מכונות בדיקת שיטה משופרת להערכת Anchorage עצם השתל

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא להעריך את העיגון והיציבות של עצם רפואית שנוצרה לאחרונה על פני שטחי שתלים מועמדים. מטרה זו מושגת תחילה על ידי יצירת שתי קבוצות של שתלי טיטניום בהתאמה אישית. קבוצה אחת טופלה בטיפול סטנדרטי של התזת חומר שוחק (grit blast) ליצירת מיקרו-טופוגרפיה בסיסית, וקבוצה שנייה עברה את אותו טיפול של התזת חומר שוחק, ובנוסף לכך, גבישי ננו של סידן פוספט שהונחו מעליהם.

השלב השני הוא השתלת שתלים בבסיס הפמור ( distal femur) של חולדות Wistar זכרים למשך תשעה ימים, שבסיומם נאספות הפמור. לאחר מכן, הפמור מנוקות והעצם שמסביב נגזזת לרוחב השתל, כך שנותרים דגימות לבדיקה מכנית עם הקשת הקורטיקלית משני צדי השתל. השלב הסופי הוא הנחת דגימות הבדיקה בתוך קומפוזיט דנטלי זורם באמצעות תבנית שבירה מותאמת, המבודדת 0.5 מילימטרים של עצם סביב השתל (peri-implant bone), וביצוע בדיקות מכניות על הדגימות.

בסופו של הדברים, תוצאות הבדיקות המכניות מספקות הערכה של יכולתו של פני השטח של השתל המועמד לשמש כמשטח עיגון עבור עצם רפואית שנוצרה מחדש. ניתן להשתמש בשיטה זו כדי להדגים את חשיבותן של טווחי קנה מידה שונים של טופוגרפיית פני השטח של השתל על מנגנוני עיגון העצם השונים, החל מהצמדות עצם (bone bonding) בקנה מידה ננומטרי ועד לצמיחת עצם פנימה (bone ingrowth) בקנה מידה מיקרוני גס. הטכניקה מתאימה במיוחד למדידת ההשפעות של עיצובי פני שטח מועמדים, כגון משטחים מעוגנים עבור עצם רפואית שנוצרה מחדש.

מכיוון שהיא מגבילה את אזור הבדיקה המכנית למרחק של חצי מילימטר מפני השטח של השתל. שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי ההשפעות על השראת בניית העצם כפונקציה של עיצוב פני השטח של השתל, וניתן ליישמה גם על חומרי שתלים אחרים העשויים מתכת, קרמיקה ופולימרים. כדי להתחיל בהליך זה, הכינו שתלי טיטניום מלבניים מטיטניום טהור מסחרית, קדחו חור מרכזי לאורך הציר הארוך והכינו את פני השטח שלהם להשתלה כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט המצורף, והקצו שתל אחד לעצם הירך השמאלית ואחד לימנית באמצעות רנדומיזציה חלקית.

פעולה זו מבטיחה שסוג אחד מכל סוג של שתבל יוטמע באותו בעל חיים ומאפשרת אופטימיזציה של הניתוח הסטטיסטי. כפי שנעשה בכל הליכי ניסוי בבעלי חיים, יש לקבל אישור לפרוטוקול מהוועדה המקומית לטיפול בבעלי חיים לפני תחילת כל ניסוי בהליך זה. השגו חולדות Wistar צעירות שמשקלן יהיה בין 200 ל-250 גרם במועד הניתוח.

הרדימו חולדה אחת בכל פעם באמצעות הרדמה בשאיפה לשם השראה. ניתן 4% isof fluorine בחמצן בקצב זרימה של ליטר אחד לדקה. לאחר מכן, השתמשו ב-2% isof fluorine בתערובת של ליטר אחד לדקה של תחמוצת חנקן ו-0.6 ליטר לדקה של חמצן.

