Name: 骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-10T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 51 s
Description: 学ぶ インプラント表面への骨アンカレッジ評価のための改良機械的試験法。Wistarラットの遠位大腿骨を用いて、異なる表面処理の効果を比較し、インプラント安定性の正確な評価を可能にする手法を確立する。

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著者は、カスタムパーツの設計および製造における支援のために彼らの継続的な財政支援のためのバイオメット3iの、特にランディ·グッドマンに感謝したいと思います。スペンサーベルはカナダ国立科学と工学研究評議会（NSERC）が提供する、産業大学院奨学金の受取人である。また、原稿の準備中に、彼の非常に貴重なフィードバックのためにドクタージョンBrunskiに感謝したいと思います。

1。インプラント設計、製造、および表面処理<ol><li>純チタン（CPTI）から、（長さ×幅×高さ寸法が4ミリメートル×2.5ミリメートル×1.3ミリメートル）の長方形のインプラントを製造しています。手術部位とその後の機械的試験（ 図1）内で早期にインプラントの安定性を促進するために、インプラントの長軸（直径= 0.7ミリメートル）まで一元的に穴を開けます。 </li><li>インプラントの上面及び下面を治療する。 <ol><li>二つの異なるサーフェスを作成するには、microtopographically複雑な表面を作成するために、標準的なグリットブラスト（GB）処理を使用しています。さらに、リン酸カルシウム（CaPの）を重ね合わせることによりインプラントの半分を変更することnanotopographically複雑な表面を作成するためにナノ粒子。 </li></ol></li></ol>注：種々の化学的または機械的処理は、所望の表面トポグラフィおよび/または化学的性質を作成するために適用することができ、これらは、実験クエスティの性質に依存するであろう対処する上で。複雑な微地形を作成するために - サブトラクティブ法 - 本明細書で提供される例では、市販の純チタン（CPTI）インプラントの一つのグループは、グリットブラスト（GB）に供した。インプラントの半分を、さらなる超課さナノトポグラフィ（GB-DCD）を作成するために、リン酸カルシウム（CaPの）ナノクリスタルの付加により修飾した。 注意：変更されたナノ表面と比べて、グリットブラストミクロ面を表示すると、万倍の倍率で、表面特性に明らかな違いはありません。 10万倍の倍率で見た場合しかし、違いは（ 図2）非常に明白になる。これは、以前にこのような表面変化は骨伝導14に重大な効果を有することが示されている。 2。動物モデルおよび外科的手技<ol><li>このモデルのために、若い雄Wistarラット（体重200〜250g）を使用します。すべての手順は、ローカルの動物管理COMによって承認されなければならないmittees。動物に水やラット飼料への無料アクセスを許可します。 注意：ラットの他の菌株を用いることもできるがWistarラットは、原因ラットのこの株での経験には、この手順のために選択した。食物および水へのアクセスは、アドレス指定されている実験的な質問の性質に応じて、変更することができる。 </li> <li>ノーズコーンを介して投与吸入麻酔を使用した落ち着いたラット：誘導のための1のLO 2 /分で4％イソフルラン、メンテナンスのために1リットルの亜酸化窒素と0.6 LO 2 /分で2％のイソフルラン。手順を続行する前に、効果的な鎮静を確保するために、標準的なつま先のピンチテストを実施しています。 </li><li>鎮痛前と手術後0.01〜0.05 mg / kgのブプレノルフィンを皮下注射によって投与する。 </li><li>部分的ランダム化によってインプラントを割り当てて、ラットの大腿骨の遠位骨幹端で左右対称に配置します。これは、異なる表面トポグラフィの選択と異なるインプラント、1それぞれ比較することができますD、対側大腿骨に、統計分析を最適化します。 </li><li> 10パーセントベタジン各後肢の前外側面を削ると、洗浄することにより、動物を準備します。低体温症を防ぐために、麻酔したラットの下に温水循環パッドを配置。 </li><li> ＃15外科用メスを使用して、筋肉を露出させ、太ももの外側面に沿って皮膚を通って切開する。最小侵襲的な方法で、筋肉の体を偏向する鈍的切開を使用して遠位大腿骨を公開します。 </li><li>完全に穿孔するための皮質骨を露出させるために、骨膜のエレベータを使用して、大腿骨の上を覆う骨膜の薄い層を削り取る。ケアは鈍的切開し、骨膜を除去する際に膝関節の成長板や関節軟骨を損傷しないよう注意する必要があります。 </li><li>一度に洗浄、検査、遠位大腿骨（ 図3A）の前面を露出させ、横方向に大腿骨を回転させます。 </li><li>手術部位を準備するために、ドリル両方の皮質を通して骨の中盤バイコーティカル長方形のスロット。組織の過熱を防ぐため、生理食塩水灌漑は、手術助手による掘削を通じて維持されなければならない。 3段階に分けて掘削を実施。 <ol><li>まず、離れて大腿骨の中央線に沿って2穴2.5ミリメートルを作成するには、歯科用ハンドピースに装着1.3ミリメートル歯科用バーを使用して、解剖によって公開された前部皮質、ドリルスルーします。 </li><li>次に、バイコーティカル並列穴で、その結果、反対側の皮質を介してこれらの穴を拡張するために第二のドリルビット（ツイスト1.3ミリメートル歯科用バー）を使用します。 </li><li>最後に、インプラント（ 図3B）は、Webサイトを構成する、近位-遠位方向に第三のカスタムサイド切削バリを使用して穴に参加します。 </li></ol></li><li>取り付けられた針を使用して骨欠損を通して生分解性縫合糸を通過させ、外側の大腿骨皮質を中心に戻ります。 </li><li>ワット、縫合糸の自由端の上にインプラントをねじ込み、欠陥にそれを導くここでは、圧入する必要があります。このように、インプラントの長軸は、大腿骨（ 図3C）の長軸に対して垂直に配向されるべきである。 </li><li>術後の回復や治癒の初期段階でインプラントの安定性を提供するために、大腿骨の外側面の周りに縫合糸を結ぶ。筋肉組織を閉じるために、残りの縫合糸を使用し、外科用ステープル（9ミリメートルの創傷クリップ）を使用して皮膚組織をreoppose。 </li><li>感染の兆候が手術部位を点検し、損傷した歩行能力のために毎日動物を監視します。完全に歩行を回復しない動物、あるいは分析から、犠牲にして大腿骨骨折を持っているものを除外します。 </li></ol> 3。サンプル収穫<ol><li> CO 2の暴露後に頸椎脱臼により術後9日目に動物を生け贄に捧げる。 </li><li>犠牲時には、大腿骨と軟部組織のクリーンを切り離す。組織hを維持するために15％スクロース緩衝液中で直ちに保存する機械的試験（ 図4A）に備えてydration。 注：試験片は、施設間の輸送中に組織水和を維持するために、スクロース緩衝液に格納される。標本は、機械的試験のための準備中に、溶液中に約2〜3時間を過ごすことになります。 </li> <li>機械的試験のための試験片を準備するために、高速なシステムに接続された円筒状のダイヤモンドバリを使用して、インプラントの幅に骨をトリミング。最終的な試験片は、インプラント（ 図4B）の各面に付着した骨の2アーチで構成されています。準備や輸送中に脱落のアーチのために、0 Nの機械的試験値を割り当てる 注：損傷またはインタフェースをプレストレスを避けるために、試験片をトリミングするときにそれは非常に穏やかで正確であることが重要である。骨の修復カルスは、インプラントの長軸を中心に、さらには縦の穴に成長することができます。このような過剰な骨はTRIで削除する必要がありますそれは機械的試験の結果を歪曲することができますように、長方形のインプラントの正確な寸法に標本をmming。 </li></ol> 4。機械的検査カスタム離脱モールドは、各試験片を機械的試験用のサンプルを調製する反復可能かつ正確な方法を作成し、ポットに設計されました。直接インプラント表面に垂直な力を加えることを可能にする、ポッティングプロセスの間に試料を中心と完全に水平を保持しながら設計は、一貫性の検査ゾーンのインプラント周囲の骨の、0.5mmの領域の単離を可能にする。完全な設計図と最終のコンポーネントについては、図6は図5を参照してください。 注：すべての行動は30mm /分のクロスヘッド速度で動作して、機械試験装置を用いて試験する。試験後の残存骨の定性的評価のために、解剖顕微鏡を使用することができる。 <ol><li>ポッティング検体および機械的試験の<ol><li>ショ糖緩衝液から標本を取り出して、乾いたブロット。 </li><li>カスタムモールドの位置標本。水平に、金型の壁の穴を通って、インプラントの中央にある穴からピンをスライドさせます。インプラント（ 図7）を安定させるために、金型の後側に安定化プレートを置きます。 </li><li>流動性の歯科用複合金型のベースを入力し、高強度の硬化光を用いて60秒間硬化する。 注：生成されたそのような熱は、組織特性に影響を与えることができるように、発熱反応で設定されていない複合材料を選択することが重要である。 </li><li>硬化後、金型を開き、硬化試料ブロックを削除します。識別のために横方向のアーチに油性マジックで細い黒線を描画します。 </li><li>バイスでの試験片のプレハブレプリカを修正し、機械的な試験装置のベースにユニットを中央に。 </li><li>逆に試料を固定し、インプラントの穴（ 図8）を介してナイロンラインを渡します。移動クロスヘッドの中央に緩い端を取り付けます。一貫性を保つため、常に最初の側面にラベルを付けてテストします。内側アーチ同じ処理を繰り返します。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Brunski, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+bone+response+to+biomechanical+loading+at+the+bone-dental+implant+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Dental+Res%22%5BJournal%5D)">In vivo bone response to biomechanical loading at the bone-dental implant interface.</a> Adv. Dental Res. 13, 99-119 (1999).</li>
