Una mejorada mecánica Método de ensayo para evaluar hueso implante Anchorage

El objetivo general de este procedimiento es evaluar la anclaje y estabilidad del hueso reparador recién formado en superficies de implantes candidatas. Esto se logra creando primero dos grupos de implantes de titanio personalizados. Un grupo tratado con un tratamiento estándar de microchorro para crear una microtopografía subyacente y un segundo grupo con el mismo tratamiento de microchorro, así como cristales nanométricos superpuestos de fosfato de calcio.

El segundo paso consiste en colocar implantes en el fémur distal de ratas macho Wistar durante nueve días, momento en el cual se recolectan los fémures. A continuación, se limpian los fémures y se recorta el hueso circundante hasta el ancho del implante, dejando especímenes para pruebas mecánicas con el arco cortical a ambos lados del implante. El paso final es colocar los especímenes de prueba en un composite dental fluible utilizando un molde desmontable personalizado, lo que aísla 0,5 milímetros de hueso periimplantario y permite realizar pruebas mecánicas sobre los especímenes.

En última instancia, los resultados de las pruebas mecánicas proporcionan una evaluación de la capacidad de la superficie del implante candidato para actuar como una superficie de anclaje para el hueso reparador recién formado. Este método puede emplearse para demostrar la importancia de diferentes rangos de escala de la topografía de la superficie del implante en los diversos mecanismos de anclaje óseo, desde la unión ósea a escala nanométrica hasta el crecimiento óseo a escala micrométrica gruesa. La técnica es particularmente adecuada para medir los efectos de diseños superficiales candidatos, como superficies ancladas para el hueso reparador recién formado.

Dado que limita la región de prueba mecánica a menos de medio milímetro de la superficie del implante, este método puede proporcionar información sobre los efectos en la formación ósea en función del diseño de la superficie del implante, y también puede aplicarse a otros materiales de implantes metálicos, cerámicos y poliméricos. Para comenzar este procedimiento, fabrique implantes rectangulares de titanio a partir de titanio comercialmente puro, luego perfore un orificio centralmente a lo largo del eje longitudinal y prepare sus superficies para la implantación según se describe en el protocolo de texto adjunto; asigne un implante al fémur izquierdo y otro al derecho mediante aleatorización parcial.

Esto asegura que uno de cada tipo de implante termine en el mismo animal y permite optimizar el análisis estadístico. Como con todos los procedimientos con animales, obtenga la aprobación del protocolo por parte del comité local de cuidado de animales antes de comenzar cualquier experimento para este procedimiento. Obtenga ratas Wistar jóvenes que pesen entre 200 y 250 gramos en el momento de la cirugía.

Sedique una rata a la vez utilizando anestesia por inhalación para la inducción. Administre 4% de isoflurano en oxígeno a un flujo de un litro por minuto. Luego utilice 2% de isoflurano en una mezcla de un litro por minuto de óxido nitroso y 0,6 litros por minuto de oxígeno.

Para mantener la sedación, realice una prueba estándar de pellizco en el dedo del pie para asegurar una sedación efectiva antes de continuar con el procedimiento. Una vez que el animal esté completamente sedado, aplique una pomada de lágrimas artificiales en ambos ojos y administre un analgésico preoperatorio mediante una inyección subcutánea de 0,01 a 0,05 miligramos por kilogramo de buprenorfina. A continuación, afeite la zona anterolateral de cada pata trasera y luego desinfecte el área quirúrgica alternando tres veces con Betadine al 10 % y etanol al 70 %.

Coloque la rata sobre una almohadilla de circulación de agua tibia para prevenir la hipotermia durante el procedimiento utilizando un escalpelo quirúrgico número 15. Realice una incisión a través de la piel y a lo largo del aspecto lateral del muslo para exponer el músculo. Luego exponga el fémur distal mediante disección romo para desviar los cuerpos musculares de manera mínimamente invasiva.

A continuación, retire con cuidado la fina capa de periostio, que recubre el fémur, utilizando un elevador de periostio para exponer completamente el hueso cortical y poder taladrarlo. Tenga cuidado de no dañar la placa de crecimiento ni el cartílago articular de la articulación de la rodilla durante la disección roma o la eliminación del periostio. Una vez que el fémur haya sido limpiado e inspeccionado, gire el fémur lateralmente para exponer la cara anterior del fémur distal.

Asegúrese también de tener abundante solución salina estéril disponible para irrigar el tejido durante la perforación, a fin de evitar el sobrecalentamiento del tejido. Antes de perforar, mida la ubicación de dos orificios, separados 2,5 milímetros a lo largo de la línea media del fémur, utilizando un calibre. A continuación, sujete una fresa dental de 1,3 milímetros a una pieza de mano dental y cree los orificios perforando a través de la cortical anterior. Después, coloque una fresa dental helicoidal de 1,3 milímetros en la pieza de mano y prolongue los orificios a través de la cortical opuesta del fémur, obteniendo así orificios paralelos bicorticales.

