × 2.5 مم × 1.3 مم مع ثقب 0.7 مم محفور مركزيا أسفل المحور الطويل) | Biomet 3i ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية | N / A | |
| قالب انفصالي مصمم خصيصا | Biomet 3i ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية | Isoflurane | |
| Baxter Internationl Inc. | N / A | ||
| Buprenorphine | Bedford Laboratories | N / A | |
| 10٪ بيتادين | بروس ميديكال ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة | FR-2200-90 | |
| مشرط | ألميديك ، ميدستور ، جامعة تورنتو ، كندا | 2586-M36-0100 | |
| شفرة مشرط # 15 (معقمة) | ماجنا ، ميدستور ، جامعة تورنتو ، كندا | 2586 | |
| مصعد سمحكي #24G | الطيف الجراحي ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية | EX7 | |
| ملقط | Almedic ، ميدستور ، جامعة تورنتو ، كندا | 7747-A10-108 | |
| ملقط الأنسجة | Almedic ، Medstore ، جامعة تورنتو ، كندا | 7722-A10-308 | |
| مقص | Almedic ، Medstore ، جامعة تورنتو | 7603-A8-240 | |
| نسيج ماص للأغراض العامة ستارة (معقمة) | حيوية شاش طبي | 1089 | |
| (غير معقم) | VWR | 89133-260 | |
| إبر 25 جم × 5/8 بوصة (يمكن التخلص منها) | BD ، كندا | 305122 | |
| محاقن (معقمة) | VWR ، كندا | CABD309653 | |
| سائق إبرة | Almedic ، Medstore ، جامعة تورنتو ، كندا | A17-132 | |
| Dynarex قفازات جراحية (معقمة) | Amazon.com | 2475 | |
| أقنعة جراحية | فيشربراند ، ميدستور ، جامعة تورنتو ، كندا | 296360759 | |
| 0.9٪ ماركة بيت المحلول الملحي المعقم | ، ميدستور ، جامعة تورنتو ، كندا | 1011-L8001 | |
| ماكينة قص الشعر | ريمنجتون ، الولايات المتحدة | N / A | |
| 4-0 Polysorb | Syneture | SL5627G | |
| مقاطع الجرح | 9 ممبكتون ديكنسون ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية | 427631 | |
| ImplantMED DU 900 و WS-75 قطعة يدوية للأسنان ؛ | ث & H Dentalwerk ، النمسا | DU1000US | |
| 1.3 مم مثقاب تويست | Brasseler ، GA ، الولايات المتحدة الأمريكية | 203.21.013 | |
| 1.3 مم لدغ الأسنان ؛ | Biomet 3i ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية | مخصص | |
| 1.2 مم أسطواني لدغ القطع الجانبي Biomet | 3i ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية | مخصص | |
| لدغ الماس الأسطواني | Brasseler ، GA ، الولايات المتحدة الأمريكية | H1.21.014 | |
| نظام حفر الأسنان عالي السرعة | قبضة: KaVo Dental Corporation ، IL ، الولايات المتحدة الأمريكية | N / A | |
| التحكم في قبضة: DCI International ، OR ، الولايات المتحدة الأمريكية | |||
| 99.5٪ Ultra Pure sucrose | BioShop Canada Inc. ، Burlington ، ON ، كندا | 57-50-1 | |
| مركب أسنان قابل للتدفق | Filtek Supreme Ultra Flowable Storative ، 3M ESPE ، سانت بول ، مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية | 6033XW | |
| Sapphire Plasma Arc ضوء علاج عالي الكثافة | Den-Mat Holdings ، سانتا ماريا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية | N / A | |
| Instron 4301 مع خلية تحميل 1000 N | Instron ، نوروود ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية | N / A | |
| Leica Wild M3Z Stereozoom تشريح المجهر | لايكا ، هيربروج ، سويسرا | N / A | |
| QImaging Micropublisher 5.0 RTV الكاميرا الرقمية إلى جانب QCapture 2.90.1 برنامج الاستحواذ | QImaging ، ساري ، كولومبيا البريطانية ، كندا | N / A | |
| الفرجار الرقمي الإلكتروني ؛ | شركة فريد ف. فاولر ، إنك ، نيوتن ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية | غير | |
| متاح لأداة الاختبار الميكانيكية | إنسترون ، نوروود ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية | غير |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.