<li>Brunski, J. B., Glantz, P. -O., Helms, J. A., Nanci, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrunski%2C+JB+%22Transfer+of+mechanical+load+across+the+interface.+In%3A+The+Osseointegration+Book%22">Transfer of mechanical load across the interface. In: The Osseointegration Book</a>. Brånemark, P. I., Chien, S., Gröndahl, H. G., Robinson, K. , 209-249 (2005).</li>
<li>Brånemark, R., Ohrnell, L. O., Nilsson, P., Thomsen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+characterization+of+osseointegration+during+healing%3A+an+experimental+in+vivo+study+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biomechanical characterization of osseointegration during healing: an experimental in vivo study in the rat.</a> Biomaterials. 18 (14), 969-978 (1997).</li>
<li>Itälä, A., Koort, J., Ylänen, H. O., Hupa, M., Aro, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biologic+significance+of+surface+microroughing+in+bone+incorporation+of+porous+bioactive+glass+implants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+A%22%5BJournal%5D)">Biologic significance of surface microroughing in bone incorporation of porous bioactive glass implants.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 67 (2), 496-503 (2003).</li>
<li>Brånemark, R., Emanuelsson, L., Palmquist, A., Thomsen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+response+to+laser-induced+micro-+and+nano-size+titanium+surface+features%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Bone response to laser-induced micro- and nano-size titanium surface features.</a> Nanomedicine. 7 (2), 220-227 (2011).</li>
<li>Kato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bonding+of+Alkali-+and+Heat-Treated+Tantalum+Implants+to+Bone%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Bonding of Alkali- and Heat-Treated Tantalum Implants to Bone.</a> J. Biomed. Mater. Res. 53, 28-35 (2000).</li>
<li>Hong, L., Xu, H. C., de Groot, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tensile+strength+of+the+interface+between+hydroxyapatite+and+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater%22%5BJournal%5D)">Tensile strength of the interface between hydroxyapatite and bone.</a> J. Biomed. Mater. 26 (1), 7-18 (1992).</li>
<li>Currey, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+bone+tissues+with+greatly+different+functions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of bone tissues with greatly different functions.</a> J. Biomech. 9 (12), 313-319 (1979).</li>
<li>Nakamura, T., Yamamuro, T., Higashi, S., Kokubo, T., Itoo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+glass-ceramic+for+bone+replacement%3A+evaluation+of+its+bonding+to+bone+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">A new glass-ceramic for bone replacement: evaluation of its bonding to bone tissue.</a> J. Biomed. Mater. Res. 19 (6), 685-698 (1985).</li>
<li>Hench, L. L., Splinter, R. J., Allen, W. C., Greenlee, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bonding+mechanisms+at+the+interface+of+ceramic+prosthetic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+Symp%22%5BJournal%5D)">Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials.</a> J. Biomed. Mater. Res. Symp. 1, 117-141 (1972).</li>
<li>Edwards, J. T., Brunski, J. B., Higuchi, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+and+morphologic+investigation+of+the+tensile+strength+of+a+bone-hydroxyapatite+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Mechanical and morphologic investigation of the tensile strength of a bone-hydroxyapatite interface.</a> J. Biomed. Mater. Res. 36 (4), 454-468 (1997).</li>
<li>Davies, J. E., Ajami, E., Moineddin, R., Mendes, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+roles+of+different+scale+ranges+of+surface+implant+topography+on+the+stability+of+the+bone%2Fimplant+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The roles of different scale ranges of surface implant topography on the stability of the bone/implant interface.</a> Biomaterials. 34, 3535-3546 (2013).</li>
