لتحسين طرق الاختبارات الميكانيكية لتقييم العظم زرع مرسى

الهدف العام من هذا الإجراء هو تقييم تثبيت واستقرار العظم الترميمي حديث التكوين على أسطح الغرسات المرشحة. يتم تحقيق ذلك من خلال إنشاء مجموعتين من غرسات التيتانيوم المخصصة أولاً؛ حيث تُعالج مجموعة واحدة بمعالجة قياسية بالنفث الرملي (grit blast) لإنشاء تضاريس مجهرية أساسية، بينما تُعالج المجموعة الثانية بنفس معالجة النفث الرملي، مع إضافة بلورات نانوية من فوسفات الكالسيوم فوقها.

تتمثل الخطوة الثانية في وضع الغرسات في الجزء القاصي من عظم الفخذ لذكور جرذان Wistar لمدة تسعة أيام، وعند هذه النقطة يتم جمع عظام الفخذ. بعد ذلك، يتم تنظيف عظام الفخذ وتقليم العظم المحيط ليتناسب مع عرض الغرسة، مما يترك عينات الاختبار الميكانيكي مع القوس القشري على كلا جانبي الغرسة. وتتمثل الخطوة النهائية في وضع عينات الاختبار في مركب سني قابل للتدفق باستخدام قالب مخصص قابل للكسر، والذي يعزل 0.5 millimeters من العظم المحيط بالغرسة، ومن ثم إجراء الاختبار الميكانيكي على العينات.

في نهاية المطاف، توفر نتائج الاختبارات الميكانيكية تقييماً لقدرة سطح الغرسة المرشح على العمل كسطح تثبيت للعظم الترميمي المتكون حديثاً. ويمكن استخدام هذه الطريقة لإثبات أهمية النطاقات المقاييسية المختلفة لتضاريس سطح الغرسة على الآليات المتنوعة لتثبيت العظام، بدءاً من الترابط العظمي على مقياس النانومتر وصولاً إلى النمو العظمي الداخلي على مقياس الميكرون الخشن. وتعد هذه التقنية مناسبة بشكل خاص لقياس تأثيرات تصميمات الأسطح المرشحة، مثل الأسطح المثبتة للعظم الترميمي المتكون حديثاً.

بما أنها تحصر منطقة الاختبار الميكانيكي ضمن نصف مليمتر من سطح الغرسة. يمكن لهذه الطريقة تقديم رؤى حول التأثيرات على تكوين العظام كدالة لتصميم سطح الغرسة، كما يمكن تطبيقها على مواد غرس أخرى معدنية وسيراميكية وبوليمرية. لبدء هذا الإجراء، قم بتصنيع غرسات تيتانيوم مستطيلة الشكل من التيتانيوم النقي تجارياً، ثم احفر ثقباً مركزياً على طول المحور الطولي وجهز أسطحها للغرس كما هو موضح في البروتوكول النصي المصاحب، وخصص غرسة واحدة للفخذ الأيسر وأخرى للفخذ الأيمن عن طريق التوزيع العشوائي الجزئي.

يضمن ذلك وجود نوع واحد من كل غرسة في نفس الحيوان، مما يسمح بتحسين التحليل الإحصائي. وكما هو الحال في جميع الإجراءات التي تشمل الحيوانات، يجب الحصول على موافقة البروتوكول من لجنة رعاية الحيوان المحلية قبل البدء في أي تجارب لهذا الإجراء. يتم توفير جرذان Wistar صغيرة يتراوح وزنها بين 200 و 250 غراماً في وقت الجراحة.

قم بتخدير جرذ واحد في كل مرة باستخدام التخدير الاستنشاقي للحث. يتم إعطاء 4% isof fluorine في الأكسجين بمعدل تدفق قدره لتر واحد في الدقيقة. ثم استخدم 2% isof fluorine في خليط مكون من لتر واحد في الدقيقة من أكسيد النيتروز و 0.6 لتر في الدقيقة من الأكسجين.

