Mikrohärtemessungen an Zahn- und Alveolarknochen in Modellen für orale Erkrankungen von Nagetieren

Die Härte ist eine der mechanischen Eigenschaften (z. B. Elastizität, Härte, Viskoelastizität und Bruchverhalten) und wird häufig verwendet, um die Fähigkeit zu charakterisieren, der Druckverformung und dem Bruch eines lokalen Bereichs eines Materials zu widerstehen. Die statische Eindringhärteprüfung ist die am häufigsten verwendete Methode, einschließlich der Vickers-Härte und der Knoop-Härte¹. Die Vickers-Härteprüfung wird durchgeführt, indem ein Diamanteindringkörper unter einer festen Prüfkraft in die Oberfläche gedrückt wird. Der Eindringkörper ist pyramidenförmig, mit einer quadratischen Basis und einem Winkel von 136° zwischen gegenüberliegenden Flächen. Es wird die Länge der beiden auf der Prüfoberfläche gebildeten Diagonalen gemessen, und der Mittelwert wird zur Berechnung der Härte verwendet, die durch das Verhältnis F/A bestimmt wird (wobei F die Kraft und A die Oberfläche des Eindrucks ist). Die Vickers-Mikrohärtezahl (HV=F/A) wird normalerweise in Kilogramm-Kraft (kgf) pro mm² Eindruck, mit 1 HV ≈ 0,1891 F/d² (N/mm²) ausgedrückt. Die Knoop-Härte besteht ebenfalls aus einem quadratischen Diamant-Pyramiden-Eindringkörper, der aus zwei ungleichen gegensätzlichen Winkeln besteht. Die Knoop-Härtezahl (HK) entspricht dem Verhältnis der aufgebrachten Last zur projizierten Kontaktfläche. Härteprüfungen werden in Abhängigkeit von der auf das Prüfmaterial ausgeübten Kraft in Mikroeindruckprüfungen (Mikrohärte) und Makroeindruckprüfungen eingeteilt. Mikroeindringprüfungen verwenden typischerweise Lasten im Bereich von 0,01-2 N (ca. 1-203 gf); Bei Makro-Eindringtests werden über 10 N (10119 gf)¹ verwendet.

Zur Beurteilung von Merkmalen von Zahnhartgewebe bei oralen Erkrankungen, einschließlich Zahn- und Alveolarknochen, werden Mikro-CT (μCT) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) für die Strukturanalyse eingesetzt. μCT liefert 3D-Bildgebungsinformationen (Volumen und Mineraldichte)², und REM erzeugt Mikrostrukturbilder (Schmelzprisma und Knochenlakuna-Kanalikulär)³. Ergänzend zur Strukturanalyse mittels μCT und REM ist die Mikrohärte einer der informativen Parameter, um zu beurteilen, wie strukturelle Veränderungen die mechanischen Eigenschaften von Zahn- und Alveolarknochen bei oralen Erkrankungen verändern, z. B. bei Schmelzfehlbildungen und parodontaler Knochenresorption. Der Vickers-Mikrohärtewert des menschlichen Zahnschmelzes (HV = 283-374) ist etwa 4- bis 5-mal höher als der von Dentin (HV = 53-63)^4,5. In Zahnfluorosemodellen von Nagetieren nimmt die Mikrohärte des Zahnschmelzes bei Mausschneidezähnen, die mit Fluorid behandelt wurden (HV = 136), im Vergleich zum Kontrollzahnschmelz (HV = 334)^6,7 signifikant ab. Dies deutet darauf hin, dass fluorosierter Zahnschmelz weicher und schwächer ist, mit geringerem Mineralgehalt und höherem Proteingehalt als bei nicht fluorosiertem Zahnschmelz. Die Mikrohärte wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften des Knochens zu bewerten. Mehrere frühere Studien haben das mechanische Verhalten des menschlichen Knochens an verschiedenen anatomischen Stellen untersucht, einschließlich der Mikrohärte des langen Knochens ^8,9,10. Die mittlere Mikrohärte von fluorosierten Femuren des Menschen zeigte eine signifikante Abnahme (HV = 222,4) im Vergleich zu nicht fluorosierten Femuren (HV = 294,4)¹¹. Obwohl es sich um einen nützlichen Parameter handelt, gibt es einen Mangel an Literatur, die die Mikrohärte (entweder Vickers¹² oder Knoop ^13,14) des Alveolarknochens bei oralen Erkrankungen beschreibt.

