현장 압축 하중과 뼈, 치주 인대 치아 섬유 공동의 상관적인 비 침습 이미징

요약

본 연구에서는, 섬유 관절 생체 역학에 대한 마이크로 X-선 계산 tomography 결합 시츄 장착 장치에서의 사용이 논의 될 것이다. 관절 생체 역학의 전반적인 변화에 식별 실험 판독이 포함됩니다 : 1) 반동 변위 대 힘, 폐포 소켓 내에서, 즉 치아의 변위 및 하중에의 반동 반응을, 2) 3 차원 (3D) 공간 구성 및 morphometrics, 즉 기하학적 로딩이 축, 즉 동심 또는 편심 하중의 변화에 폐포 소켓 치아 및 판독 1, 2, 3) 변화의 관계.

초록

이 연구는 소설의 역학 시험 프로토콜을 보여줍니다. 이 프로토콜의 장점은 따라서 모의 생리적 하중 및 습식 조건 하에서 내부 구조 요소의 시각화를 가능하게 고해상 X-레이 현미경에 결합 시츄 장착 장치에서의 사용을 포함한다. 실험 표본은 그대로 뼈, 치주 인대 (PDL) - 치아 섬유 관절을 포함 할 것이다. 1) 변위 대 반동 : 치아 변위 폐포 소켓 사이 및 로딩, 2) 3 차원 (3D) 공간적 구성보기에 그 반동 응답 결과들은 장기 레벨 생체 역학에 적용 할 수있는 프로토콜의 세 가지 중요한 기능을 설명 할 것이다 및 morphometrics : 기하학적 인 폐포 소켓과 치아의 관계, 인한, 즉 편심 하중에 동심에서로드 축 변화에 판독 1, 2, 3)으로 변경됩니다. 제안 된 프로토콜의 효능 기계 테 커플 링에 의해 평가 될 것입니다3D morphometrics과 관절의 전반적인 생체 역학에 따끔 판독. 또한,이 기술은 특히 반동로드 전에 섬유상 관절 단층 촬영 취득에, 실험 조건을 평형화 필요성을 강조한다. 그것은 제안 된 프로토콜은 생체 조건에서 표본을 테스트로 제한하고, 부드러운 조직 기계적인 반응을 시각화하는 조영제의 사용은 조직과 기관 수준의 생체 역학에 대한 잘못된 결론으로 이어질 수 있음을 유의해야한다.

서론

여러 가지 실험 방법은 diarthrodial 및 섬유 관절의 생체 역학 조사를 계속 사용. 치아 기관의 역학에 대한 구체적인 방법은 스트레인 게이지 ^1-3, 광탄성 방법 ^{4, 5,} 모아레 간섭 ^{6, 7,} 전자 스페 클 간섭 ^8, 디지털 이미지의 상관 관계 (DIC) ^9-14의 사용을 포함한다. 이 연구에서 혁신적인 접근 방식은 섬유 관절의 내부 구조를 노출하는 X-선을 사용하여 (부드러운 영역으로 구성된 광물 조직과 자신의 인터페이스를하고 인대 등의 조직을 인터페이스) 생체 내 조건에 해당하는 부하에서 비 침습적 영상이 포함되어 있습니다. 마이크로 X-선 현미경에 결합 시츄 장착 장치가 사용될 것이다. 로드 시간과 하중 - 변위 곡선은 갓 수확 쥐 헤미 - 하악 내 관심의 몰로드로 수집됩니다. M1) 무부하 때로드 때 2)과 동심으로 편심로드 : 본 연구에서 제시된 방법의 아인 목표로 조건을 비교하여 치아 뼈의 3 차원 형태의 효과를 강조하고있다. 잘라 시험편에 대한 필요성을 제거하고, 습식 조건 하에서 전체 그대로 기관에 실험을 수행하여 3D 응력 상태의 최대 보존을 허용한다. 이것은 다양한로드 시나리오에서 복잡한 동적 프로세스를 이해하는 연구의 새로운 영역을 엽니 다.