כדי לשמור על הסדציה, בצעו בדיקת צביטה סטנדרטית של בהונות כדי לוודא סדציה יעילה לפני המשך הפרוצדורה. לאחר סדציה מלאה, מרחו פומדת דמעות מלאכותיות לשתי העיניים ותנו משכך כאבים טרום-ניתוחי באמצעות הזרקה תת-עורית של 0.01 עד 0.05 milligrams per kilogram של buprenorphine. לאחר מכן, גלחו את ההיבט האנטרו-לטרלי של כל רגל אחורית וחטאו את אזור הניתוח על ידי חילוף של שלוש פעמים בין 10% Betadine ל-70% ethanol.

הנח את החולדה על פד עם סירקולציה של מים חמימים למניעת היפותרמיה במהלך הפרוצדורה באמצעות סכין מנתחים מספר 15. בצע חתך דרך העור לאורך ההיבט הלטרלי של הירך כדי לחשוף את השריר. לאחר מכן, חשוף את הפמור הדיסטלי באמצעות דיסקציה קהה כדי להסיט את גופי השריר באופן זעיר פולשני.

בשלב הבא, גרדו את השכבה הדקה של הפריוסטום (periosteum) המכסה את הפמור (femur) באמצעות מרים פריוסטום, כדי לחשוף לחלוטין את העצם הקורטיקלית לצורך הקידוח. היזהרו לא לפגוע בלוח הגדילה או בסחוס המפרקי של מפרק הברך במהלך הדיסקציה התמה או הסרת הפריוסטום. לאחר ניקוי ובדיקה של הפמור, סובבו את הפמור לטרסלית כדי לחשוף את ההיבט האנטריורי של הפמור הדיסטלי.

בנוסף, ודאו כי ישהיה כמות מספקת של תמיסת סלין סטרילית לשטיפת הרקמה במהלך הקידוח כדי למנוע התחממות יתר של הרקמה. לפני הקידוח, מדדו באמצעות קליפר את המיקום עבור שני חורים, במרחק של 2.5 מילימטרים זה מזה לאורך קו האמצע של הפמור. לאחר מכן, חברו מקדח דנטלי בקוטר 1.3 מילימטר לידית קידוח דנטלית וצרו את החורים על ידי קידוח דרך הקורטקס האנטריורי. לאחר מכן, חברו מקדח דנטלי מסוג twist בקוטר 1.3 מילימטר לידית והרחיבו את החורים דרך הקורטקס הנגדי של הפמור, כך שיתקבלו חורים מקבילים דו-קורטיקליים.

לבסוף, החליפו את המקדח הספירלי (twist burr) במקדח חיתוך צדי ייעודי והשתמשו בו כדי לחבר את החורים בכיוון פרוקסימלי-דיסטלי, ובכך ליצור את האתר עבור השבב. לאחר השלמת הפגם, העבירו תפר מתכלה דרך הפתח באמצעות המחט המצורפת והחזירו אותו מסביב לקורטקס הפמורלי החיצוני. לאחר מכן, השהילו את השבב מעל הקצה החופשי של התפר והנחיתו אותו אל תוך הפגם, שם הוא אמור להתהדק בלחץ.

קשרו את התפר סביב ההיבט הלטרלי של ה-femur כדי להבטיח יציבות של השתל במהלך ההחלמה הפוסט-אופרטיבית ובשלבים המוקדמים של הריפוי. השתמשו בחלק שנותר מהתפר כדי לסגור את רקמת השריר, ולאחר מכן החזירו למקומם את רקמת העור באמצעות סיכות כירורגיות. לבסוף, הגשילו משכך כאבים פוסט-אופרטיבי באמצעות הזרקה תת-עורית.

בדקו את אתרי הניתוח לאיתור סימני זיהום ועקבו אחר בעלי החיים מדי יום. שללו בעלי חיים שלא החזירו לעצמם יכולת הליכה מלאה או כאלו שבהם נמצאו שברים בעצם הירך (femur) בעת ההקרבה. עם ההקרבה, הוציאו את ה-femur ונקו את העצם מרקמות רכות סביבותיה. אחסנו אותה מיד בתמיסת בופר של 15% sucrose כדי לשמור על הידרטציה של הרקמה.