Bisher wurde über unterschiedliche Messmethoden zur Messung der Mikrohärte berichtet. Da die Mikrohärtewerte je nach Probenvorbereitung (Polieren und flache Oberfläche) und Eindringstelle um¹⁵ variieren, können unterschiedliche Protokolle zu Diskrepanzen zwischen den Studien führen. Die Standardisierung des Mikrohärte-Prüfprotokolls ist für eine konsistente und genaue Bewertung in oralen Krankheitsmodellen unerlässlich. In der vorliegenden Studie demonstrieren wir ein standardisiertes Protokoll für die Mikrohärteanalyse in Zahn- und Alveolarknochen im Zahnfluorosemodell der Maus und im parodontalen Knochenresorptionsmodell.

Alle in diesem Protokoll beschriebenen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Vorschriften für die Verwendung von Wirbeltieren durchgeführt, die vom Institutional Animal Care Use Committee (IACUC) an der Augusta University und an der Nova Southeastern University genehmigt wurden, die von der Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International (AAALAC) akkreditiert ist. Beachten Sie, dass Dr. Suzuki an der Augusta University angestellt war, wo die Experimente zur Zahnfluorose bei Mäusen durchgeführt wurden.

1. Extraktion von Unterkieferschneidezähnen in einem Zahnfluorosemodell der Maus

1. Füttern Sie C57BL/6 Mäuse (5 Wochen alt, männlich) ab 1 Woche vor der Fluoridbehandlung bis zum Ende der Fluoridbehandlung mit fluoridfreiem Futter.
2. Bereiten Sie Fluoridwasser vor, indem Sie NaF in destilliertes Wasser geben, gefolgt von einer Vakuumfiltration mit einem 0,2-μm-Filter. Geben Sie den Tieren fluoridhaltiges Wasser in Form von NaF (0 ppm und 125 ppm; N=5/Gruppe) ad libitum für 6 Wochen. Ersetzen Sie Fluoridwasser alle 2 Tage durch eine frisch zubereitete Charge.
3. Nach 6 Wochen Fluoridwasserbehandlung die Tiere mit CO₂ einschläfern, gefolgt von der Enthauptung.
4. Extrahieren Sie den Hemi-Unterkiefer mit Schneidezahn aus jeder Maus. Um den Hemi-Unterkiefer mit Schneidezahn zu sammeln, durchtrennen Sie die Muskeln um den Unterkiefer herum, ohne übermäßige Kraft anzuwenden.
5. Legen Sie den Hemi-Unterkiefer in PBS und halten Sie ihn bis zur μ-CT-Analyse (optional) bei 4 °C. Trennen Sie den Schneidezahn mit einem Skalpell (#15) und einer Schere vom Unterkiefer, ohne die Probe zu beschädigen oder zu brechen.
6. Waschen Sie den isolierten Schneidezahn mit PBS und führen Sie eine Dehydrierung durch, indem Sie ihn 2-3 Stunden lang in immer stärkeren Alkohol (70% und 100% Ethanol) eintauchen.
   HINWEIS: Wenn das Gewebe (z. B. die Pulpa) nicht ausreichend dehydriert ist, wird die Harzimprägnierung wahrscheinlich gehemmt und die anschließende Bewertung ist wahrscheinlich unzureichend.
7. Nach der Dehydrierung mit Ethanol den Schneidezahn horizontal in Harz einbetten. Fahren Sie mit Schritt 3 fort.