للحفاظ على التخدير، أجرِ اختبار قرص إصبع القدم القياسي للتأكد من فعالية التخدير قبل المتابعة في الإجراء. وبمجرد إتمام التخدير الكامل، ضع مرهم الدموع الاصطناعية على كلتا العينين، ثم أعطِ مسكناً للألم قبل الجراحة عن طريق حقن buprenorphine تحت الجلد بجرعة تتراوح من 0.01 إلى 0.05 milligrams per kilogram. بعد ذلك، احلق الجانب الأمامي الوحشي من كل رجل خلفية، ثم قم بتطهير المنطقة الجراحية عن طريق التناوب ثلاث مرات بين 10% Betadine و 70% ethanol.

ضع الجرذ على وسادة تدوير المياه الدافئة لمنع انخفاض درجة حرارة الجسم أثناء الإجراء باستخدام مشرط جراحي رقم 15. قم بعمل شق عبر الجلد وعلى طول الجانب الوحشي للفخذ للكشف عن العضلة. ثم اكشف عن الجزء القاصي من عظم الفخذ باستخدام التشريح الكليل لإزاحة الكتل العضلية بطريقة طفيفة التوغل.

بعد ذلك، قم بكشط الطبقة الرقيقة من السمحاق التي تغطي عظم الفخذ باستخدام رافع السمحاق لتعريض العظم القشري بالكامل من أجل الحفر. احرص على عدم إتلاف صفيحة النمو أو الغضروف المفصلي لمفصل الركبة أثناء التشريح غير الحاد أو إزالة السمحاق. بمجرد تنظيف عظم الفخذ وفحصه، قم بتدوير عظم الفخذ جانبياً لتعريض الجانب الأمامي من الجزء البعيد من عظم الفخذ.

تأكد أيضاً من توفر كمية كافية من المحلول الملحي المعقم لغسل الأنسجة أثناء الحفر لتجنب ارتفاع درجة حرارة الأنسجة. قبل البدء في الحفر، حدد موقع ثقبين تفصل بينهما مسافة 2.5 millimeters على طول الخط الناصف لعظمة الفخذ باستخدام الفرجار. بعد ذلك، قم بتثبيت مثقاب أسنان بقطر 1.3 millimeter في القبضة اليدوية لطب الأسنان وقم بعمل الثقوب عن طريق الحفر عبر القشرة الأمامية. بعد ذلك، قم بتثبيت مثقاب أسنان لولبي بقطر 1.3 millimeter في القبضة اليدوية وقم بتوسيع الثقوب عبر القشرة المقابلة لعظمة الفخذ، مما ينتج عنه ثقوب متوازية ثنائية القشرة.

أخيرًا، استبدل السنابل الدوارة (twist burr) بسنابل قطع جانبية مخصصة واستخدمها لربط الثقوب في اتجاه من الداني إلى القاصي، لتشكيل موقع الغرسة. وبمجرد اكتمال العيب، مرر خيط جراحة قابل للتحلل الحيوي عبر الفتحة باستخدام الإبرة المرفقة وأعده حول القشرة الفخذية الخارجية. بعد ذلك، أدخل الغرسة فوق الطرف الحر للخيط ووجهها نحو العيب حيث يجب تثبيتها عن طريق الضغط.

اربط الغرزة حول الجانب الوحشي لعظم الفخذ لضمان استقرار الغرسة أثناء فترة التعافي بعد الجراحة والمراحل المبكرة من الالتئام. استخدم ما تبقى من الغرزة لإغلاق أنسجة العضلات، ثم أعد وضع الأنسجة الجلدية باستخدام الدبابيس الجراحية. وأخيراً، قم بإعطاء مسكن للألم بعد الجراحة عن طريق حقن تحت الجلد.

افحص مواقع الجراحة للبحث عن علامات العدوى وراقب الحيوانات يومياً. استبعد الحيوانات التي لم تستعد القدرة على المشي بشكل كامل أو تلك التي يتبين إصابتها بكسور في عظم الفخذ عند التضحية. عند التضحية، افصل عظم الفخذ ونظف العظم من الأنسجة الرخوة المحيطة. ثم قم بتخزينه فوراً في محلول سكروس sucrose منظم بنسبة 15% للحفاظ على ترطيب الأنسجة.