<li>Rønold, H. J., Lyngstadaasb, S. P., Ellingsen, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysing+the+optimal+value+for+titanium+implant+roughness+in+bone+attachment+using+a+tensile+test%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Analysing the optimal value for titanium implant roughness in bone attachment using a tensile test.</a> Biomaterials. 24, 4559-4564 (2003).</li>
<li>Mendes, V. C., Moineddin, R., Davies, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+discrete+calcium+phosphate+nanocrystals+on+bone-bonding+to+titanium+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The effect of discrete calcium phosphate nanocrystals on bone-bonding to titanium surfaces.</a> Biomaterials. 28 (32), 4748-4755 (2007).</li>
<li>Skedros, J. G., Holmes, J. L., Vajda, E. G., Bloebaum, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cement+lines+of+secondary+osteons+in+human+bone+are+not+mineral+deficient%3A+new+data+in+a+historical+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Rec%22%5BJournal%5D)">Cement lines of secondary osteons in human bone are not mineral deficient: new data in a historical perspective.</a> Anat Rec. 286, 781-803 (2005).</li>
<li>McKee, M. D., Nanci, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteopontin+and+the+bone+remodelling+sequence%3A+colloidal-gold+immunocytochemistry+of+an+interfacial+extracellular+matrix+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+N.Y.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Osteopontin and the bone remodelling sequence: colloidal-gold immunocytochemistry of an interfacial extracellular matrix protein.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 760, 177-189 (1995).</li>
<li>Davies, J. E., Hosseini, M. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDavies%2C+JE+%22Histodynamics+of+endosseous+wound+healing+In%3A+Bone+Engineering%22">Histodynamics of endosseous wound healing In: Bone Engineering</a>. Davies, J. E. , Em Squared Inc. Toronto. 1-14 (2000).</li>
<li>Welsh, R. P., Pilliar, R. M., Macnab, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+implants.+The+role+of+surface+porosity+in+fixation+to+bone+and+acrylic%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Bone+Joint+Surg.+Am%22%5BJournal%5D)">Surgical implants. The role of surface porosity in fixation to bone and acrylic.</a> J. Bone Joint Surg. Am. 53 (5), 963-977 (1971).</li>
<li>O'Brien, F. J., Taylor, D., Clive, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+bone+microstructure+on+the+initiation+and+growth+of+microcracks%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Orthop.+Res%22%5BJournal%5D)">The effect of bone microstructure on the initiation and growth of microcracks.</a> J. Orthop. Res. 23 (2), 475-480 (2005).</li>
<li>Steflik,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrastructural+analyses+of+the+attachment+%28bonding%29+zone+between+bone+and+implanted+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Ultrastructural analyses of the attachment (bonding) zone between bone and implanted biomaterials.</a> J. Biomed. Mater. Res. 39 (4), 611-620 (1998).</li>
<li>Sul, Y. -T., Johansson, C., Albrektsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+in+vivo+method+for+quantifying+the+interfacial+biochemical+bond+strength+of+bone+implants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Royal+Soc%22%5BJournal%5D)">A novel in vivo method for quantifying the interfacial biochemical bond strength of bone implants.</a> J. Royal Soc. 7 (42), 81-90 (2010).</li>
<li>Wong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+surface+topography+on+the+osseointegration+of+implant+materials+in+trabecular+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Effect of surface topography on the osseointegration of implant materials in trabecular bone.</a> J. Biomed. Mater. Res. 29 (12), 1567-1575 (1995).</li>
<li>Gotfredsen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anchorage+of+titanium+implants+with+different+surface+characteristics%3A+an+experimental+study+in+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Implant+Dent.+Relat.+Res%22%5BJournal%5D)">Anchorage of titanium implants with different surface characteristics: an experimental study in rabbits.</a> Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2 (3), 120-128 (2000).</li>
<li>Lekholm, U., Zarb, G. A., Albrektsson, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLekholm%2C+U+%22Patient+selection+and+preparation.+In%3A+Tissue+integrated+prostheses%22">Patient selection and preparation. In: Tissue integrated prostheses</a>. , Quintessence Publishing Co. Inc. Chicago. 199-209 (1985).</li>
</ol>

