In situ drukbelasting en Correlatieve Niet-invasieve beeldvorming van de Bone-parodontale ligament-tooth Stapel Joint
7 maart 2014
In deze studie wordt het gebruik van een in situ laadinrichting in combinatie met micro-X-ray tomografie vezelachtige gemeenschappelijke biomechanica besproken. Experimentele uitlezingen identificeerbaar met een totale verandering in joint biomechanica omvatten: 1) reactionaire kracht versus verplaatsing, namelijk tand verplaatsing binnen de alveolaire stopcontact en de reactionaire reactie op belasting, 2) drie-dimensionale (3D) ruimtelijke configuratie en morfometrie, dwz geometrische relati
Het algemene doel van deze procedure is het meten van de biomechanische respons van het dento-alveolaire complex. Dit wordt bereikt door eerst het dier te dissekeren om een intacte hemi-mandibula of maxilla te verwijderen. De tweede stap van de procedure is het monteren van het specimen en het voorbereiden van het tandoppervlak met een composiet-opbouw voor mechanische tests.
De laatste stappen omvatten het meten van de biomechanische toestand van het monster met behulp van een load cell in C twee, gevolgd door het scannen van het specimen met een röntgenmicroscoop. Uiteindelijk kunnen de resultaten veranderingen in de biomechanische respons van een vezelig gewricht laten zien, bijvoorbeeld als gevolg van ziekte of hypofunctie, in combinatie met hoge-resolutie tomogrammen bij verschillende belastingscondities. De belangrijkste voordelen van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zijn dat het orgaan intact blijft en dat de scanmethoden niet-invasief zijn.
Hierdoor blijft het natuurlijke spanningsveld van het ligament behouden en kunnen de biomechanische eigenschappen nauwkeurig worden gemeten. Verkrijg eerst een gedissecteerde maxilla of mandibula zoals beschreven in het protocol. Ga vervolgens verder door het preparaat met acryl te immobiliseren op de stalen houder.
Verwijder eventueel overtollig materiaal van de randen van de stomp. Lijn vervolgens met een liniaal de occlusale vlakken van belang parallel aan de A FM metalen monsterdisk uit in het mesiodistaal vlak, en daarna in het bucco-linguaal vlak. Maak met een stomp instrument een geul rondom de molaren.
Dit dient als reservoir voor weefselhydratatie. Tijdens de voorbereiding van het tandoppervlak wordt 35% fosforzuur gebruikt om het betreffende occlusale oppervlak 15 seconden lang te etsen. Spoel na 15 seconden het geëtste gebied grondig af met gedeïoniseerd water en droog het oppervlak met perslucht om onbedoelde uitharding van de composieten te voorkomen.
Voer de volgende stappen uit onder minimaal omgevingslicht. Verdeel een druppel hechtmiddel in de open cusps. Polymeriseer het hechtmiddel gedurende 20 seconden.
Schraap met een dental curing light en een scalpellamelle alle overtollige bonding agent weg. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat overtollig composietmateriaal niet overstroomt naar aangrenzende tanden. Dit voorkomt een onjuiste weergave van de tand wanneer deze in de benige alveolus wordt geperst.
Breng nu een dunne laag vloeibaar composiet aan op het oppervlak en verdeel dit in de groeven tussen de molaren. Zodra dit is verdeeld, wordt deze verbinding gedurende 30 seconden aan uithardingslicht blootgesteld. Bouw vervolgens drie tot vier millimeter composiet op het betreffende occlusale vlak op en hard dit uit met 30 seconden lichtblootstelling.
Nadat de lichten weer zijn ingeschakeld, gebruikt u een liniaal en een hoogtoerig handstuk met een diamantboor om overtollig composiet te verwijderen en de bovenzijde van de composietopbouw tot een vlak oppervlak te egaliseren. Dit zorgt ervoor dat de belasting gelijkmatig wordt uitgeoefend wanneer de procedure is voltooid. Bewaar het preparaat in TBS met antibiotica tot het wordt getest.
Om het specimen eerst mechanisch te testen, wordt het vastgezet tussen de aambeelblokken van het belastingsapparaat. Plaats vervolgens artikulatiepapier op het oppervlak van het composiet. Breng daarna een kleine belasting aan om de uniformiteit van de belasting te controleren.
Concentrische belasting wordt aangegeven door een gelijkmatige verdeling van markeringen. Om het monster tijdens het testen gehydrateerd te houden, wordt een weefsel gedrenkt in TBS rondom het monster geplaatst. Vul daarnaast het in het monster uitgespaarde reservoir met TBS. Gebruik de software om een piekbelasting en verplaatsingssnelheid toe te passen om de geïmmobiliseerde molaar samen te drukken.
Op de AFM-stub kan het weke weefsel worden gekleurd met PTA. Om de röntgenbeelden te verbeteren, wordt 5% PTA in een carpule van 1,8 milliliter gevuld. Injecteer de PTA gedurende vijf minuten langzaam met een spuit in de PDL-ruimte naast het gebied van interesse.