2. Extraktion von Alveolarknochen des Oberkiefers in einem Modell der Ligatur-induzierten parodontalen Knochenresorption (L-PBR) der Maus

1. Verabreichen Sie 0,8 ml Ketamin (100 mg/ml) + 0,1 ml Xylazin (100 mg/ml) + 9,1 ml PBS intraperitoneal (i.p.) an die Maus (C57BL/6, 8-12 Wochen alt, männlich) als Anästhetika. Die Dosierung beträgt 0,01 ml/g (Gewicht). Tragen Sie eine Augensalbe auf beide Augen auf, um Trockenheit unter Narkose zu verhindern.
2. Legen Sie die betäubte Maus für 5-10 Minuten auf ein Heizkissen. Beurteilen Sie die Reaktionen auf Schwanz-/Zehenkneifen und die Unversehrtheit des Augenreflexes. Vergewissern Sie sich, dass die Maus nicht auf die schädlichen Reize reagiert und der Reflex nicht vorhanden ist.
3. Legen Sie die Maus auf die Behandlungsliege und halten Sie den Mund offen, indem Sie eine Ligatur 5-0 Seidennaht verwenden, die an einen Magnetstift auf der Behandlungsliege gebunden ist.
4. Wickeln Sie die Ligatur (Geflochtene Seidennaht 6-0) unter einem Operationsmikroskop mit Mikronadelhaltern um eine Seite des zweiten Backenzahns im Oberkiefer (einlagig). Minimieren Sie individuelle Unterschiede in der Analyse, indem Sie eine Seite als Behandlungsseite und die andere Seite als Kontrolle verwenden.
5. Binden Sie die Ligatur und machen Sie einen Knoten auf der Gaumenseite. Schneiden Sie nach dem Knoten die verbleibende Ligatur so kurz wie möglich ab, damit die überschüssige Ligatur das Kauen oder Essen nicht beeinträchtigt. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass sich die Ligatur im anschließenden Beobachtungszeitraum nicht durch Kauen löst.
   HINWEIS: Lassen Sie das Tier nicht unbeaufsichtigt, bis es wieder genügend Bewusstsein erlangt hat, um das Brustbein aufrecht zu erhalten. Geben Sie das operierte Tier nicht an andere Tiere zurück, bis es sich vollständig erholt hat. Halten Sie während des Überlebens sterile Bedingungen aufrecht.
6. Füttern Sie Mäuse 2 Wochen lang ad libitum mit Futter und Wasser. Nach 2 Wochen Ligatur werden die Mäuse mit CO₂ eingeschläfert, gefolgt von der Enthauptung.
7. Von jeder Maus werden beide Oberkiefer (Ligaturseite und Kontrollseite) mit Molaren extrahiert. Um Oberkiefer mit Backenzähnen zu sammeln, schneiden Sie die Muskeln und den Knochen um den Oberkiefer herum mit einer Schere durch, ohne übermäßige Kraft anzuwenden. Legen Sie jeden Oberkiefer in PBS und halten Sie ihn bis zur μCT-Analyse (optional) bei 4 °C.
8. Trennen Sie den Alveolarknochen mit Molaren (1^{. bis 3.) mit} einem Skalpell (#15) und einer Schere vom Oberkiefer, ohne die Probe zu beschädigen oder zu brechen.
9. Waschen Sie den isolierten Alveolarknochen mit PBS und dehydrieren und entfetten Sie ihn dann durch Eintauchen in zunehmender Stärke von Alkohol (70% und 100% Ethanol) für 2-3 Stunden.
   HINWEIS: Wenn das Gewebe (z. B. Pulpa und Knochen) nicht ausreichend dehydriert ist, wird die Harzimprägnierung wahrscheinlich gehemmt und die anschließende Bewertung wahrscheinlich unzureichend sein.
10. Nach der Dehydrierung mit Ethanol den Alveolarknochen horizontal in Harz einbetten. Fahren Sie mit Schritt 3 fort.
11. Optional: Führen Sie eine μCT-Auswertung vor der Mikrohärteprüfung durch.
    1. Führen Sie vor der Mikrohärteprüfung eine zerstörungsfreie Strukturanalyse (z. B. μCT) mit derselben Probe für die Mikrohärteprüfung als ergänzende Bewertung durch (Abbildung 1). Strukturelle Informationen (3D-Bild, Mineraldichte, Volumen) durch μCT könnten bei der Bewertung der mechanischen Eigenschaften und Qualität der Probe helfen, die sich auf die Ergebnisse der Mikrohärte auswirken können.