著者らは、バイオメット3iの（パームビーチガーデンズ、フロリダ州、米国）からの資金や材料のサポートを受けた。バイオメット3iは、この原稿の執筆や記載された実験の設計にどの部分がなかった。

とに破砕帯を制限する、それが正確な垂直のために、または並列、印加破壊力の軸と試験サンプルの位置合わせができるのでここで提示機械的試験モデルは、候補インプラント表面への骨の固定を評価するための改良された方法を提供するインプラント表面の半分ミリメートル以内。モデルは、簡単に化学的、または機械的に、修飾された表面の任意の範囲の有効性を比較した研究に組み込まれている、しかし、これらは簡単に操作が標本中に骨から剥がれたように滑らかな表面には適していません。インプラントは、生体材料の広い範囲から製造することができる。データを簡単に収集して、機械的試験装置が適切に校正されて提供され、最小限のフィルタリングを必要としている。異なるタイムラインは、治癒の異なる段階での機械的性能を評価するために使用することができる。さらに、モデルは容易にCOMPRヒト疾患の動物モデルにおいて使用することができる例えば、糖尿病、放射線治療、および自己免疫疾患を含む骨治癒のお店。 他の株を容易に用いることができるが、このモデルは、雄Wistarラットのために設計されている。ラットの骨格構造、特に大腿骨は、小さなながら、カ...

