In situ carico di compressione e Correlativo imaging non invasiva del Bone-parodontale legamento-dente Fibrosa comune
7 marzo 2014
In questo studio, sarà discusso l'uso di un dispositivo in situ loading accoppiato con tomografia micro-computerizzata a raggi X per la biomeccanica articolare fibrosi. Letture sperimentali identificabili con una variazione complessiva delle biomeccanica articolare saranno: 1) forza reazionaria contro lo spostamento, vale a dire lo spostamento del dente nella presa alveolare e la sua risposta reazionaria a carico, 2) tridimensionale (3D) configurazione spaziale e morfometria, cioè geometri
L'obiettivo generale di questa procedura è misurare la risposta biomeccanica del complesso alveolare dentale. Questo viene ottenuto innanzitutto dissezionando l'animale per rimuovere un emimandibola o un'emimascellare integra. Il secondo passaggio della procedura consiste nel montare il campione e preparare la superficie del dente con un'otturazione composita per il test meccanico.
Gli ultimi passaggi includono la misurazione dello stato biomeccanico del campione mediante una cella di carico in C due, seguita dalla scansione del campione tramite un microscopio a raggi X. In definitiva, i risultati possono mostrare variazioni nella risposta biomeccanica di un'articolazione fibrosa, ad esempio in seguito a malattia o ipofunzione, unitamente a immagini tomografiche ad alta risoluzione in diverse condizioni di carico. I principali vantaggi di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti consistono nel mantenimento integro dell'organo e nel carattere non invasivo delle metodiche di scansione.
Pertanto, viene mantenuto il campo di deformazione naturale del legamento e le proprietà biomeccaniche possono essere misurate con precisione. In primo luogo, ottenere una mascella o mandibola dissezionata come descritto nel protocollo. Procedere immobilizzando il campione sul supporto di acciaio utilizzando acrilico.
Rimuovere qualsiasi materiale in eccesso dai bordi del moncone. Successivamente, utilizzando un bordo dritto, allineare le superfici occlusali di interesse parallelamente al disco metallico del campione A FM nel piano mesiale distale, e poi nel piano vestibolare linguale. Utilizzando uno strumento smussato, creare un solco intorno ai molari.
Questo funge da serbatoio per l'idratazione del tessuto. Durante il caricamento in C due per preparare la superficie del dente, utilizzare acido fosforico al 35% per attaccare la superficie occlusale di interesse per 15 secondi. Dopo 15 secondi, risciacquare accuratamente l'area attaccata con acqua deionizzata e asciugare la superficie utilizzando aria compressa per prevenire la polimerizzazione non intenzionale dei compositi.
Eseguire i prossimi passaggi con luce ambientale minima. Distribuire una goccia di agente adesivo nelle fosse aperte. Polimerizzare l'agente adesivo per 20 secondi.
Utilizzando una lampada fotopolimerizzante dentale, rimuovere con una lama qualsiasi agente adesivo in eccesso. È fondamentale assicurarsi che il materiale composito in eccesso non trabocchi sui denti adiacenti. Ciò impedisce una rappresentazione errata del dente quando viene compresso nell'alveolo osseo.
Ora applicare uno strato sottile di composito dentale fluido sulla superficie e distribuirlo nei solchi tra i molari. Una volta distribuito, esporre questo composto alla luce polimerizzante per 30 secondi. Successivamente, applicare uno strato di tre-quattro millimetri di composito dentale sul piano occlusale di interesse e polimerizzarlo con 30 secondi di esposizione alla luce.
Dopo aver riacceso le luci, utilizzare un bordo dritto e una fresa ad alta velocità con una punta diamantata per rimuovere l'eccesso di composito e livellare la superficie superiore dell'accumulo di composito in modo da ottenere una superficie piana. Ciò garantisce che il carico venga applicato in modo uniforme una volta completato. Conservare il campione in TBS con antibiotici fino al momento del test.
Per testare meccanicamente il campione inizialmente, fissarlo tra le ganasce del dispositivo di carico. Successivamente, posizionare un foglio articolante sulla superficie del composito. Quindi applicare un carico leggero per verificare l'uniformità del carico applicato.
Il carico concentrico è indicato da una distribuzione uniforme di segni. Per mantenere l'idratazione del campione durante il test, immergere un tessuto in TBS e posizionarlo attorno al campione. Riempire inoltre il serbatoio ricavato nel campione con TBS. Utilizzando il software, applicare un carico massimo e una velocità di spostamento per comprimere il molare immobilizzato.