Abbildung 1: Repräsentative μCT-Bilder des Zahnschmelzes in Kontroll- und fluoridbehandelten Mäuseschneidezähnen. (A) Repräsentatives μCT-Sagittalbild des Unterkieferschneidezahns. (B-D) μCT-Koronalbilder des Kontrollschneidezahns (NaF 0 ppm). (E-G) μCT-Koronaler Bilder von Schneidezähnen, die mit NaF (125 ppm) behandelt wurden. Die repräsentative Schmelzmineraldichte (EMD) ist dargestellt (g/^{cm 3}). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

3. Einbetten von Proben in Harz

1. Fahren Sie mit Schritt 1.7 (Modell der Zahnfluorose) oder Schritt 2.10 (Modell L-PBR) fort.
2. Beschichten Sie die Innenseite des Montagebechers (1 Zoll) mit einer dünnen Schicht Vaseline. Harz (kalthärtendes Einbettharz) nach Anleitung mischen. Gieße das Harz und den Härter im Volumenverhältnis 15:2 in den mitgelieferten Plastikbecher und verrühre es vorsichtig mit einem Holzspatel für mindestens 2 min. Vermeiden Sie Luftblasen.
3. Platzieren Sie den dehydrierten und entfetteten Schneidezahn (Abbildung 2A) oder den Alveolarknochen mit Molaren (Abbildung 2B), die horizontal und parallel zur Unterseite des Montagebechers ausgerichtet sind (1 Probe pro Pfanne).
4. Gießen Sie das gemischte Harz (gerade genug Harz, ca. 1,5 ml) in den Einfassungstopf, um die Probe vollständig zu bedecken. Vermeiden Sie die Zugabe von mehr Harz als nötig, da überschüssiges Harz den Polierprozess behindert (Abbildung 2C,D). Stellen Sie den Einbettbecher mit der Probe für mindestens 8 Stunden bei 50 °C auf eine Heizplatte, um die Polymerisation des Harzes zu fördern. Dieses Verfahren trägt dazu bei, die Probe in einer stabilen Position zu halten.
   HINWEIS: Passen Sie je nach Probengröße die Harzmenge so an, dass die Probe vollständig bedeckt ist. Füllen Sie nicht zu viel Harz ein, da sonst mehr Zeit benötigt wird, um überflüssiges Harz zu entfernen.
5. Entfernen Sie nach dem Aushärten das Harz, das die Probe enthält, aus dem Einbetttopf. Entfernen Sie Grate und ordnen Sie die Ebene der Probe und die gegenüberliegende Seitenebene parallel und flach an, indem Sie einen fortschrittlichen Schleifer und Polierer mit rauem, wasserfestem Schleifpapier (Körnung 60/P60 und 120/P120) unter Wasserflutung verwenden. Halten Sie die Höhe der Probe für Schneidezahn und Alveolarknochen auf ca. 3 mm (Abbildung 2E,F).
   HINWEIS: Wenn die Probe nach der Mikrohärtemessung mittels REM analysiert wird, sollte die Dicke der Probe etwa 3 mm betragen, damit die nachfolgende REM-Betrachtung nicht beeinträchtigt wird. Kleinere Proben sind mit dem Zerkleinerer schwieriger zu handhaben. Bei Proben, die nur für die Mikrohärte bestimmt sind, kann die Probenhöhe auf etwa 10-20 mm ansteigen.
6. Schneiden Sie die äußere Form mit einer Präzisions-Trennsäge zu einem rechteckigen massiven Harzblock und abgerundeten Ecken (ca. Breite 30 mm, Länge 10 mm für den Schneidezahn (Abbildung 2G) und Breite 10 mm, Länge 5 mm für Alveolarknochen (Abbildung 2H)) ab.
7. Sobald die Korrektur der groben Form abgeschlossen ist, entfernen Sie Schmutz und Partikel mit einem Ultraschallreiniger (ca. 1 min) vom Harzblock. Fahren Sie mit Schritt 4 fort.