骨内インプラント表面への骨の固定を評価することは、多くの機械的な試験方法1,2に記載されているために、かなりの注目を集め、であった。すべてのそのような方法を採用している骨/インプラントモデルを破壊する力を加え、広くせん断にグループ化することができ、一般的に押し出しとして提示またはプルアウトモデル3,4、トルク3,5を逆にし、引張タイプ6、 7。 （脆いガラスおよびセラミック9,10の場合）骨8またはインプラント材が破断されるか、そのような試験および、足場のいくつかのフォームが発生したと仮定すると、骨/インプラントインタフェースのままである（少なくとも部分的に）完全な一般的。このような実験の結果は、モデルの破壊（又は破壊）を引き起こすのに必要な力が骨/インプラント·インターフェース11,12を分離するのに必要な力であるだけでなく、作成した破断面の複雑な表面積ができることをことをするだけでなく意味に難治性であること正確な測定。彼らは骨に固定されるように、異なる表面デザインのインプラントの能力の比較ゲージを提供するので、それにもかかわらず、このようなテストは、臨床的に関連することができます。小柱または皮質骨のモデルを回復、および異なる機械的であるが、それはまた、研究者は、層状または網状骨のいずれかを呈する異なる動物種を使用するための実験モデル間の比較が困難に満ちているが、そのような比較は、実験モデル内でのみ有効であることに留意すべきであるテストのジオメトリと条件。 骨/インプラント界面の引張強度の測定値を導き出すための努力において、多くの研究者らは、引張強度が単位面積当たりの力として測定されるので、「引張強さ」値を導出するために、インプラントの公称表面積を使用している。これは、骨/インプラント界面が破壊試験の多くは無傷のままで使用することが、明らかに、上述したように、所与の近似値であるED。しかしロナルドら 13により説明したように、インプラント、特に地形的に複雑な表面の表面積を測定することに加えて、測定技術の分解能によって制限され、Brunski ら 2で概説されたときに、インプラントの公称表面積より高い表面積を有するインプラント表面は、骨/インプラント接触のより大きな領域を提供し、したがって、モデルを破砕するのに大きな力を必要とすることを示唆し、別のインプラント表面の設計に関連する「引張強度」における明らかな差異がネゲートされて、考慮される。意味するところは、それゆえ、より局所解剖学的に複雑な面が大きい骨インプラント接触（BIC）、その結果、接触骨形成を増加させ、機械的試験でより高い破壊値はその結果としてのことができるということです。骨伝導と骨形成：接触骨形成は、2つの別個の現象の産物である。確かに、我々はトポグラフに骨伝導して増加することが示されているICALLY複雑な表面が得られたBIC 14を測定することによって定量し、そのような表面はまた、より高い機械的破壊12値をもたらすこともできる。 しかし、インプラント周囲の骨が2のメカニズムによって形成することができることに注意することは有益である。間葉由来の接触骨形成細胞におけるインプラント表面（骨伝導）に移行し、骨細胞に分化し、インプラント表面（骨形成）にデノボ骨基質手の込んだ。最初の骨のマトリックスは、精緻15を改造正常な骨に見られるように、石灰化したセメントラインである（時々 1非石灰化したと考えられているか、骨16内のすべてのインターフェイスでsyncretizedこの鉱物化生物学的構造に関する文献に多くの混乱があります-このトピックの完全な議論のために）デイヴィスとホセイニ17を参照してください。接触骨形成、骨の現象の必須の前提条件である結合が、骨の内部成長18のための非必須である。骨の石灰化したセメントラインは骨19の鉱物化コラーゲンコンパートメントよりも機械的に弱い。インプラントナノ特徴を有するセメント線マトリックスの相互嵌合マクロインプラントの機能への成長における骨組織と比較された場合にこのように、直感的に、前者を破壊するために必要な機械的力は、合理的に、我々は後者よりも少ないことが予想され、あろう最近、実験的に12本を実証した。 インプラント周囲の骨も、距離骨形成によって形成することができる。この場合には、古い骨が骨表面上に堆積され、アモルファスマトリックスおよび骨形成細胞20の残りを含む界面を生じるインプラント表面に徐々に近づく。一般に、距離骨形成は、滑らかな、または機械加工された、骨内インプラントの表面に関連しており、多くの場合、皮質骨の治癒に見られ、一方microtopographicaLLY複雑な表面は、海綿骨の治癒のより典型的なもので、接触骨形成と関連している。スムーズなインプラント表面および皮質骨の治癒を使用して引張試験モデルは、地形的に複雑なサーフェスに関連付けられたコンタクト骨形成のこの無定形生物学的マトリックスの不在の接着特性を試験することができましたし、発生したいわゆる「生化学」の結合が提供することが示されている地形的に複雑な表面21で報告された「引張強さ」の値の微量成分。逆に、骨梁の治癒モデルを使用して、Wong ら 22は、インプラント表面粗さと押し出し破壊荷重の間の「優れた相関」を示し、化学結合が実際にインプラントに骨のアンカレッジのごくわずかな役割を果たしたことが示された表面。それは接触と距離骨形成の両方が、すべての骨内ペリimplaで、異なる程度に、起こる可能性が高いですが、区画を治癒、microtopographically複雑な表面自体は、小柱骨治癒に特に有利で ​​あることが示されたヌクレオチドは、23区画 。後者は、歯科文献24にクラスIIIまたはクラスIVの骨に分類される。 我々の目的は、接触骨形成のメカニズムや骨梁癒しの環境で結果として起きることができ、得られた骨/インプラントアンカレッジに集中することとなっている。インプラント表面の地形に依存している。このカレッジは、（上記参照）、様々なスケールの範囲で発生することがあります。そのような表面を有する骨セメント線マトリックスの相互嵌合によって記載されるように、および生体活性ガラス、セラミック、網状の金属酸化物で見 - 一方では、唯一のサブミクロン特徴は、インプラントの骨結合に関与している。他に、（血液、血管系と、時々 、完全な）骨組織は、マルチミクロンに成長することも、マクロスケール、インプラント表面18の特徴。両方の場合の解像度インプラント表面に骨の足場の形でULT、メカニズムは明らかに異なっているが。しかしながら、上記で参照機械的試験法の大部分の一般的な失敗は、（引張りまたは剪断モードが用いられるかに応じて）インプラント表面のそれに正確に垂直又は平行な面内で破壊力を整列することである。私たちはここに、この制限を克服する方法を報告する。