כהכנה לבדיקה מכנית, סמנו קו שחור דק בעזרת טוש קבוע על הקשת הצדית לצורכי זיהוי. לאחר מכן, גזרו את העצם לרוחב השתלים באמצעות מקדח יהלום צילינדרי המחובר למערכת במהירות גבוהה. דגימות הבדיקה הסופיות מורכבות משתי קשתות עצם המחוברות לכל פני השתל.

השתמש במכשיר לבדיקה מכנית המצויד במד כוח (load cell) עבור כל הבדיקות, וקבע את מהירות ההפעלה ל-30 millimeters per minute. הקצב ערך בדיקה של zero newton's עבור קשתים שנשברו במהלך ההכנה או ההסעה של דגימות הבדיקה. ראשית, מקם את הדגימה בתוך תבנית שבירה מותאמת ויצב אותה על ידי הנחת לוח ייצוב בצדו האחורי של התבנית.

לאחר מכן, הקיפו את הקשת הקורטיקלית בקומפוזיט דנטלי זרימתי והקשיחו את הקומפוזיט למשך 60 שניות באמצעות מנורת הקשחה בעוצמה גבוהה מסוג sapphire plasma arc. תכנון זה מאפשר בידוד של אזור של 0.5 מילימטר של עצם פרי-אימפלנטרית לבדיקה עקבית. לאחר ההקשחה, פתחו את התבנית והוציאו את בלוק הדגימה שהתקשח.

בשלב הבא, קבעו רפליקה מוכנה מראש של דגימת הבדיקה בתוך מלחציים ומרכזו את היחידה על בסיס ה-instron. לאחר מכן, עגנו את הדגימה למערכת על ידי הצבתה בהברגת המלחציים, השחילו חוט דייג מניילון במשקל 10 פאונד דרך השבח and חברו את הקצוות החופשיים לראש הנע (crosshead). למען העקביות, תייגו ובדקו תמיד תחילה את הצד הלטראלי. לאחר מכן, הזיזו את ראש הנע הרחק מהדגימה במהירות של 30 מילימטרים לדקה, כפי שנעשה קודם לכן, עד להתרחשות כשל.

ברגע שהעצם נפרדת מפני השטח של השתל, חזור על תהליך זה עם הקשת המדיאלית ולאחר מכן בחן את פני השטח של השתל באמצעות מיקרוסקופ דיססקציה. מוצגות כאן תמונות SEM של פני השטח של השתלים שעברו התזת חול (grit blasted), המוצגות עם ובלי תוספת של ננו-גבישי סידן-פוספט. פני השטח הננו-מבניים המודifiés נראים דומים למשטחי הביקורת בהגדלה של 10,000 x, אך כאשר בוחנים אותם בהגדלה של 100,000 x, הטופוגרפיה הננו-מבנית שהתווספה על ידי ננו-גבישי סידן-פוספט הופכת לבולטת למדי.

עקומות דחיקה כפויה מייצגות מוצגות כאן. הקווים האדומים מייצגים את המשטחים בעלי הטופוגרפיה המיקרוסקופית המורכבת, בעוד שהקו השחור מייצג שתלים עם גבישי ננו של סידן-פוספט המונחים עליהם. למשטח עם המאפיינים הטופוגרפיים התת-מיקרוניים של סידן-פוספט שהתווספו היו כוחות הפרעה גבוהים משמעותית מאשר למשטח בעל טופוגרפיה מיקרוסקופית ללא שינוי.

בניתוח של מישורי השבר לאחר הבדיקה המכנית, 92% מאלו שבהם העצם הייתה עטופה בקומפוזיט דנטלי זורם נשברו באזור השתלה הממוקד. בעת ביצוע הליך זה, חשוב להקפיד בדייקנות בעת הקיבוע (potting) של דגימות הבדיקה בשל גודלן ומשקלן המזעריים. קשה למקם אותן במדויק, לכן יש ליישר את כל הרכיבים כראוי לפני השליחה של הקומפוזיט הדנטלי.

בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות דימוג מתקדמות, כגון דימוג אלקטרונים מפוזרים לאחור במיקרוסקופ אלקטרונים סורק, כדי לענות על שאלות נוספות בנוגע לאינטראקציה בין השתל לעצם בהגדלה גבוהה משמעותית.