Abbildung 2: Ablauf des Einbettungs- und Polierverfahrens. (A) Dehydrierter und entfetteter Schneidezahn. (B) Dehydrierter und entfetteter Alveolarknochen in L-PBR. (C, D) Schneidezähne und Alveolarknochen in Harz getaucht. (E, F) Durch das Abschneiden des Harzes ist es einfacher, die Oberfläche des Zielgewebes zu polieren. (G, H) Harzecken für den Polierprozess abgerundet. Abkürzungen: L-PBR = Ligatur-induzierte parodontale Knochenresorption. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

4. Polieren der Proben

HINWEIS: Das Polieren der Proben erfolgt manuell mit wasserfesten Schleifpapieren (von rau bis feiner) auf einem fortschrittlichen Schleifer-Polierer unter Wasserflutung.

1. Legen Sie ein raues, wasserfestes Schleifpapier (Körnung 600/P1200) auf die Schleifmaschine. Legen Sie den abgeschnittenen und gereinigten Harzblock (aus Schritt 3.7) auf das raue, wasserfeste Schleifpapier.
2. Halten Sie unter dem Einfüllen von Wasser den Harzblock fest und polieren Sie die Bewertungsfläche der Probe auf dem Schleifer-Polierer (Geschwindigkeit 1-10 x g). Achten Sie zu diesem Zeitpunkt darauf, den Harzblock so zu halten, dass die Bewertungsfläche parallel zum Boden ist. Um die Auswerteoberfläche intakt zu halten, überprüfen Sie die Oberfläche mit bloßem Auge oder unter einem Mikroskop.
   HINWEIS: Beachten Sie, dass sich die Mühle im Uhrzeigersinn dreht und ein gleichmäßiger Druck zu einer unparallelen Oberfläche führen kann. Um eine parallele Oberfläche zu erhalten, halten Sie die Drehzahl des Gleiters konstant und drücken Sie die Probe einige Sekunden lang vorsichtig und drehen Sie dann die Probe um 180°, um die gleiche Zeit zu drücken. Raues Schleifpapier kann nicht nur Harz, sondern auch Proben entfernen.
3. Wechseln Sie das Schleifpapier zur Körnung 800/P2400 und legen Sie den Harzblock darauf. Wiederholen Sie Schritt 4.2.
4. Entfernen Sie Schmutz und Partikel mit einem Ultraschallreiniger (ca. 1 min) vom Harzblock.
   HINWEIS: Bevor Sie fortfahren, wird empfohlen, einen Ultraschallreiniger zu verwenden, um Oberflächenschmutz zu entfernen, um Verstopfungen zu vermeiden.
5. Führen Sie anschließend das serielle Polieren mit feineren Schleifpapieren durch. Die Polierreihenfolge beträgt 12 μm, 9 μm, 3 μm, 1 μm und 0,3 μm.
6. Legen Sie eine Läppfolie (12 μm) ohne Rotation auf den Schleif-Polier-Tisch und legen Sie den Harzblock auf die Läppfolie.
   HINWEIS: In diesem Experiment ist der Schleiftisch geeignet, um eine ebene Oberflächenbeschaffenheit unter Wasserflutung zu erhalten. Alternativ kann auch ein großer Planspiegel (oder ähnlicher) verwendet werden, der Parallelität bietet.
7. Unter Wasserkühlung die Bewertungsoberfläche der Probe auf dem Läppfilm vorsichtig von Hand polieren. Bewegen Sie die Probe vertikal, horizontal und diagonal für die gleiche Anzahl von Sekunden unter Wasserinjektion mit Hüben von 2 bis 3 cm (1 Zoll). Wenn der Poliervorgang ordnungsgemäß durchgeführt wurde, haftet die Harzprobe an der Läppfolie.
8. Entfernen Sie Schmutz und Partikel wie in Schritt 4.4. Wechseln Sie das Schleifpapier gemäß der seriellen Polierreihenfolge auf die nächstgrößere Größe (von 12 μm bis 0,3 μm) und legen Sie den Harzblock darauf.
9. Halten Sie beim Eingießen von Wasser den Harzblock fest und polieren Sie die Oberfläche der Probe vorsichtig von Hand auf dem Läppfilm. Entfernen Sie Schmutz und Partikel wie in Schritt 4.4.
10. Wiederholen Sie die Schritte 4.5 - 4.8, um die abschließende Politur (0,3 μm) abzuschließen. Nach Abschluss der abschließenden Politur (0,3 μm) sollte die Probe eine hochglanzpolierte Oberfläche aufweisen (Abbildung 3A).
11. Reinigen Sie die Oberfläche der Probe mit Ethanol (100 %), um sie zu entfetten und zu dehydrieren, und lagern Sie die Harzblöcke bei Raumtemperatur bis zur Mikrohärteprüfung. Vermeiden Sie während der Lagerung übermäßige Feuchtigkeit und Staub. Fahren Sie mit Schritt 5 fort.