<table><tbody><tr><td>ダルベッコリン酸緩衝液 (DPBS)</td><td>Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada</td><td>14190-250</td><td></td></tr><tr><td>10% 中性緩衝ホルマリン溶液</td><td>Sigma-Aldrich Co. LLC., Canada</td><td>HT501128-4L</td><td></td></tr><tr><td>カスタム設計の長方形インプラント (商業的に純粋なチタン、寸法: 4mm x 2.5mm x 1.3mm、長軸の中央に 0.7mm の穴が開けられています)</td><td>Biomet 3i, FL, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>カスタムデザインの離脱金型</td><td>Biomet 3i、FL、米国</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>イソフルラン</td><td>Baxter Internationl Inc.</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Buprenorphine</td><td>Bedford Laboratories</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>10% betadine</td><td>Bruce Medical, MA, US</td><td>FR-2200-90</td><td></td></tr><tr><td>Scalpel</td><td>Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td><td>2586-M36-0100</td><td></td></tr><tr><td>Scalpel blade #15 (sterile)</td><td>Magna, Medstore, University of Toronto, Canada</td><td>2586</td><td></td></tr><tr><td>Periosteal elevator #24G</td><td>Spectrum Surgical, OH, USA</td><td>EX7</td><td></td></tr><tr><td>Forceps</td><td>Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td><td>7747-A10-108</td><td></td></tr><tr><td>Tissue Forceps</td><td>Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td><td>7722-A10-308</td><td></td></tr><tr><td>Scissors</td><td>Almedic, Medstore, University of Toronto</td><td>7603-A8-240</td><td></td></tr><tr><td>Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile)</td><td>Vitality医療</td><td>1089</td><td></td></tr><tr><td>ガーゼ(非滅菌)</td><td>VWR</td><td>89133-260</td><td></td></tr><tr><td>針25G X 5/8 "(使い捨て)</td><td>BD、カナダ</td><td>305122</td><td></td></tr><tr><td>シリンジ(滅菌)</td><td>VWR、カナダ</td><td>CABD309653</td><td></td></tr><tr><td>ニードル</td><td>ドライバーAlmedic、Medstore、トロント大学</td><td>、カナダA17-132</td><td></td></tr><tr><td>ダイナレックスサージカルグローブ(滅菌)</td><td>Amazon.com</td><td>2475</td><td></td></tr><tr><td>サージカルマスクフィ</td><td>ッシャーブランド、Medstore、トロント大学、カナダ</td><td>296360759</td><td></td></tr><tr><td>0.9%滅菌生理食塩水</td><td>ハウスブランド、Medstore、トロント大学、カナダ</td><td>1011-L8001</td><td></td></tr>バリ<tr><td>カンレ</td><td>ミントン、米国</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>4-0ポリソーブ</td><td>シンチュール</td><td>SL5627G</td><td></td></tr><tr><td>9mm創傷クリップ</td><td>ベクトン・ディキンソン、MD、米国</td><td>427631 ImplantMED</td><td></td></tr><tr><td>DU 900およびWS-75歯科用ハンドピース&nbsp;</td><td>W&H Dentalwerk, Austria</td><td>DU1000US</td><td></td></tr><tr><td>1.3 mm ツイストドリル</td><td>Brasseler, GA, USA</td><td>203.21.013</td><td></td></tr><tr><td>1.3 mm デンタルバー&nbsp;</td><td>バイオメット3i、FL、米国</td><td>カスタム</td><td></td></tr><tr><td>1.2mm円筒形サイドカットバリ</td><td>バイオメット3i、FL、米国</td><td>カスタム</td><td></td></tr><tr><td>円筒形ダイヤモンドバリ</td><td>ブラッセラー、ジョージア州、米国</td><td>H1.21.014</td><td></td></tr><tr><td>高速歯科用ドリルシステム</td><td>ハンドピース:KaVo Dental Corporation、イリノイ州、米国</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>ハンドピースコントロール:DCIインターナショナル、オレゴン州、米国</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>99.5% ウルトラピュアスクロース</td><td>BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada</td><td>57-50-1</td><td></td></tr><tr><td>Flowable dental composite</td><td>Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA</td><td>6033XW</td><td></td></tr><tr><td>Sapphire Plasma Arc High intensity curing light</td><td>Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Instron 4301 with 1000 N load cell</td><td>Instron, Norwood, MA, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Leica Wild M3Z ステレオズーム解剖顕微鏡</td><td>Leica, Heerbrugg, Switzerland</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>QImaging Micropublisher 5.0 RTV デジタルカメラ QCapture 2.90.1 取得ソフトウェア</td><td>QImaging, Surrey, BC, Canada</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>電子デジタルノギス&nbsp;</td><td>Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>機械試験装置</td><td>Instron, Norwood, MA, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