Sul moncone AFM, il tessuto molle può essere colorato con PTA. Per migliorare le immagini a raggi X, riempire nuovamente con PTA al 5% una siringa da 1,8 millilitri. Utilizzando una siringa, iniettare lentamente il PTA nello spazio PDL adiacente alla regione di interesse per un periodo di cinque minuti.
Ripetere l'iniezione altre quattro volte per un volume totale iniettato di nove millilitri. Dopo aver completato le iniezioni, il campione può essere immerso per tutta la notte. In PTA prima dell'analisi a raggi X durante il ciclo di carico, è previsto un periodo di gioco quando le ruote dentate cambiano il loro movimento dalla chiusura all'apertura delle ganasce.
Questo fenomeno dura circa tre secondi e si osserva indipendentemente dalle condizioni di carico. La risposta a questo effetto di rinculo è più intensa durante il carico di tipo corpo rigido. Per confronto, l'entità della risposta all'effetto di rinculo è minore.
Con i campioni di dente in PD L osseo, il valore è anch'esso inferiore rispetto ai campioni in polimetilalano, ma non tanto basso quanto quello osservato con i campioni di dente in PD L osseo confrontati con corpi rigidi; i campioni complessi e in polidimetilsilossano sono anch'essi significativamente meno rigidi. Le scansioni XCT di un tipico campione non colorato con ST mostrarono chiaramente la relazione del dente all'interno dell'alveolo osseo. Tuttavia, i tessuti non mineralizzati come il legamento parodontale non possono essere distinti senza l'uso di un colorante di contrasto.
Utilizzando un potenziatore del contrasto come il PTA, i tessuti molli diventano visibili nella scansione XCT a un ingrandimento maggiore. Anche le fibre diventano visibili all'interno dello spazio del legamento parodontale. I campioni potrebbero essere caricati in modo tale, come in questo rapporto tra dente e osso a 15 newton, oppure i campioni potrebbero essere sottoposti a carico.
Che provoca in modo eccentrico un aumento dello spostamento del dente e una diversa configurazione dell'alveolo dentale rispetto al carico concentrico. I termogrammi sono stati utilizzati per confrontare l'effetto dei due schemi di carico. Entrambi gli schemi hanno causato uno spostamento verticale del dente, ma il carico eccentrico ha aggiunto un percorso rotazionale aggiuntivo al movimento del dente.
Dopo aver guardato questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come preparare e testare meccanicamente un complesso ovulare dentale utilizzando un dispositivo di carico iniziale abbinato a un microscopio micro XT.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Questo studio analizza la risposta biomeccanica del complesso alveolare dentale mediante un dispositivo di carico in situ e una tomografia computerizzata micro-X-ray. La ricerca si concentra sulla misurazione delle forze reattive, delle configurazioni spaziali e dei cambiamenti morfometrici in risposta a diverse condizioni di carico.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Biomeccanica
- Ricerca odontoiatrica
- Tecniche di imaging
Sfondo
- Il complesso alveolare dentale è fondamentale per comprendere la biomeccanica articolare.
- I metodi esistenti potrebbero non fornire informazioni non invasive sulle risposte biomeccaniche.
- Le tecniche di imaging ad alta risoluzione possono migliorare la comprensione della meccanica articolare.
- Le articolazioni fibrose possono presentare alterazioni dovute a malattie o a carichi meccanici.
Scopo dello studio
- Misurare la risposta biomeccanica delle articolazioni fibrose nel complesso alveolare dentale.
- Valutare l'impatto delle condizioni di carico sulla meccanica articolare.
- Utilizzare metodi di imaging non invasivi per l'analisi biomeccanica.
Metodi Utilizzati
- Dissezione di campioni animali per ottenere emimandibole o emimaxille integre.
- Preparazione delle superfici dentali per test meccanici.
- Utilizzo di una cella di carico per misurare stati biomeccanici.
- Scansione dei campioni con un microscopio a raggi X per ottenere immagini dettagliate.
Risultati principali
- Sono stati osservati cambiamenti nelle forze reattive e nello spostamento dentale.
- Sono state analizzate le configurazioni spaziali tridimensionali dei denti all'interno della cavità alveolare.
- Sono state rilevate variazioni nelle risposte biomeccaniche con assi di carico diversi.
- Il metodo ha mostrato vantaggi rispetto alle tecniche invasive tradizionali.
Conclusioni
- Lo studio fornisce informazioni sul comportamento biomeccanico delle articolazioni fibrose.
- Le tecniche di imaging non invasive possono valutare efficacemente la meccanica articolare.
