뼈 이식 앵커리지 평가하는 향상된 기계적 시험 방법

이 절차의 전반적인 목표는 새로 형성된 재생골의 후보 임플란트 표면에 대한 고정력과 안정성을 평가하는 것입니다. 이는 먼저 두 그룹의 맞춤형 티타늄 임플란트를 제작함으로써 수행됩니다. 한 그룹은 하부 미세 지형을 생성하기 위해 표준 그리트 블라스팅 처리를 하였고, 두 번째 그룹은 동일한 그리트 블라스팅 처리와 더불어 인산칼슘 나노 결정체(calcium phosphate nano crystals)를 중첩 처리하였습니다.

두 번째 단계는 수컷 Wistar 쥐의 원위 대퇴골에 임플란트를 식립하고 9일 후에 대퇴골을 수집하는 것입니다. 다음으로, 대퇴골을 세척하고 임플란트 너비에 맞게 주변 뼈를 다듬어, 임플란트 양측에 피질궁이 남아 있는 기계적 테스트 시편을 준비합니다. 마지막 단계는 맞춤형 분리형 몰드를 사용하여 테스트 시편을 유동성 치과용 복합재에 고정함으로써 임플란트 주변 뼈 0.5 millimeters를 격리하고, 해당 시편에 대해 기계적 테스트를 수행하는 것입니다.

궁극적으로, 기계적 테스트 결과는 후보 임플란트 표면이 새로 형성된 수복골의 고정 표면으로 작용할 수 있는 능력을 평가하는 지표를 제공합니다. 이 방법은 나노미터 규모의 골 결합부터 조밀한 마이크론 규모의 골 내성장에 이르기까지, 임플란트 표면 지형의 서로 다른 스케일 범위가 골 고정의 다양한 메커니즘에 미치는 중요성을 입증하는 데 활용될 수 있습니다. 이 기술은 특히 새로 형성된 수복골을 위한 고정 표면과 같은 후보 표면 설계의 효과를 측정하는 데 적합합니다.

이는 기계적 시험 영역을 임플란트 표면으로부터 0.5 mm 이내로 제한하기 때문입니다. 이 방법은 임플란트 표면 설계에 따른 골 형성 영향에 대한 통찰을 제공할 수 있으며, 다른 금속, 세라믹 및 고분자 임플란트 재료에도 적용될 수 있습니다. 이 절차를 시작하려면, 상용 순수 티타늄으로 직사각형 모양의 티타늄 임플란트를 제작한 후, 장축을 따라 중앙에 구멍을 뚫고 동봉된 텍스트 프로토콜에 기술된 대로 임플란트를 위한 표면 처리를 수행하며, 부분 무작위 배정을 통해 임플란트를 왼쪽 대퇴골과 오른쪽 대퇴골에 각각 하나씩 할당하십시오.

이렇게 하면 각 임플란트 유형이 한 마리의 동물에 하나씩 배치되어 통계 분석을 최적화할 수 있습니다. 모든 동물 실험 절차와 마찬가지로, 본 절차를 위한 실험을 시작하기 전에 지역 동물 관리 위원회로부터 프로토콜 승인을 받으십시오. 수술 시 체중이 200에서 250 g 사이인 어린 Wistar 랫드를 준비하십시오.

유도마취를 위해 흡입 마취법을 사용하여 쥐를 한 마리씩 진정시킵니다. 1 L/min의 유량으로 산소 내 4% isof fluorine을 투여합니다. 그 후, 1 L/min의 아산화질소와 0.6 L/min의 산소 혼합물 내 2% isof fluorine을 사용합니다.

진정 상태를 유지하기 위해, 절차를 계속 진행하기 전 표준 발가락 꼬집기 테스트를 실시하여 진정이 효과적으로 이루어졌는지 확인합니다. 완전히 진정되면 양쪽 눈에 인공눈물 연고를 도포하고, kg당 0.01 내지 0.05 mg의 buprenorphine을 피하 주사하여 수술 전 진통제를 투여합니다. 다음으로, 각 뒷다리의 전외측 부위를 제모한 후 10% Betadine과 70% ethanol을 번갈아 가며 세 번 닦아 수술 부위를 소독합니다.

15번 수술용 메스를 사용하여 처치 중 저체온증을 방지하기 위해 쥐를 온수 순환 패드 위에 놓습니다. 피부를 절개하고 허벅지의 가측면을 따라 절개하여 근육을 노출시킵니다. 그 다음, 둔성 박리를 통해 근육 조직을 최소 침습적인 방식으로 밀어내어 대퇴골 원위부를 노출시킵니다.

다음으로, 골막 거상기를 사용하여 대퇴골을 덮고 있는 얇은 골막 층을 긁어내어 드릴링을 위한 피질골을 완전히 노출시킵니다. 둔성 박리나 골막 제거 과정에서 성장판이나 무릎 관절의 관절 연골이 손상되지 않도록 주의하십시오. 대퇴골을 세척하고 점검한 후, 대퇴골을 외측으로 회전시켜 원위 대퇴골의 전면을 노출시킵니다.

또한, 드릴링 중 조직의 과열을 방지하기 위해 조직을 세척할 충분한 멸균 식염수를 준비하십시오. 드릴링 전, 캘리퍼를 사용하여 대퇴골 정중선을 따라 2.5 mm 간격으로 두 개의 구멍 위치를 측정합니다. 그다음, 치과용 핸드피스에 1.3 mm 치과용 버(burr)를 장착하고 전면 피질을 관통하여 구멍을 뚫습니다. 이어서, 핸드피스에 1.3 mm 트위스트 치과용 버를 장착하고 대퇴골의 반대편 피질까지 구멍을 확장하여 양측 피질을 관통하는 평행한 구멍을 만듭니다.

