原位压极限和骨牙周韧带齿纤维联合的相关性无创成像
2014年3月7日
在这项研究中， 在加上微X射线计算机断层摄影术为纤维状关节生物力学原位装载装置使用一个将被讨论。识别与关节生物力学的整体改变的实验读数将包括:1）反动力与位移，在牙槽窝内，即牙齿位移及其装载反动响应，2）三维（3D）空间构型和形态测量， 即几何齿与齿槽插座，和3）中读出1和2的变化是由于在加载轴， 即同心或偏心载荷的变化关系。
该程序的总体目标是测量牙槽复合体的生物力学反应。这是通过首先解剖动物以去除完整的半下颌骨或上颌骨来实现的。该程序的第二步是安装试样并准备带有复合材料堆积物的齿表面以进行机械测试。
最后的步骤包括使用 in C 两个称重传感器测量样品的生物力学状态，然后使用 X 射线显微镜扫描样品。最终，结果可以显示纤维关节的生物力学反应的变化，例如由于疾病或功能减退以及各种负荷状态下的高分辨率 tommies。与现有方法相比，这种技术的主要优点是器官保持完整并且扫描方法是非侵入性的。
因此，韧带的自然应变场得以保持，并且可以准确测量生物力学特性。首先，按照协议中的说明获得解剖的上颌骨或下颌骨。使用丙烯酸将试样固定在钢桩上。
从短根的边缘去除任何多余的材料。接下来，使用直尺将感兴趣的咬合面对齐，平行于近中远中平面中的 A FM 金属标本盘，然后在颊舌平面对齐。使用钝器，在臼齿周围创建一个槽。
它起到组织水合作用的储存库的作用。在 C 2 加载以准备牙齿表面期间，使用 35% 磷酸蚀刻感兴趣的咬合表面 15 秒。放置 15 秒后，用去离子水彻底冲洗蚀刻区域，并使用压缩空气干燥表面，以防止复合材料意外固化。
在最小环境光下执行接下来的几个步骤。将一滴粘合剂涂抹到敞开的尖头中。固化粘合剂 20 秒。
使用牙科固化灯，使用刀片刮掉任何多余的粘合剂。重要的是要确保多余的复合材料不会溢出到相邻的牙齿。这可以防止牙齿在被压缩到骨槽中时出现错误
。现在在表面涂上一层薄薄的可流动牙科复合材料，并将其铺入臼齿之间的凹槽中。铺展后，将此化合物暴露在固化光下 30 秒。接下来，在感兴趣的咬合平面上构建 3 到 4 毫米的牙科复合材料，并通过 30 秒的光照将其固化。
重新打开灯后，使用直尺和带有金刚石毛刺的高速手机去除多余的复合材料，并将复合材料堆积物的顶部平整成平坦的表面。这可确保在完成后均匀地施加负载。将标本储存在含有抗生素的 TBS 中，直到对其进行检测。
要首先对试样进行机械测试，请将其固定在加载装置的砧座之间。接下来，将铰接纸放在复合材料的表面上。然后施加一个小负载以检查负载的均匀性。
同心载荷由标记的均匀分布表示，以在测试过程中保持试样水分，浸泡组织和 TBS 并将其放置在试样周围。还要用 TBS 填充刻在试样中的储液器。使用该软件，施加峰值载荷和位移速率以压缩固定的磨牙。
在 A FM 存根上，可以用 PTA 对软组织进行染色。为了增强 X 射线图像，将 5% PTA 回填到 1.8 毫升的 carpulé 中。使用注射器缓慢地注射 5 分钟，将 PTA 注射到与感兴趣区域相邻的 PDL 空间。
再重复注射 4 次，使总注射量达到 9 毫升。完成注射后，可以将标本浸泡过夜。在加载周期内的 X 射线分析之前的 PTA 中，当齿轮从钳口关闭切换到打开时，会有一个预期的反冲期。
这持续大约三秒钟，无论加载条件如何，都可以看到。在刚体加载期间，对这种反冲的响应最强。相比之下，反冲响应的幅度较小。
对于骨 PD L 牙齿标本，与聚甲基烯烃标本相比，它也较低，但与刚性体相比，不如骨 PD L 牙标本低，复合体和聚二甲基苏砷标本也明显较少。僵硬。典型非 ST 染色标本的 XCT 扫描清楚地显示了牙槽骨窝内牙齿的关系。然而，如果不使用增强染色剂，就无法区分像 PDL 这样的非矿化组织。
使用 PTA 等对比增强剂，软组织在 XCT 扫描中以更高的放大倍率变得可见。纤维甚至在 PDL 空间中变得可见。标本可以一起加载，例如在这种齿骨关系中以 15 牛顿加载，或者可以加载标本。
偏心导致齿的位移增加，并且牙槽配置与同心载荷不同。使用热谱图比较两种加载方案的效果。这两种方案都会导致牙齿垂直移位，但偏心载荷为牙齿移动增加了额外的旋转路径。
观看本视频后，您应该对如何使用与 micro XT 显微镜耦合的 init 加载装置准备和机械测试牙卵形复合物有很好的了解。
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概述
本研究讨论了使用原位加载设备和微型X光计算机断层扫描技术对牙齿牙槽复合体的生物力学响应。研究重点在于测量反作用力、空间配置和形态测量变化，以响应不同的加载条件。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物力学
- 牙科研究
- 成像技术
背景
- 牙齿牙槽复合体对于理解关节生物力学至关重要。
- 现有方法可能无法提供生物力学响应的非侵入式洞察。
- 高分辨率成像技术可以增进对关节力学的理解。
- 纤维性关节可能因疾病或机械加载而发生变化。
研究目的
- 测量牙齿牙槽复合体中纤维性关节的生物力学响应。
- 评估加载条件对关节力学的影响。
- 利用非侵入式成像方法进行生物力学分析。
使用的方法
- 解剖动物标本以获得完整的半下颌骨或上颌骨。
- 为机械测试准备牙齿表面。
- 使用测力传感器来测量生物力学状态。
- 用X光显微镜扫描标本以获得详细的成像。
主要结果
- 观察到反作用力和牙齿位移的变化。
- 分析了牙槽窝内牙齿的3D空间配置。
- 在不同的加载轴下观察到生物力学响应的变化。
- 该方法相较于传统的侵入式技术表现出优势。
结论
- 研究提供了对纤维性关节生物力学行为的洞察。
- 非侵入式成像技术可以有效评估关节力学。
- 理解这些力学对于解决牙科疾病至关重要。
常见问题
Executive Industry Relevance
This biomechanical testing protocol enables quantitative assessment of fibrous joint responses under physiological loading conditions, supporting target validation in musculoskeletal and connective tissue research. By correlating mechanical load with 3D structural changes, it provides predictive confidence for evaluating disease-modifying interventions in periodontal and dental pathologies. The approach addresses a critical gap in non-invasive, organ-level biomechanics assessment relevant to preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring reactionary force-displacement relationships in intact bone-PDL-tooth joints under controlled loading.
- Scientific Value: Supports biological de-risking through visualization of 3D spatial configuration and morphometrics of the fibrous joint under physiological conditions.
- Scientific Value: Facilitates mechanistic de-risking by quantifying load-axis-dependent changes in joint biomechanics, clarifying structure-function relationships.