材料科学における最近の進歩は、両方のマイクロおよびナノスケールで、インプラント表面のトポグラフィー複雑性の大幅な増加につながっている。このように、インプラント表面記述する伝統的な方法-表面粗さ、すなわち数値決定は、 - インビボ性能を予測するには不十分である。生体力学的試験は、生体材料表面の性能を分析するため、正確な比較のプラットフォームを提供します。候補インプラント表面への骨の足場を試験するための改良された機械的試験方法が提示される。この方法は、治癒の初期および後期段階の両方に適用可能であり、化学的または機械的に修飾された表面の任意の範囲のために使用され得る - しかし、表面を滑らかにしない。カスタム長方形のインプラントは、Wistar系雄性ラットの遠位大腿骨に左右対称に配置され、周囲の骨を収集している。試験片を調製し、新たな離脱カビや混乱を使用して鉢植えしている試験は、機械的試験機を用いて行われる。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、試験のために正確なインプラント周囲領域を単離するための正確で再現性のある手段を提供する。

すべての動物は、手術からの回復後、時間との歩行活動を増加させた。我々は最近12を報告しているように、負荷は、異なるスケール範囲のトポグラフィの差動効果を有するので、これは重要である。機械的試験以下の試験片についての代表的な力/変位曲線を、 図9（A）に提示され、各インプラント表面のための平均化されたデータは、 図9Bに示されている。各試験片によって達成される最大力値を記録し、グループの値は、比較のため（群当たりn = 28）、平均した。 GB-DCD表面は、基礎となるmicrotopographically複雑な表面上に重ねサブミクロン地形的特徴と、非修飾GBマイクロ面た（p &lt;0.0001）（ 図9B）よりも有意に高い破壊力の値を有していた。 機械的試験に続いて、それを観察することができ、そのターゲット内の破砕片の92％インプラント周囲領域（ 図10）編<p class="jove_content" fo:ke...

候補インプラント表面への試験、骨固定を機械的にするための改良された方法が提示される。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、正確なインプラント周囲の領域に破壊力を向けるための正確な手段を提供する。