5. Vickers-Mikrohärtetest

HINWEIS: Das Eindrücken einer hochglanzpolierten Oberflächenprobe erfolgt mit einem Mikrohärteprüfgerät. Der Test wird mit einer Belastung von 25 g für 10 s mit einer Vickers-Spitze durchgeführt.

1. Vickers-Mikrohärtetest für Schneidezähne (Modell der Zahnfluorose)
   HINWEIS: Der Zahnschmelz kann von außen (Seite der Mundhöhle) nach innen (Seite der Pulpa) in drei Schichten unterteilt werden; nämlich die oberflächliche Schicht, die mittlere Schicht und die tiefe Schicht (Dentin-Schmelz-Übergang, DEJ) (Abbildung 3B)¹⁶. In diesem Protokoll werden drei Schmelzschichten getestet.
   1. Stellen Sie die Ladekraft auf 25 g und die Ladedauer auf 10 s ein. Lege den Harzblock auf den Tisch.
   2. Ziehen Sie 6 Punkte in jede Schmelzschicht (oberflächlich, mittel und DEJ) und Dentin in jede Region (zervikal, mittel und Spitze; Abbildung 3B).
   3. Messen Sie die Länge der beiden Diagonalen (d1 und d2; Abbildung 3B) zur Berechnung des Vickers-Mikrohärtewerts (HV; Abbildung 4).
2. Vickers-Mikrohärtetest für Alveolarknochen (L-PBR-Modell)
   1. Stellen Sie die Ladekraft auf 25 g und die Ladedauer auf 10 s ein. Lege den Harzblock auf den Tisch.
   2. 3-6 Punkte auf jeder mesialen und distalen Seite des Alveolarknochens vom Alveolarkamm eindrücken. Einkerbung der Alveolarknochen zwischen dem 1^. und 2^. Molaren (weißes Quadrat) und dem 2^. und 3^. Molaren.
      HINWEIS: In diesem Protokoll wurden 6 Punkte auf jeder mesialen und distalen Seite (insgesamt 12 Punkte) für den Kontrollknochen (intakt) und 3 Punkte auf jeder Seite (insgesamt 6 Punkte) für L-PBR ausgewertet. Die Anzahl der Eindringpunkte hängt von den Bedingungen der Läsion ab (z. B. schränkt ein zu starker Knochenverlust den Eindringbereich ein).