본 연구에서는, 스프 라그 돌리 쥐의 손상되지 않은 섬유 관절 내에서 테스트 PDL의 생체 역학에 대한 방법은 최적의 생체 공학 모델 시스템으로 간주 관절 상세히 설명한다. 실험들은 기관 수준의 생체 역학 관련으로 관절의 세 가지 중요한 기능을 강조하기 위해 수화 된 상태에서 저작 부하의 시뮬레이션이 포함됩니다. 3 점 포함됩니다 변위 대 1) 반동을 :치아 치조 소켓 내에서 변위 및 하중에의 반동 반응, 2) 3 차원 (3D) 공간 구성 및 morphometrics : 폐포 소켓과 치아의 기하학적 관계와 수의 변동으로 인해 판독 1, 2, 3) 변경 동심의 편심 하중, 즉로드 축. 제안 된 기술의 세 가지 기본 판독 인해 기능적 요구의 변화 및 ​​/ 또는 질병의 하나 척추 관절의 적응 특성을 조사하기 위해 적용될 수있다. 상기 판독 값의 변화, 다른 로딩 속도에서 구체적으로 변위 반동 부하 사이의 상관 관계, 그리고 반동로드 시간과 하중 - 변위 곡선의 결과는 공동 역학의 전반적인 변화를 강조하기 위해 적용 할 수 있습니다. 제안 된 프로토콜의 효능은 3D morphometrics과 관절의 전반적인 생체 역학에 기계적 시험 판독 결합에 의해 평가됩니다.

프로토콜

축사와 안락사 :이 데모에 사용 된 모든 동물이 기관 동물 케어 및 사용위원회 (IACUC)와 국립 보건 연구소 (NIH)의 지침에 따라 무균 조건 하에서 보관 하였다.

표준 하드 펠렛 쥐 차우와 물 광고 리브 동물을 제공합니다. IACUC 승인 한 UCSF의 표준 프로토콜에 따라 이산화탄소 질식, 양자 개흉술의 2 단계 방법을 통해 동물을 안락사. 조직의 저하를 방지하기 위해 동물의 희생을 24 시간 이내에 생체 역학 테스트를 수행합니다.

1. 준비 및 쥐 하악골이나 상악골의 해부

1. 척골 구상 과정과 과두 과정 (그림 1) ^(15)를 포함하여 전체 하악골을 유지하면서 부드럽게 막 조직과 근육 조직 첨부 파일을 단절하여 쥐의 턱을 제거합니다.
2. 자동차로 구분 hemimandiblesefully 메스 블레이드 하악 치골의 섬유 조직을 절단.
   참고 : 물리적으로 ^{2 차} 몰의 생체 역학 테스트를 방해하는 경우 관상 동맥과 과두 프로세스, 하악 하악 (그림 1)를 제거해야합니다.
3. 몰의 로딩을 방해하지로 펄프 챔버를 노출하지 않고 앞니를 잘라.

2. 현장 압축 하중에 대한 표본 준비 (그림 2)