Screening & Assay Development
- Operational Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by maintaining native strain fields and hydration states during mechanical testing.
- Operational Value: Enables assay standardization through non-invasive imaging coupled to mechanical readouts, ensuring reproducibility across loading conditions.
- Operational Value: Supports screening readiness by generating quantitative outputs (force, displacement, 3D morphometrics) for evaluating compound effects on joint integrity.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Provides disease-relevant system continuity by allowing assessment of biomechanical changes due to hypofunction or disease states in intact joints.
- Translational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by linking mechanical testing readouts to structural changes under varying load axes.
- Translational Value: Supports predictive confidence in preclinical models by demonstrating how loading conditions influence tooth displacement and socket configuration.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification by providing biomechanical phenotyping of fibrous joints under controlled loading, informing go/no-go decisions in target validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring biomechanical responses of the dental alveolar complex to concentric and eccentric loading.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized specimen preparation and non-invasive imaging that preserves tissue integrity during mechanical evaluation.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (reactionary force, displacement, 3D spatial configuration) enabling comparison across loading conditions and experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing how changes in loading axis affect joint biomechanics, relevant to modeling disease-induced alterations in fibrous tissues.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for evaluating biomechanical integrity of fibrous joints across multiple disease models and therapeutic interventions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in fibrous joint biomechanics through direct structure-function correlation.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via non-invasive imaging and controlled loading protocols that maintain physiological conditions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling quantitative assessment of biomechanical de-risking in connective tissue targets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by delivering biomechanical phenotyping data that informs advancement decisions in preclinical pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomechanical testing, specimen preparation, and micro-X-ray imaging interpretation.
- Dependent on access to in situ loading devices coupled to high-resolution X-ray microscopes and contrast agents for soft tissue visualization.
- Necessitates cross-team standardization of specimen hydration, loading protocols, and image acquisition timing to ensure data consistency.
- Involves adaptation considerations when applying the protocol to different fibrous joint models or species-specific anatomical variations.
- Includes practical limitations such as ex vivo constraint and potential artifacts from contrast agent use, which may affect soft tissue mechanical response interpretation.