Abbildung 3: Auswertungsbereiche der Mikrohärte im Unterkieferschneidezahn. (A) Hochglanzoberflächenprobe mit Unterkieferschneidezahn. (B) Vertiefungen in jeder Region; zervikal, mittel und Spitze (NaF 0 ppm). (C) Drei Emailleschichten; aus DEJ, Innen-, Mittel- und Außenschmelz. Abkürzungen: D = Dentin, E = Schmelz, DEJ = Dentin-Schmelzübergang Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Vickers-Mikrohärte von Schmelz, der mit oder ohne NaF behandelt wurde. Die Mikrohärte des Dentins und drei Schmelzschichten wurden in jeder Region, Zervisal-, Mittel- und Spitzenregion, bewertet. (A-C) Kontrolle und (D-F) NaF (125 ppm) Behandlung. Die Daten werden als mittlere ± SD dargestellt. Signifikante Unterschiede wurden mittels Einweg-ANOVA mit dem Tukey-Post-hoc-Test bewertet. p-Werte < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. **p < 0,005, ****p < 0,0005, ****p < 0,0001 Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Zahnfluorosemodell: Abbildung 1 zeigt repräsentative μCT-Bilder von Schneidezähnen bei Kontrollmäusen und fluoridbehandelten Mäusen. In der Kontrollregion (Abbildung 1B-D) zeigte die zervikale Region eine geringere Schmelzmineraldichte (EMD) von 1,188 g/cm3 (Abbildung 1B) im Vergleich zur mittleren (1,924 g/cm3) und Spitze (1,819 g/cm3; Abbildung 1C,D). Im fluoridbehandelten Zahnschmelz (Abbildung 1E-G) wurde nur eine von fünf Proben auf EMD im zervikalen Bereich untersucht (0,835 g/cm3; Abbildung 1E und ergänzende Abbildung 1). Die EMD nahm in allen Regionen im Vergleich zur Kontrolle ab (Abbildung 1F,G). Die niedrigen EMD-Werte stimmten mit den niedrigen Mikrohärtewerten des Zahnschmelzes überein. Wie in Abbildung 3 gezeigt, wurden sechs Punkte am Dentin und drei Schichten Schmelz (innen, mittel und außen) im Hals-, Mittel- und Spitzenbereich eingekerbt. In der Kontrolle war die Mikrohärte jeder Schmelzschicht im zervikalen Bereich geringer als die des Dentins (Abbildung 4A). Im Mittel- und Spitzenbereich war die Mikrohärte des Schmelzes jeder Schicht signifikant höher als die des Dentins (Abbildung 4B,C). Bei den drei Schmelzschichten nahm die Mikrohärte vom inneren zum äußeren Schmelz in jedem Mittel- und Spitzenbereich zu (Abbildung 4B, C). Dentin hatte einen Mikrohärtewert um 100 HV mit geringen Schwankungen im Zervikal-, Mittel- und Spitzenbereich, während die Mikrohärte des Schmelzes in den Regionen und in den drei Schichten des Schmelzes signifikant unterschiedlich war. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Mikrohärte des Zahnschmelzes in Abhängigkeit von den Eindruckstellen (Regionen und Schmelzschichten) deutlich unterscheidet. Beim fluoridbehandelten Zahn war die Mikrohärte des Zahnschmelzes im Gegensatz zur Kontrolle auch im mittleren Bereich geringer als die des Dentins (Abbildung 4E). Im Spitzenbereich nahm die Mikrohärte von der inneren zur äußeren Schmelzschicht signifikant ab (Abbildung 4F). Diese Gradientenunterschiede der Mikrohärte zwischen den Schmelzschichten sind mit μCT-Bildern schwer zu bewerten.