1. 이전에 현장 로딩 장치 (그림 2A)에서에 넣기로 실험 표본보다 훨씬 더 뻣뻣 재료를 사용하여 스틸 스텁에 시편을 고정시킨다.
   주 : 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)가있는 경우, 치과 탐색기를 사용하여 제거하고, 본 연구와 과량의 시료를 고정화 하였다.
2. 모두 직선을​​ 사용하여 AFM 금속 시편 디스크와 관심 평행의 몰 (들)의 교합면을 맞 춥니 다면 (즉, 근심-말단과 구강 - 언어).
3. 어금니 주변 둔기로 저점을 만듭니다.
   참고 :이 공간은 여분의 액체를 포함하고 현장 로딩하는 동안 조직의 수분을 유지하기 위해 "해자"의 역할을해야한다.
4. 치과 합성을 사용하여 동심 (그림 2B) 또는 편심 (그림 2C) 로딩 구축 치아 표면을 준비합니다. 15 초 동안 교합면에 35 % 인산 젤로 또한 치아의 표면을 에칭.
5. 탈 이온수로 철저하게 에칭을 씻어​​ 공기 / 물 주사기 또는 압축 공기 용기를 사용하여 표면을 건조. 탐험가로, 얇은 층에 열려있는 교두에 접착제 한 방울을 확산. 치과 치료 빛과 복합 치료.
   참고 : 복합 재료를 포함한 모든 단계는 램프에서 직접 빛없이 수행해야합니다. 이러한 조건은 바람직하지 않게 중합 공정을 가속화하고 coul 것D 합성의 적절한 배치를 방지합니다. 실내 조명이 허용됩니다.
6. 미세한 메스 또는 면도날 인접 치아에서 과잉 접착제를 제거합니다.
7. 표면의 준비 다음 표면에 유동성 치과 합성을 놓고 치과 탐색기를 사용하여 관심의 몰 (들)의 홈에 확산.
8. 30 초 동안 치과 치료 빛에 복합 노출.
9. 그 몰 (들)과 30 초 동안 빛 치료의 교합면에서, 치과 수지 조성물을 사용하여 3 ~ 4 ㎜의 교합 형성을 금형.
10. 직선 및 고속 핸드 피스를 사용하여 모든 표본 일관된 로딩 방식을 사용하도록 평평한 표면에 평행으로 복합 상승의 상단을 줄일 수 있습니다.
    주 : 생체 역학 테스트하는 동안 다른 시료 50 ㎎ / ㎖ 페니실린과 트리스 - 인산염 완충 용액 (TBS)에 저장하고, 스트렙토 마이신 ^{(15)되어야한다.}

3. 로딩 장치 드리프트강성, 소재 부동산의 차별화 된 기능, 섬유 공동의 현장 로딩 중

1. 그림 (b)에 나타낸 바와 같이, 균일 한 동안의로드 단계의 모루의 복합 상승과 시편, 테스트를 고정합니다.
2. 동심 또는 편심 하중 (그림 2B 및 2C)를 확인하기 위해 유한 부하에 시료를로드하여 다음 복합체의 표면에 관절 용지를 넣습니다.
3. 표본의 수분을 보장하기 위해 표본 주위에 TBS에 젖은 킴 와이프를 놓습니다. 시편 주위에 저점을 확인하고 촬영하는 동안 수화 기관을 유지하기 위해 TBS로 채 웁니다.
4. hemimandible의 고정 다음 변위 속도로 원하는 피크 부하에 몰을 압축하는 데벤 (Deben) 소프트웨어에 입력 피크 하중과 변위 속도.
   참고 : 재료가 부하 센서 감도 = 0.1 (시간이 지남에 압축 전형적인 판독은 반동적 부하를 포함해야N). 로드 시간과 변위 시간에서, 압축 된 자료에 대한 하중 - 변위 곡선은 ^16-18를 얻을 수 있어야합니다. 로드 사이클로부터 수집 된 데이터를 사용하여, 공동의 여러가지 특성도 결정될 수있다. 조인트의 강성은 선형 부 변위 곡선 ¹⁹ 대 부하의 적재 단계 (데이터의 마지막 약 30 %)의 기울기를 고려하여 계산되어야한다.

4. 포스 포 산 (PTA)와 연조직, PDL의 염색,

참고 : X-선 감쇠 대비를 강화하기 위해, PDL은 5 % PTA 솔루션 ^(20)으로 염색해야한다.

