その場圧縮負荷と骨歯根膜歯繊維状合同の相関的非侵襲的イメージングで
2014年3月7日
本研究では、繊維性関節生体力学するマイクロX線コンピュータ断層撮影法と結合され、その場ローディング装置においての使用が議論される。実験の関節バイオメカニクスでの全体的な変化との識別可能な読み出しが含まれます：変位対1）反力を、 すなわち歯の歯槽ソケット内の変位と荷重への反動応答、2）3次元（3D）空間配置および形態計測、 すなわち幾何学歯槽ソケット歯の関係、および3）により装填軸の変化に読み出し1,2の変化、 すなわち、同心または偏心荷重。
この手順の全体的な目標は、歯槽複合体の生体力学的反応を測定することです。これは、最初に動物を解剖して無傷の半顎骨または上顎骨を取り除くことによって達成されます。手順の2番目のステップは、試験片をマウントし、機械的試験のために複合材の蓄積で歯の表面を準備することです。
最後のステップには、in C 2ロードセルを使用してサンプルの生体力学的状態を測定し、続いてX線顕微鏡を使用して試料をスキャンすることが含まれます。最終的に、結果は、さまざまな負荷状態での高解像度トミーと組み合わせた病気や機能低下などによる線維性関節の生体力学的応答の変化を示すことができます。既存の方法に対するこの技術の主な利点は、臓器が無傷で保たれ、スキャン方法が非侵襲的であることです。
したがって、靭帯の自然なひずみ場が維持され、生体力学的特性を正確に測定することができます。まず、プロトコルに記載されているように、解剖された上顎骨または下顎骨を取得します。アクリルを使用して鋼製スタブに試験片を固定化して進めます。
スタブの端から余分な材料を取り除きます。次に、直定規を使用して、関心のある咬合面を近心遠位面のA FM金属試料ディスクと平行に整列させ、次に頬側舌面に位置合わせします。鈍器を使用して、大臼歯を囲むトラフを作成します。
これは、組織の水分補給のためのリザーバーとして機能します。歯の表面を準備するためのC 2ローディング中に、35%リン酸を使用して目的の咬合面を15秒間エッチングします。15秒経過した後、エッチングされた領域を脱イオン水で完全にすすぎ、圧縮空気を使用して表面を乾燥させ、複合材料の意図しない硬化を防ぎます。
最小限の環境光の下で次のいくつかの手順を実行します。結合剤を開いた尖端に一滴広げます。ボンディング剤を20秒間硬化させます。
歯科用硬化ライトを使用し、ブレードを使用して、余分な接着剤をこすり落とします。余分な複合材料が隣接する歯にオーバーフローしないようにすることが重要です。これにより、歯が骨のソケットに圧縮されるため、歯が誤って表現されるのを防ぐことができます。
次に、流動性のある歯科用複合材料の薄い層を表面に置き、それを大臼歯の間の溝に広げます。広げたら、このコンパウンドを硬化光に30秒間さらします。次に、目的の咬合面に3〜4ミリメートルの歯科用複合材料を蓄積し、30秒間の光曝露で硬化させます。
ライトを再び点灯させた後、ストレートエッジとダイヤモンドバリ付きの高速ハンドピースを使用して余分な複合材を取り除き、複合材の蓄積の上面を平らな面に水平にします。これにより、完了時に負荷が均等に適用されるようになります。検体は、試験されるまで抗生物質と一緒にTBSで保管してください。
最初に試験片を機械的に試験するには、ローディングデバイスのアンビルの間に試験片を固定します。次に、複合材料の表面に関節紙を置きます。次に、小さな荷重を適用して、荷重の均一性を確認します。
同心円状の荷重は、試験中に試験片を水分補給し、組織とTBSを浸して試験片の周りに配置するためのマーキングの均一な分布によって示されます。また、試料に刻まれたリザーバーにTBSを充填し、ソフトウェアを使用してピーク荷重と変位率を適用し、固定化された大臼歯を圧縮します。
A FMスタブでは、軟部組織をPTAで染色できます。X線画像を強化するには、5%PTAを1.8ミリリットルのカープルに埋め戻します。シリンジを使用して、5分かけてゆっくりと、関心領域に隣接するPDLスペースにPTAを注入します。
注入をさらに4回繰り返して、合計注入量を9ミリリットルにします。注入が完了したら、検体を一晩浸すことができます。負荷サイクル中のX線分析に先立つPTAでは、ギアがジョーの閉鎖から開放に動きを切り替えるときに、バックラッシュの期間が予想されます。
これは約3秒間続き、負荷条件に関係なく見られます。このバックラッシュに対する応答は、剛体荷重中に最も強くなります。それに比べて、バックラッシュ反応の大きさは小さくなります。
骨PD L歯標本では、ポリメチルアラン標本でもポリメチルアラン試料の方が低くなりますが、硬体と比較して骨PD L歯標本ほど低くはなく、複合体およびポリジメチルスボキサン試料も大幅に少なくなります。堅苦しい。典型的な非ST染色標本のXCTスキャンは、歯槽骨ソケット内の歯の関係を明確に示しました。ただし、PDLのような非石灰化組織は、強化染色剤を使用しないと区別できません。
PTAなどの造影剤を使用すると、XCTスキャンで軟部組織がより高い倍率で見えるようになります。ファイバーはPDLスペース内でも見えるようになります。標本は、15ニュートンでのこの歯の骨の関係のように、味方にロードすることも、標本をロードすることもできます。
偏心により、歯の変位が増加し、同心円状の荷重とは異なる歯のソケット構成になります。サーモグラムを使用して、2つの負荷スキームの影響を比較しました。どちらの方式でも歯が垂直に変位しましたが、偏心荷重により、歯の動きに回転経路が追加されました。
このビデオを見れば、マイクロXT顕微鏡と組み合わせたinitローディングデバイスを使用して歯科用卵状複合体を準備し、機械的にテストする方法を十分に理解できるはずです。
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概要
この研究では、in situ 負荷装置とマイクロX線コンピュータ断層撮影を用いて歯の歯槽骨複合体の生体力学的反応について議論します。研究は、変化する負荷条件に対する反応力、空間配置、および形態測定の変化を測定することに焦点を当てています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 生体力学
- 歯科研究
- イメージング技術
背景
- 歯の歯槽骨複合体は、関節の生体力学を理解する上で重要です。
- 既存の方法では、生体力学的反応への非侵襲的な洞察を提供できない可能性があります。
- 高解像度のイメージング技術は、関節力学の理解を深めることができます。
- 繊維性関節は、疾患や機械的負荷によって変化を示す可能性があります。
研究の目的
- 歯の歯槽骨複合体の繊維性関節の生体力学的反応を測定すること。
- 負荷条件が関節力学に与える影響を評価すること。
- 生体力学分析に非侵襲的なイメージング方法を活用すること。
使用された方法
- 完全な半顎骨または上顎骨を得るために動物標本を解剖すること。
- 機械的テストのための歯面の準備。
- 生体力学的状態を測定するためにロードセルを使用すること。
- 詳細なイメージングのためにX線顕微鏡で標本をスキャンすること。
主要な結果
- 反応力と歯の変位の変化が観察されました。
- 歯槽窩内の歯の3D空間配置が分析されました。
- 異なる負荷軸に対して生体力学的反応の変化が認められました。
- この方法は従来の侵襲的技術に比べて利点を示しました。
結論
- この研究は繊維性関節の生体力学的挙動に関する洞察を提供します。
- 非侵襲的イメージング技術は関節力学を効果的に評価できます。
- これらの力学を理解することは歯科疾患に対処する上で不可欠です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This biomechanical testing protocol enables quantitative assessment of fibrous joint responses under physiological loading conditions, supporting target validation in musculoskeletal and connective tissue research. By correlating mechanical load with 3D structural changes, it provides predictive confidence for evaluating disease-modifying interventions in periodontal and dental pathologies. The approach addresses a critical gap in non-invasive, organ-level biomechanics assessment relevant to preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring reactionary force-displacement relationships in intact bone-PDL-tooth joints under controlled loading.