L-PBR-Modell: Abbildung 5A zeigt μCT-Bilder des Alveolarknochens im Modell der ligaturinduzierten parodontalen Knochenresorption (L-PBR). Die repräsentative Knochenmineraldichte (BMD) (Mittelwert der mesialen und distalen Seite des Alveolarknochens um den zweiten Molaren) betrug 0,76 g/cm3 im Kontrollknochen und 0,61 g/cm3 im L-PBR. Die Knochenresorptionsniveaus wurden durch den Abstand vom Zementschmelzübergang (CEJ) zum Alveolarknochenkamm (ABC) quantifiziert. Die CEJ-ABC-Länge war bei L-PBR im Vergleich zum Kontrollknochen signifikant erhöht (Abbildung 5B). Abbildung 6 zeigt die Eindringstellen der Mikrohärte und die entsprechenden μCT-Bilder. Vom Alveolarknochenkamm aus wurden fünf Vertiefungen auf jeder medialen und distalen Seite (insgesamt 10 Stellen) im Kontrollknochen zwischen dem 1. und 2. Molaren vorgenommen, die durch das weiße Quadrat gekennzeichnet sind (Abbildung 6A). Die 3 Vertiefungen auf jeder mesialen und distalen Seite (insgesamt 6 Stellen) wurden im L-PBR gemessen (Abbildung 6B). Die Vickers-Mikrohärtewerte (HV) waren das Mittel für die Einkerbungen der Alveolarknochen zwischen dem 1. und 2. Molaren (Abbildung 6B; Weißes Quadrat) und zwischen dem 2. und 3. Molaren (Abbildung 6B; Blaues Quadrat). Die BMD- und HV-Werte des Alveolarknochens zeigten eine geringere Tendenz bei L-PBR (betroffen von Parodontalerkrankungen) im Vergleich zu kontrolliertem (gesundem) Alveolarknochen.

Abbildung 5: Repräsentatives μCT-Bild und Knochenverlust im L-PBR-Modell. (A) Repräsentative μCT-Bilder im L-PBR-Modell (Kontroll- und L-PBR-Gruppe). Dargestellt ist die repräsentative Knochenmineraldichte (BMD; Mittelwert der mesialen und distalen Seite des Alveolarknochens um den zweiten Molaren) (g/cm 3). (B) Abstand vom mesialen und distalen CEJ des zweiten Molaren des Oberkiefers zum Alveolarknochenkamm in wurzelapikaler Richtung. Die Daten werden als mittlere ± SD dargestellt. Signifikante Unterschiede wurden mittels t-Test bewertet. p-Werte < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. p < 0,0001. Abkürzungen: L-PBR = Ligatur-induzierte parodontale Knochenresorption. CEJ = Zementschmelzübergang, ABC = Alveolarknochenkamm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Repräsentative Mikrohärteergebnisse im L-PBR-Modell. Repräsentative bukkale Seite der Eindringstellen (links) und das entsprechende μCT-Bild (rechts) von (A) Kontrollalveolarknochen und (B) L-PBR. Weiße Quadrate zeigen Einkerbungsbereiche im Alveolarknochen zwischen M1 und M2. Blaue Quadrate zeigen Einkerbungsbereiche im Alveolarknochen zwischen M2 und M3. Mikrohärtewerte (HV) sind das Mittel für Vertiefungen in weißen und blauen quadratischen Bereichen. M1: 1. Molaren , M2: 2. Molaren, M3: 3. Molaren. Abkürzungen: L-PBR = Ligatur-induzierte parodontale Knochenresorption. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzende Abbildung 1: μCT-Aufnahme eines mit NaF behandelten Zahnschmelzes (koronaler Schnitt). NaF (125 ppm) verursachte eine Hypomineralisierung des Zahnschmelzes, die signifikant im zervikalen und mittleren Bereich beobachtet wurde. Nur eine von fünf Proben (Probe Nr. 1) wies im zervikalen und mittleren Bereich kaum Zahnschmelz auf. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.