Une méthode d'essai mécanique améliorée pour évaluer Anchorage os-implant

L'objectif général de cette procédure est d'évaluer l'ancrage et la stabilité osseuse du nouveau tissu osseux réparateur formé sur des surfaces d'implants candidates. Cette évaluation est réalisée en créant d'abord deux groupes d'implants en titane sur mesure. Un premier groupe subit un traitement standard de sablage afin de créer une microtopographie sous-jacente, et un second groupe reçoit le même traitement de sablage, ainsi qu'une superposition de nanocristaux de phosphate de calcium.

La deuxième étape consiste à placer des implants dans le fémur distal de rats mâles Wistar pendant neuf jours, période au terme de laquelle les fémurs sont prélevés. Ensuite, les fémurs sont nettoyés et l'os environnant est élagué jusqu'à la largeur de l'implant, laissant des éprouvettes pour les essais mécaniques avec l'archet cortical de chaque côté de l'implant. La dernière étape consiste à placer les éprouvettes dans un composite dentaire fluide à l'aide d'un moule spécial détachable, isolant ainsi 0,5 millimètre d'os péri-implantaire, puis à effectuer des essais mécaniques sur les éprouvettes.

En fin de compte, les résultats des essais mécaniques fournissent une évaluation de la capacité de la surface de l'implant candidat à servir de surface d'ancrage pour l'os réparateur nouvellement formé. Cette méthode peut être utilisée pour démontrer l'importance des différentes échelles de la topographie de surface de l'implant sur les divers mécanismes d'ancrage osseux, allant de la liaison osseuse à l'échelle nanométrique à l'ingrowth osseux à l'échelle micrométrique grossière. La technique est particulièrement adaptée pour mesurer les effets de conceptions de surfaces candidates, telles que des surfaces ancrées destinées à l'os réparateur nouvellement formé.

Étant donné qu'elle limite la région de test mécanique à moins d'un demi-millimètre de la surface de l'implant, cette méthode peut fournir des informations sur les effets sur la formation osseuse en fonction de la conception de la surface de l'implant, et peut également être appliquée à d'autres matériaux d'implants métalliques, céramiques et polymériques. Pour commencer cette procédure, fabriquer des implants en titane de forme rectangulaire à partir de titane de pureté commerciale, puis percer un trou au centre selon l'axe longitudinal et préparer leurs surfaces en vue de l'implantation comme décrit dans le protocole textuel associé ; attribuer un implant au fémur gauche et un autre au fémur droit selon un tirage au sort partiel.

Cela garantit qu'un exemplaire de chaque type d'implant se retrouve chez le même animal et permet d'optimiser l'analyse statistique. Comme pour toutes les procédures animales, obtenez l'approbation du protocole par le comité local de soins aux animaux avant de commencer toute expérience relative à cette procédure. Obtenez des rats Wistar jeunes qui pèseront entre 200 et 250 grammes au moment de la chirurgie.

Séder un rat à la fois par anesthésie inhalatoire pour l'induction. Administrer 4 % d'isoflurane dans de l'oxygène à un débit d'un litre par minute. Ensuite, utiliser 2 % d'isoflurane dans un mélange d'un litre par minute de protoxyde d'azote et de 0,6 litre par minute d'oxygène.

Pour maintenir la sédation, effectuez un test standard de pincement des orteils afin de vérifier l'efficacité de la sédation avant de poursuivre la procédure. Une fois la sédation complète, appliquez un onguent ophtalmique artificiel sur les deux yeux et administrez un analgésique préopératoire par injection sous-cutanée de 0,01 à 0,05 milligramme par kilogramme de buprénorphine. Ensuite, rasez la face antérolatérale de chaque membre postérieur, puis désinfectez la zone chirurgicale en alternant trois fois entre du Bétadine à 10 % et de l'éthanol à 70 %.

Placer le rat sur un tapis chauffant à circulation d'eau afin d'éviter l'hypothermie pendant l'intervention à l'aide d'un scalpel chirurgical n°15. Réaliser une incision à travers la peau et le long de la face latérale de la cuisse pour exposer le muscle. Ensuite, exposer le fémur distal par une dissection émoussée permettant de déplacer latéralement les masses musculaires de manière aussi peu invasive que possible.

Ensuite, retirez délicatement la fine couche de périoste qui recouvre le fémur à l’aide d’un lévateur de Perote afin d’exposer complètement l’os cortical pour le perçage. Veillez à ne pas endommager la plaque de croissance ou le cartilage articulaire de l’articulation du genou lors de la dissection émoussée ou du retrait du périoste. Une fois le fémur nettoyé et inspecté, faites pivoter le fémur latéralement pour exposer la face antérieure du fémur distal.

Veillez également à disposer d'une grande quantité de solution saline stérile pour irriguer le tissu pendant le perçage, afin d'éviter toute surchauffe du tissu. Avant le perçage, mesurez l'emplacement de deux trous espacés de 2,5 millimètres le long de la ligne médiane du fémur à l'aide d'un pied à coulisse. Ensuite, fixez une fraise dentaire de 1,3 millimètre à une pièce à main dentaire et créez les trous en perçant à travers la corticale antérieure. Puis, fixez une fraise dentaire hélicoïdale de 1,3 millimètre à la pièce à main et prolongez les trous à travers la corticale opposée du fémur, obtenant ainsi des trous bicorticaux parallèles.