- Scientific Value: Supports biological de-risking through visualization of 3D spatial configuration and morphometrics of the fibrous joint under physiological conditions.
- Scientific Value: Facilitates mechanistic de-risking by quantifying load-axis-dependent changes in joint biomechanics, clarifying structure-function relationships.
Screening & Assay Development
- Operational Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by maintaining native strain fields and hydration states during mechanical testing.
- Operational Value: Enables assay standardization through non-invasive imaging coupled to mechanical readouts, ensuring reproducibility across loading conditions.
- Operational Value: Supports screening readiness by generating quantitative outputs (force, displacement, 3D morphometrics) for evaluating compound effects on joint integrity.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Provides disease-relevant system continuity by allowing assessment of biomechanical changes due to hypofunction or disease states in intact joints.
- Translational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by linking mechanical testing readouts to structural changes under varying load axes.
- Translational Value: Supports predictive confidence in preclinical models by demonstrating how loading conditions influence tooth displacement and socket configuration.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification by providing biomechanical phenotyping of fibrous joints under controlled loading, informing go/no-go decisions in target validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring biomechanical responses of the dental alveolar complex to concentric and eccentric loading.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized specimen preparation and non-invasive imaging that preserves tissue integrity during mechanical evaluation.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (reactionary force, displacement, 3D spatial configuration) enabling comparison across loading conditions and experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing how changes in loading axis affect joint biomechanics, relevant to modeling disease-induced alterations in fibrous tissues.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for evaluating biomechanical integrity of fibrous joints across multiple disease models and therapeutic interventions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in fibrous joint biomechanics through direct structure-function correlation.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via non-invasive imaging and controlled loading protocols that maintain physiological conditions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling quantitative assessment of biomechanical de-risking in connective tissue targets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by delivering biomechanical phenotyping data that informs advancement decisions in preclinical pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomechanical testing, specimen preparation, and micro-X-ray imaging interpretation.
- Dependent on access to in situ loading devices coupled to high-resolution X-ray microscopes and contrast agents for soft tissue visualization.
- Necessitates cross-team standardization of specimen hydration, loading protocols, and image acquisition timing to ensure data consistency.
- Involves adaptation considerations when applying the protocol to different fibrous joint models or species-specific anatomical variations.
- Includes practical limitations such as ex vivo constraint and potential artifacts from contrast agent use, which may affect soft tissue mechanical response interpretation.