- Comprendere questa meccanica è essenziale per affrontare le malattie dentali.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo protocollo di test biomeccanico consente una valutazione quantitativa delle risposte delle articolazioni fibrose sotto condizioni di carico fisiologico, supportando la validazione degli obiettivi nella ricerca sul tessuto muscoloscheletrico e connettivo. Correlando il carico meccanico ai cambiamenti strutturali tridimensionali, fornisce un'elevata affidabilità predittiva per la valutazione di interventi modificanti la malattia nelle patologie parodontali e dentali. L'approccio colma una lacuna fondamentale nella valutazione biomeccanica non invasiva a livello d'organo, rilevante per lo sviluppo di modelli preclinici.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette l'analisi di ipotesi terapeutiche misurando le relazioni forza-spostamento in risposta a carichi controllati su articolazioni intatte osso-legamento parodontale-dente.
- Valore scientifico: Supporta la riduzione del rischio biologico mediante la visualizzazione della configurazione spaziale tridimensionale e della morfometria dell'articolazione fibrosa in condizioni fisiologiche.
- Valore scientifico: Facilita la riduzione del rischio meccanicistico quantificando le variazioni della biomeccanica articolare in funzione dell'asse del carico, chiarificando le relazioni struttura-funzione.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore operativo: Prepara sistemi biologici validati per flussi di lavoro successivi, mantenendo i campi di deformazione nativi e gli stati di idratazione durante i test meccanici.
- Valore operativo: Permette la standardizzazione dei saggi attraverso immagini non invasive abbinate a letture meccaniche, garantendo riproducibilità in diverse condizioni di carico.
- Valore operativo: Favorisce la predisposizione allo screening generando output quantitativi (forza, spostamento, morfometria 3D) per valutare gli effetti dei composti sull'integrità articolare.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore traslazionale: Fornisce una continuità del sistema rilevante per la patologia, consentendo la valutazione dei cambiamenti biomeccanici dovuti a ipofunzione o a stati patologici in articolazioni integre.
- Valore traslazionale: Permette decisioni di avanzamento corrette per il rischio, collegando i risultati dei test meccanici a modifiche strutturali sotto assi di carico variabili.
- Valore traslazionale: Sostiene la previsione affidabile nei modelli preclinici dimostrando come le condizioni di carico influenzino lo spostamento del dente e la configurazione dell’alveolo.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel percorso di scoperta, dall'analisi delle ipotesi all'identificazione dei candidati, fornendo un fenotipaggio biomeccanico delle articolazioni fibrose sotto carico controllato, utile a prendere decisioni di avanzamento o interruzione nella validazione degli obiettivi.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi misurando le risposte biomeccaniche del complesso alveolare dentale a carichi concentrici ed eccentrici.
- Screening: Garantisce la prontezza del saggio mediante la preparazione standardizzata dei campioni e l’imaging non invasivo, preservando l’integrità del tessuto durante la valutazione meccanica.
- Analisi: Produce misurazioni quantitative di variabili dipendenti (forza reattiva, spostamento, configurazione spaziale 3D) che consentono il confronto tra diverse condizioni di carico e gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla continuità preclinica valutando come le variazioni dell’asse di carico influenzino la biomeccanica articolare, un aspetto rilevante per modellare le alterazioni indotte da malattie nei tessuti fibrosi.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una capacità riutilizzabile per valutare l’integrità biomeccanica delle articolazioni fibrose in diversi modelli di malattia e interventi terapeutici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Fornisce una previsione affidabile nella validazione degli obiettivi riducendo l'ambiguità meccanicistica nella biomeccanica delle articolazioni fibrose attraverso una correlazione diretta struttura-funzione.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione e riproducibilità mediante tecniche di imaging non invasive e protocolli di carico controllati che mantengono le condizioni fisiologiche.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione consentendo una valutazione quantitativa della riduzione del rischio biomeccanico nei tessuti connettivi bersaglio.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione basata sulla gestione del rischio fornendo dati di fenotipizzazione biomeccanica utili per le decisioni di avanzamento nei percorsi preclinici.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nei test biomeccanici, nella preparazione dei campioni e nell'interpretazione delle immagini micro-RX.
- È subordinato all'accesso a dispositivi di carico in situ abbinati a microscopi a raggi X ad alta risoluzione e agenti di contrasto per la visualizzazione dei tessuti molli.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro riguardo all'idratazione dei campioni, ai protocolli di carico e ai tempi di acquisizione delle immagini, al fine di garantire la coerenza dei dati.
- Comporta considerazioni di adattamento quando si applica il protocollo a diversi modelli di articolazioni fibrose o a variazioni anatomiche specifiche per specie.
- Comprende limitazioni pratiche, come i vincoli dell'esperimento ex vivo e la presenza di possibili artefatti dovuti all'uso di agenti di contrasto, che potrebbero influenzare l'interpretazione della risposta meccanica dei tessuti molli.