Enfin, remplacez la fraise rotative par une fraise spéciale de coupe latérale et utilisez-la pour relier les trous dans un sens proximal-distal, créant ainsi l'emplacement pour l'implant. Une fois le défaut réalisé, faites passer un fil biodégradable par l'ouverture à l'aide de l'aiguille attachée, puis ramenez-le autour du cortex fémoral externe. Ensuite, enfilez l'implant sur l'extrémité libre du fil et guidez-le dans le défaut, où il doit être fixé par pression.

Fixer le point de suture autour de la face latérale du fémur afin d'assurer la stabilité de l'implant pendant la récupération postopératoire et les premiers stades de cicatrisation. Utiliser le reste du fil de suture pour fermer le tissu musculaire, puis replacer le tissu cutané à l'aide d'agrafes chirurgicales. Enfin, administrer un analgésique postopératoire par injection sous-cutanée.

Inspecter les sites chirurgicaux à la recherche de signes d'infection et surveiller les animaux quotidiennement. Exclure les animaux qui ne retrouvent pas complètement la marche ou ceux qui présentent des fractures fémorales à l'euthanasie. Après l'euthanasie, détacher le fémur et nettoyer l'os des tissus mous environnants. Le stocker immédiatement dans une solution tampon contenant 15 % de saccharose afin de maintenir l'hydratation du tissu.

En prévision des essais mécaniques, tracer un trait noir fin au marqueur indélébile sur l'arche latérale à des fins d'identification. Ensuite, tailler l'os à la largeur des implants à l'aide d'une fraise cylindrique en diamant fixée à un système à grande vitesse. Les éprouvettes finales se composent de deux arches osseuses fixées à chaque face de l'implant.

Utilisez un appareil d'essai mécanique équipé d'une cellule de charge pour tous les essais et réglez la vitesse de fonctionnement à 30 millimètres par minute. Attribuez une valeur d'essai de zéro newton aux arcs qui se détachent pendant la préparation ou le transport vers les éprouvettes. Placez d'abord l'échantillon dans un moule spécial amovible et stabilisez-le en plaçant la plaque de stabilisation sur le côté postérieur du moule.

Ensuite, entourez l'arche corticale avec un composite dentaire fluide et polymérisez le composite pendant 60 secondes à l'aide d'une lumière de polymérisation à arc plasma de haute intensité dotée d'un embout en saphir. Ce dispositif permet d'isoler une région de 0,5 millimètre d'os péri-implantaire pour des tests reproductibles. Après la polymérisation, ouvrez le moule et retirez le bloc d'échantillon durci.

Ensuite, fixez une réplique préfabriquée de l'échantillon d'essai dans un étau et centrez l'unité sur la base de la machine Instron. Puis, arrimez l'échantillon au système en le plaçant dans le filetage de l'étau, en passant un fil de pêche en nylon de 10 livres à travers l'implant, et en attachant les extrémités libres à la traverse mobile. Par souci de cohérence, étiquetez et testez toujours d'abord le côté latéral. Ensuite, éloignez la traverse de l'échantillon à une vitesse de 30 millimètres par minute comme précédemment, jusqu'à la rupture.

Une fois que l'os s'est détaché de la surface de l'implant, répétez ce processus avec l'arc médial, puis observez les surfaces de l'implant à l'aide d'un microscope stéréoscopique. Ci-dessous figurent des images de microscopie électronique à balayage (MEB) des surfaces d'implants sablées, présentées avec et sans ajout de nanocristaux de phosphate de calcium. Les surfaces nano-modifiées apparaissent similaires aux surfaces témoins à 10 000 x, mais lorsqu'elles sont observées à 100 000 x, la nanotopographie superposée créée par les nanocristaux de phosphate de calcium devient très évidente.

Des courbes représentatives de déplacement forcé sont affichées ici. Les lignes rouges représentent les surfaces microtopographiquement complexes, tandis que la ligne noire représente les implants avec les nanocristaux de phosphate de calcium superposés. La surface dotée de caractéristiques topographiques submicroniques en phosphate de calcium présentait des forces de rupture significativement plus élevées que celle possédant une microtopographie non modifiée.

Lors de l'analyse des plans de fracture après les essais mécaniques, 92 % des échantillons dont l'os était inclus dans un composite dentaire fluide ont présenté une fracture dans la région ciblée de l'implant. Lors de la réalisation de cette procédure, il est essentiel d'observer une attention rigoureuse lors de l'inclusion des éprouvettes en raison de leur taille et de leur poids minuscules. Leur positionnement précis est difficile, il est donc nécessaire de bien aligner tous les éléments avant d'appliquer le composite dentaire.

Après cette procédure, des méthodes d'imagerie avancées, telles que l'imagerie des électrons rétrodiffusés dans un microscope électronique à balayage, peuvent être réalisées afin de répondre à des questions supplémentaires concernant l'interaction entre l'implant et l'os à un grossissement nettement plus élevé.