Finalmente, sustituya la fresa giratoria por una fresa especial de corte lateral y úsela para unir los orificios en dirección proximal-distal, formando así el sitio para el implante. Una vez completado el defecto, pase una sutura biodegradable a través de la abertura utilizando la aguja adjunta y devuélvala alrededor del cortex femoral externo. Luego enhebre el implante sobre el extremo libre de la sutura y diríjalo hacia el defecto, donde debe ajustarse mediante presión.

Sujete el hilo quirúrgico alrededor de la cara lateral del fémur para proporcionar estabilidad al implante durante la recuperación posoperatoria y las primeras etapas de cicatrización. Utilice el hilo restante para cerrar el tejido muscular, luego cierre el tejido cutáneo mediante grapas quirúrgicas. Finalmente, administre un analgésico posoperatorio mediante una inyección subcutánea.

Inspeccione los sitios quirúrgicos en busca de signos de infección y supervise a los animales diariamente. Excluya los animales que no recuperen completamente la capacidad de deambular o que presenten fracturas femorales al momento del sacrificio. Tras el sacrificio, separe el fémur y limpie el hueso de los tejidos blandos circundantes. Almacénelo inmediatamente en una solución tampón al 15% de sacarosa para mantener la hidratación del tejido.

Como preparación para la prueba mecánica, trace una línea fina negra con marcador permanente sobre el arco lateral con fines de identificación. A continuación, recorte el hueso hasta alcanzar el ancho de los implantes utilizando una fresa diamantada cilíndrica acoplada a un sistema de alta velocidad. Los especímenes finales para la prueba consisten en dos arcos óseos unidos a cada cara del implante.

Utilice un aparato de prueba mecánica equipado con una celda de carga para todas las pruebas y configure la velocidad de operación a 30 milímetros por minuto. Asigne un valor de prueba de cero newtons a los arcos que se caigan durante la preparación o el transporte a los especímenes de prueba. Primero, coloque el espécimen en un molde desmontable personalizado y estabilícelo colocando la placa de estabilización en el lado posterior del molde.

Luego rodee el arco cortical con composite dental fluido y polimerice el composite durante 60 segundos utilizando una luz de curado de arco de plasma de zafiro de alta intensidad. Este diseño permite el aislamiento de una región de 0,5 milímetros de hueso periimplantario para pruebas consistentes. Tras la polimerización, abra el molde y retire el bloque de espécimen endurecido.

A continuación, sujete un replicado prefabricado del espécimen de prueba en una mordaza y centre la unidad sobre la base del Instron. Luego, ancle la muestra al sistema colocándola en el hilo de la mordaza, pasando un hilo de pesca de nailon de 10 libras a través del implante y sujetando los extremos sueltos al cabezal móvil. Por consistencia, etiquete y pruebe siempre primero el lado lateral. A continuación, mueva el cabezal móvil alejándolo de la muestra a 30 milímetros por minuto, como antes, hasta la falla.

Una vez que el hueso se separe de la superficie del implante, repita este proceso con el arco medial y luego observe las superficies del implante utilizando un microscopio estereoscópico. Aquí se muestran imágenes de SEM de las superficies del implante sometidas a chorro de partículas, presentadas con y sin la adición de nanocristales de fosfato de calcio. Las superficies nano modificadas se ven similares a las superficies control a 10,000 x, pero cuando se observan a 100,000 x, la nano-topografía superpuesta creada por los nanocristales de fosfato de calcio resulta bastante evidente.

Se muestran aquí curvas representativas de desplazamiento forzado. Las líneas rojas representan las superficies con complejidad microtopográfica, mientras que la línea negra representa los implantes con nanocristales de fosfato de calcio superpuestos. La superficie con características topográficas submicrónicas de fosfato de calcio añidas presentó fuerzas de interrupción significativamente mayores que la superficie con microtopografía no modificada.

Al analizar los planos de fractura tras las pruebas mecánicas, el 92 % de los especímenes con el hueso encapsulado en composite dental fluido presentaron fractura dentro de la región objetivo del implante. Al intentar este procedimiento, es fundamental prestar atención rigurosa al encapsular los especímenes de prueba debido a su tamaño y peso reducidos. Son difíciles de colocar con precisión, por lo que es necesario alinear correctamente todos los elementos antes de aplicar el composite dental.

Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar métodos de imagen avanzados, como la imagen de electrones retrodispersados en un microscopio electrónico de barrido, con el fin de responder preguntas adicionales sobre la interacción entre el implante y el hueso a un aumento significativamente mayor.