تمهيداً للاختبار الميكانيكي، ارسم خطاً أسود رفيعاً باستخدام قلم تحديد ثابت على القوس الجانبي لأغراض التعريف. بعد ذلك، قم بتقليم العظم ليتناسب مع عرض الغرسات باستخدام مثقاب ماسي أسطواني متصل بنظام عالي السرعة. تتكون عينات الاختبار النهائية من قوسين عظميين مثبتين على كل وجه من وجوه الغرسة.

استخدم جهاز اختبار ميكانيكي مجهز بخلية تحميل لجميع الاختبارات، واضبط سرعة التشغيل على 30 millimeters per minute. خصص قيمة اختبار قدرها zero newton's للأقواس التي تسقط أثناء التحضير أو النقل إلى عينات الاختبار. أولاً، ضع العينة في قالب كسر مخصص وثبتها بوضع لوحة التثبيت على الجانب الخلفي من القالب.

بعد ذلك، أحط القوس القشري بمركب سني قابل للتدفق وعالج المركب لمدة 60 ثانية باستخدام ضوء معالجة عالي الكثافة بقوس البلازما الياقوتي. يسمح هذا التصميم بعزل منطقة تبلغ 0.5 مليمتر من العظم المحيط بالغرسة لضمان اتساق الاختبار. بعد المعالجة، افتح القالب وأخرج كتلة العينة المتصلبة.

بعد ذلك، قم بتثبيت نسخة مسبقة الصنع من عينة الاختبار في منجلة ومركز الوحدة على قاعدة جهاز الـ instron. ثم قم بتثبيت العينة في النظام عن طريق وضعها في سن اللولب الخاص بالمنجلة، وتمرير خيط صيد من النايلون بوزن 10 pound عبر الغرسة، وربط النهايات الحرة بالعوارضة المتحركة. ولضمان الاتساق، قم دائمًا بتحديد واختبار الجانب الوحشي أولاً. بعد ذلك، حرك العوارضة بعيدًا عن العينة بسرعة 30 millimeters per minute كما في السابق حتى حدوث الكسر.

بمجرد انفصال العظم عن سطح الغرسة، كرر هذه العملية مع القوس الإنسي، ثم افحص أسطح الغرسات باستخدام مجهر تشريحي. تظهر هنا صور SEM لأسطح الغرسات المعالجة بالنفث الرملي مع وبدون إضافة بلورات نانوية من فوسفات الكالسيوم. تبدو الأسطح النانوية المعدلة مشابهة للأسطح الضابطة عند تكبير 10,000 x، ولكن عند عرضها بتكبير 100,000 x، تصبح التضاريس النانوية المتراكبة الناتجة عن بلورات فوسفات الكالسيوم النانوية واضحة تماماً.

تظهر هنا منحنيات الإزاحة القسرية التمثيلية. تمثل الخطوط الحمراء الأسطح ذات التضاريس المجهرية المعقدة، بينما يمثل الخط الأسود الغرسات ذات بلورات فوسفات الكالسيوم النانوية المتراكبة. أظهر السطح الذي أضيفت إليه ميزات تضاريسية دون مجهرية من فوسفات الكالسيوم قوى تمزيق أعلى بكثير من السطح ذو التضاريس المجهرية غير المعدلة.

عند تحليل مستويات الكسر بعد الاختبار الميكانيكي، تبين أن 92% من العينات التي غُلفت العظمة فيها بمركب أسنان انسيابي قد تكسرت ضمن منطقة الغرسة المستهدفة. وأثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم توخي الدقة الشديدة عند صب عينات الاختبار نظراً لصغر حجمها ووزنها؛ حيث يصعب وضعها بدقة، لذا من الضروري محاذاة كل شيء بشكل صحيح قبل وضع مركب الأسنان.

بعد اتباع هذا الإجراء، يمكن إجراء طرق تصوير متقدمة مثل تصوير الإلكترونات المرتدة في المجهر الإلكتروني الماسح، وذلك للإجابة على أسئلة إضافية حول التفاعل بين العظم والغرسة بتكبير أعلى بكثير.