마지막으로, 트위스트 버(twist burr)를 커스텀 측방 절삭 버(side cutting burr)로 교체하고, 이를 사용하여 근위부에서 원위부 방향으로 구멍들을 연결함으로써 임플란트 식립 부위를 형성합니다. 결손 부위가 완성되면, 부착된 바늘을 사용하여 생분해성 봉합사를 개구부를 통해 통과시킨 후 대퇴골 외측 피질을 따라 되돌립니다. 그런 다음 봉합사의 자유단에 임플란트를 끼워 결손 부위로 안내하여 압입 고정시킵니다.

수술 후 회복 및 치유 초기 단계 동안 임플란트의 안정성을 확보하기 위해 대퇴골의 외측면에 봉합사를 묶습니다. 남은 봉합사를 사용하여 근육 조직을 폐쇄한 후, 수술용 스테이플을 사용하여 피부 조직을 재배치합니다. 마지막으로, 피하 주사를 통해 수술 후 진통제를 투여합니다.

수술 부위에 감염 징후가 있는지 검사하고 매일 동물을 모니터링하십시오. 보행 능력을 완전히 회복하지 못한 동물이나 희생 시 대퇴골 골절이 발견된 동물은 제외하십시오. 희생 후, 대퇴골을 분리하고 주변 연조직을 제거하여 뼈를 깨끗이 세척하십시오. 조직의 수화 상태를 유지하기 위해 즉시 15% sucrose 완충 용액에 보관하십시오.

기계적 테스트를 준비하기 위해, 식별 목적으로 측면 아치에 유성 마커로 얇은 검은색 선을 긋습니다. 다음으로, 고속 시스템에 부착된 원통형 다이아몬드 버를 사용하여 임플란트 너비에 맞게 뼈를 다듬습니다. 최종 테스트 시편은 임플란트의 각 면에 부착된 두 개의 뼈 아치로 구성됩니다.

모든 테스트에는 로드셀이 장착된 기계적 시험 장치를 사용하고, 작동 속도를 30 millimeters per minute로 설정하십시오. 준비 또는 시험편 운송 중에 탈락한 아치에는 0 newton의 테스트 값을 할당하십시오. 먼저, 시험편을 맞춤형 분리형 몰드에 넣고 몰드의 후면에 안정화 플레이트를 배치하여 고정하십시오.

그런 다음 피질골 아치(cortical arch) 주변을 흐름성 치과용 복합레진으로 둘러싸고, 사파이어 플라즈마 아크 고강도 광중합기를 사용하여 60초 동안 중합합니다. 이러한 설계는 일관된 테스트를 위해 임플란트 주변 골의 0.5 millimeter 영역을 격리할 수 있게 합니다. 중합 후 몰드를 열고 경화된 시편 블록을 제거합니다.

다음으로, 테스트 시편의 사전 제작된 복제물을 바이스에 고정하고 장치를 인스트론(instron) 베이스의 중앙에 맞춥니다. 그런 다음 시편을 바이스 나사산에 배치하고, 임플란트를 통해 10 pound 나일론 낚싯줄을 통과시켜 느슨한 끝부분을 이동식 크로스헤드에 연결함으로써 시편을 시스템에 고정합니다. 일관성을 위해 항상 외측(lateral side)을 먼저 라벨링하고 테스트하십시오. 이어서, 이전과 동일하게 파손이 일어날 때까지 30 millimeters per minute의 속도로 크로스헤드를 시편에서 멀어지는 방향으로 이동시킵니다.

임플란트 표면에서 뼈가 분리되면, 내측 아치(medial arch)에 대해 이 과정을 반복한 후 해부 현미경을 사용하여 임플란트 표면을 관찰하십시오. 여기에는 인산칼슘 나노 결정의 추가 여부에 따른 그리트 블라스팅(grit blasted) 처리된 임플란트 표면의 SEM 이미지가 나와 있습니다. 수정된 나노 표면은 10,000 x 배율에서는 대조군 표면과 비슷해 보이지만, 100,000 x 배율로 관찰하면 인산칼슘 나노 결정에 의해 생성된 중첩된 나노 지형이 매우 뚜렷하게 나타납니다.

대표적인 강제 변위 곡선이 여기에 제시되어 있습니다. 빨간색 선은 미세 지형적으로 복잡한 표면을 나타내며, 검은색 선은 인산칼슘 나노 결정이 중첩된 임플란트를 나타냅니다. 인산칼슘 서브마이크론 지형적 특징이 추가된 표면은 수정되지 않은 미세 지형 표면보다 유의하게 더 높은 파괴력을 보였습니다.

기계적 시험 후 파단면을 분석한 결과, 흐름성 치과용 복합레진으로 뼈를 감싼 시편의 92%가 목표 임플란트 영역 내에서 파단되었습니다. 이 절차를 수행할 때, 테스트 시편의 크기와 무게가 매우 작으므로 포팅(potting) 시 세심한 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 시편을 정확하게 배치하기 어려우므로, 치과용 복합레진을 도포하기 전에 모든 요소를 적절하게 정렬해야 합니다.

이 절차를 마친 후, 주사전자현미경의 후방 산란 전자 이미징과 같은 고급 이미징 방법을 통해 훨씬 더 높은 배율에서 골 임플란트 상호작용에 관한 추가적인 질문들에 대한 답을 얻을 수 있습니다.