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

この手順の全体的な目的は、新しく形成された修復骨の候補インプラント表面への定着性と安定性を評価することです。これは、まず2つのカスタムチタンインプラント群を作成することで達成されます。一方の群には、下地のマイクロトポグラフィーを形成するための標準的なグリットブラスト処理を施し、もう一方の群には、同じグリットブラスト処理に加えて、リン酸カルシウムナノ結晶を積層させます。第2ステップでは、雄のWistarラットの大腿骨遠位部にインプラントを植え込み、9日間経過した時点で大腿骨を回収します。次に、大腿骨を洗浄し、インプラントの両側に皮質骨のアーチを残すように、周囲の骨をインプラントの幅に合わせてトリミングし、力学的試験用の試験片を作成します。最終ステップでは、カスタムブレイクアウェイモールドを用いて、試験片を流動性歯科用コンポジットに埋め込みます。これにより、インプラント周囲骨を0.5 mm分だけ分離させ、これらの試験片を用いて力学的試験を実施します。最終的に、機械的試験の結果は、候補となるインプラント表面が、新しく形成された修復骨の固定面として機能する能力を評価するものです。この手法を用いることで、ナノスケールの骨結合から粗いミクロンスケールの骨進入に至るまで、インプラント表面トポグラフィーの異なるスケール範囲が、骨固定の様々なメカニズムに及ぼす重要性を実証することが可能です。本技術は、新しく形成された修復骨のための固定面など、候補となる表面設計の効果を測定するのに特に適しています。これにより、機械的試験領域をインプラント表面から0.5 mm以内に限定することができます。本手法は、インプラント表面の設計に応じた骨形成への影響について知見を得ることができ、また他の金属、セラミック、ポリマー製インプラント材料にも適用可能です。本手順を開始するには、純チタンを用いて長方形のチタンインプラントを作製し、長軸方向に沿って中心に穴をドリルで開け、付属のテキストプロトコルに記載されている通りにインプラント用の表面処理を行います。その後、部分的なランダム化により、インプラントを左大腿骨と右大腿骨にそれぞれ1つずつ割り当てます。これにより、各種類のインプラントが1つずつ同一の個体に配置されることが保証され、統計解析の最適化が可能になります。すべての動物実験と同様に、本手順の実験を開始する前に、地域の動物ケア委員会からプロトコルの承認を得てください。手術時に体重が200から250gとなる若いWistarラットを用意します。導入には吸入麻酔を用い、ラットを1匹ずつ鎮静させます。まず、1 L/minの流量の酸素中で4% isof fluorineを投与します。その後、1 L/minの一酸化二窒素と0.6 L/minの酸素の混合気の中で2% isof fluorineを使用します。鎮静状態を維持するため、処置を継続する前に標準的な足指でのピンチテストを行い、効果的に鎮静されているかを確認します。完全に鎮静された後、両眼に人工涙液軟膏を塗布し、ブプレノルフィンを0.01〜0.05 mg/kgの用量で皮下注射し、術前鎮痛薬を投与します。次に、各後肢の前外側を剃毛し、10% Betadineと70% ethanolを交互に3回使用して手術部位を消毒します。処置中の低体温症を防ぐため、ラットを温水循環パッドの上に置く。15番の手術用メスを用いて、皮膚を切開し、大腿部の外側面に沿って切開して筋肉を露出させる。次に、鈍的剥離を用いて低侵襲に筋腹を退け、大腿骨遠位端を露出させる。次に、骨膜エレベーターを使用して大腿骨を覆っている薄い骨膜層を掻き取り、穿孔のための皮質骨を完全に露出させます。鈍的に剥離する際や骨膜を除去する際に、成長板や膝関節の関節軟骨を損傷しないよう注意してください。大腿骨の洗浄と確認が完了したら、大腿骨を外側に回転させ、遠位大腿骨の前面を露出させます。また、ドリリング中の組織の過熱を防ぐため、組織を洗浄するための十分な滅菌生理食塩水を用意しておいてください。ドリリング前に、キャリパーを用いて大腿骨の中線に沿って2.5 millimeters間隔で2つの穴の位置を測定します。次に、1.3 millimeterの歯科用バーを歯科用ハンドピースに取り付け、前方の皮質骨を穿孔して穴を作成します。続いて、1.3 millimeterのツイスト歯科用バーをハンドピースに取り付け、大腿骨の反対側の皮質骨まで穴を貫通させ、双皮質的な平行穴を作成します。最後に、ツイストバーをカスタムサイドカッティングバーに交換し、近位から遠位方向に向かって穴を連結させ、インプラントの埋設部位を形成します。欠損部の形成が完了したら、付属の針を使用して生分解性縫合糸を開口部に通し、大腿骨の外側皮質に沿って戻します。その後、縫合糸の自由端にインプラントをに通し、欠損部へと導いて圧入します。術後の回復期および治癒の初期段階においてインプラントの安定性を確保するため、大腿骨の外側に縫合糸を縛ります。残りの縫合糸を用いて筋肉組織を閉鎖し、その後、外科用ステープラーを使用して皮膚組織を再配置します。最後に、皮下注射により術後鎮痛剤を投与します。手術部位に感染の兆候がないかを確認し、動物を毎日観察する。歩行機能が完全に回復しなかった動物、および安楽死時に大腿骨骨折が認められた動物は除外する。安楽死後、大腿骨を取り出し、周囲の軟組織を除去して骨を洗浄する。組織の水和状態を維持するため、直ちに15% sucrose緩衝液に保存する。機械的試験の準備として、識別のために外側のアーチに油性マーカーで細い黒線を引きます。次に、高速回転システムに取り付けた円筒形ダイヤモンドバーを用いて、インプラントの幅に合わせて骨を削り出します。最終的な試験片は、インプラントの両面に固定された2つの骨アーチで構成されます。すべての試験において、ロードセルを備えた機械的試験装置を使用し、動作速度を30 millimeters per minuteに設定します。準備中または試験片への運搬中に脱落したアーチには、試験値として0 newtonを割り当てます。まず、試験片をカスタムメイドのブレークアウェイモールドに配置し、モールドの後面に安定化プレートを置いて固定します。次に、皮質骨アーチをフローアブル歯科用コンポジットで囲み、サファイアプラズマアーク高強度キュアリングライトを使用してコンポジットを60秒間光重合させます。この設計により、一貫した試験を行うためにインプラント周囲骨の0.5 millimeterの領域を単離することが可能になります。重合後、型を開き、硬化した試料ブロックを取り出します。次に、あらかじめ作製した試験片のレプリカを万力に固定し、ユニットをインストロンのベース中央に配置します。その後、試料を万力のネジ部に配置し、10ポンドのナイロン製釣り線をインプラントに通して、緩んだ末端を可動クロスヘッドに取り付け、システムに試料を固定します。一貫性を保つため、常に外側からラベルを貼り、先に試験してください。次に、前述と同様に、破損するまでクロスヘッドを分速30 millimetersで試料から遠ざかるように移動させます。骨がインプラント表面から剥離したら、この工程を内側アーチでも繰り返し、その後、解剖顕微鏡を用いてインプラント表面を観察します。ここでは、リン酸カルシウムナノ結晶を添加した場合と添加しなかった場合の、グリットブラスト処理済みインプラント表面のSEM画像を示しています。修飾されたナノ表面は10,000倍では対照群の表面と同様に見えますが、100,000倍で観察すると、リン酸カルシウムナノ結晶によって形成された重ね合わせのナノトポグラフィーが非常に明確になります。代表的な強制変位曲線がここに示されています。赤線は微小地形的に複雑な表面を、黒線はリン酸カルシウムナノ結晶を積層させたインプラントを表しています。リン酸カルシウムのサブミクロン地形的特徴を追加した表面は、未修飾の微小地形を持つ表面よりも、破壊力が有意に高い結果となりました。機械的試験後の破断面を分析したところ、流動性歯科用コンポジットで骨を封入したサンプルの92%が、目的のインプラント領域内で破断しました。この手順を行う際は、試験片が極めて小さく軽量であるため、ポッティング時に細心の注意を払うことが重要です。正確に配置することが困難であるため、歯科用コンポジットを適用する前に、すべてを適切に整列させる必要があります。本手順の後、走査電子顕微鏡による後方散乱電子像などの高度なイメージング手法を用いることで、骨とインプラントの相互作用に関するさらなる疑問に対し、著しく高い倍率で解析を行うことが可能です。

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Research

JoVE Journal

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骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法

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