1. 백필 PTA 염색 깨끗한 1.8 ㎖의 유리 carpule에 솔루션 및 주사기에로드 carpule를 놓습니다.
2. 그 몰 주변 치주 조직에 구조적 손상을 방지하기 위해 인접 치아의 PDL 공간에 솔루션 천천히 (5 분 / carpule)를 주입.
   참고 : 위의 단계 ㄱ한다용액의 약 5 완전 carpules (15 ㎖)까지 반복 전자가 주입되고 주변 조직에 흐르게된다. 수험 공부를 표본은 나머지 PTA 솔루션 (8 시간)에 하룻밤 담가 할 수 있습니다.

5. 추천 μ-XCT 스캔 설정

다음 스캔 설정 M-XCT를 수행

목표 확대	4X, 10X
	1800 이미지
X 선관 전압	75 KVP (PTA 스테인드 샘플 50 KVP)
	8 W
노출 시간	~ 8-25 초 *
	~ 4 μm의 (4X 목적), 1 ~ 2 μm의 (10X 목적) **

* 노광 시간은 기하학과 시험편과 X-선관 VO의 광학 밀도에 기초하여 변화 할 수있다ltage.
* 실제 픽셀 해상도가 다소 소스, 시험편 및 검출기의 구성에 따라 다를 것이다.

결과

로딩 장치 "반발"일정한 부하가 "푸시", 강성 및 시스템 드리프트 추정

백래쉬 : 사이클의 로딩 및 언 로딩 부분 사이에 진정한 하역 표본 멀리 가기 턱 (그림 3)에서 끌어 즉로, 개시하기 전에 모터에서 역 기어하는 동안 3 초 일시 정지가 존재한다. 이 기간은 시스템이 턱의 개구를 폐쇄로 전환하려고 할 때 시간 세그먼트를 나타내는 시스템의 백래쉬로 지칭된다. 그것은 모든 하중 싸이클 불문 시험편 또는 적하 상태의 유사 백래쉬 응답 (도 4)를 포함 할 것이라는 점을 주목해야한다. 강체를 사용하여 획득 시간 곡선 대 정상 부하는 서로 다른 두 리터에 로딩, 언 로딩, 백래쉬 영역을 강조하는도 3a 및도 3b에 도시6 N 16 N의 oads는 해당 세 부분을 강조 변위 곡선 대 수직 하중은 그림...

토론

이 프로토콜을 수립하는 첫번째 단계는 강체를 사용하여로드 프레임의 강성을 평가 참여. 결과에 따라, 강성이 상당히 낮은 강성 값과 시험편의 추가 테스트를위한 장착 장치의 사용을 가능하게 높았다. 두 번째 단계는 강체 다른 가교 밀도 PDMS 재료 및 섬유상 조인트를 사용하여 생성 된 하역 곡선의 두 단계를 이용하여 서로 다른 강성 값을 구별하는 기기의 능력을 강조했다. 백래쉬 단계 동안로드 단계와 푸시에서 강성은 다음 언 로딩 및 재료의 회복 물질의 저항을 식별하기 위해 사용되는 (도 3 및 4) 하였다. 프로토콜의 세 번째와 네 번째 단계는 t로 수행 시츄 촬상에 장착 장치로부터 얻어진 하중 - 변위 곡선의 변화를 상호 연관되었습니다그는 X-선 (그림 5)의 사용. 이 관절을로드 각각 동심 및 편심 상태에서, 무부하 및 부하에 단층 촬영을 얻을 수있었습니다. 프로토콜은 PDL 압축의 수준 로딩 축 차이를 변화시킴으로써 ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
바드 파커 블레이드	BD	MEDC-001054
AFM 메탈 디스크	Ted Pella	16218
폴리메틸 메타크릴레이트	GC America	N/A
Uni-Etch	Bisco	E5502EBM
Optibond Solo Plus	Kerr Corp	N/A
Filtek Flow	3M	N/A
Hurculite Ultra	Kerr	34346
Tris buffer	Mediatech Inc.	N/A
교합 용지	Parkell Inc.
포스 포 텅스텐 산	시그마 알드리치	HT152