Herhaal de injectie nog vier keer voor een totaal geïnjecteerd volume van negen milliliter. Na voltooiing van de injecties kan het specimen een nacht worden geweekt. Bij PTA vóór röntgenanalyse tijdens de belastingscyclus is er een verwachte periode van speling wanneer de tandwielen overschakelen in hun beweging van het sluiten naar het openen van de klemmen.
Dit duurt ongeveer drie seconden en is zichtbaar ongeacht de belastingsomstandigheden. De reactie op deze speling is het sterkst tijdens starre lichaambelasting. In vergelijking hiermee is de grootte van de reactie op de speling kleiner.
Bij de bot-PDL-tandenmonsters is de stijfheid bij de polymethylmethacrylaat-monsters ook lager, maar niet zo laag als bij de bot-PDL-tandenmonsters vergeleken met starre lichamen; de complex- en polydimethylsiloxaan-monsters zijn eveneens significant minder stijf. XCT-scans van een typisch monster zonder ST-kleuring toonden duidelijk de positie van de tand binnen de alveolaire botkas. Echter, niet-gemineraliseerd weefsel zoals de PDL kan niet worden onderscheiden zonder het gebruik van een contrastversterkende kleurstof.
Door gebruik te maken van een contrastversterker zoals PTA, wordt het zachte weefsel bij een hogere vergroting zichtbaar in de XCT-scan. Zelfs vezels worden zichtbaar binnen de PDL-ruimte. Monsters kunnen axiaal worden belast, zoals in deze tand-botrelatie bij 15 newtons, of monsters kunnen worden belast.
Excentrische belasting resulteert in een grotere verplaatsing van de tand en een andere configuratie van de tandkas dan concentrische belasting. Thermogrammen werden gebruikt om het effect van de twee belastingsschema's te vergelijken. Beide schema's zorgden ervoor dat de tand zich verticaal verplaatste, maar excentrische belasting voegde een aanvullend rotatiepad toe aan de tandbeweging.
Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een ovaal tandcomplex moet prepareren en mechanisch moet testen met behulp van een init-laadinrichting gekoppeld aan een micro XT-microscoop.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie bespreekt de biomechanische respons van het dento-alveolaire complex met behulp van een in situ belastingsapparaat en micro-röntgencomputertomografie. Het onderzoek richt zich op het meten van reactiekrachten, ruimtelijke configuraties en morfometrische veranderingen als reactie op variërende belastingsomstandigheden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Biomechanica
- Tandheelkundig onderzoek
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- Het dento-alveolaire complex is van cruciaal belang voor het begrijpen van de gewrichtsbiomechanica.
- Bestaande methoden bieden mogelijk geen niet-invasieve inzichten in biomechanische reacties.
- Beeldvormingstechnieken met een hoge resolutie kunnen het begrip van de gewrichtsmechanica verbeteren.
- Fibreuze gewrichten kunnen veranderingen vertonen als gevolg van ziekte of mechanische belasting.
Doel van de studie
- Om de biomechanische respons van vezelige gewrichten in het dentaal alveolaire complex te meten.
- Om de impact van belastingsomstandigheden op de gewrichtsmechanica te beoordelen.
- Om niet-invasieve beeldvormingsmethoden te gebruiken voor biomechanische analyse.
Gebruikte methoden
- Dissectie van dierspecimens om intacte hemi-mandibels of maxillae te verkrijgen.
- Voorbereiding van tandoppervlakken voor mechanische testen.
- Gebruik van een krachtmetingscel om biomechanische toestanden te meten.
- Scannen van specimens met een röntgenmicroscoop voor gedetailleerde beeldvorming.
Belangrijkste resultaten
- Veranderingen in de reactiekrachten en de tandverplaatsing werden waargenomen.
- De 3D-ruimtelijke configuraties van tanden binnen de alveolaire kom werden geanalyseerd.
- Variaties in biomechanische responsen werden genoteerd bij verschillende belastingsassen.
- De methode vertoonde voordelen ten opzichte van traditionele invasieve technieken.
Conclusies
- De studie biedt inzicht in het biomechanische gedrag van fibreuze gewrichten.
- Niet-invasieve beeldvormingstechnieken kunnen de gewrichtsmechanica effectief beoordelen.
- Het begrijpen van deze mechanica is essentieel voor de behandeling van tandheelkundige aandoeningen.
Veelgestelde Vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Dit biomechanische testprotocol maakt een kwantitatieve beoordeling mogelijk van de reacties van fibreuze gewrichten onder fysiologische belastingsomstandigheden, wat bijdraagt aan targetvalidatie in onderzoek naar het bewegingsapparaat en bindweefsel. Door mechanische belasting te correleren met 3D-structurele veranderingen, biedt het voorspellend vertrouwen voor de evaluatie van ziekte-modificerende interventies bij periodontale en dentale pathologieën. De aanpak vult een kritiek gat in de niet-invasieve, op orgaanniveau uitgevoerde biomechanische beoordeling die relevant is voor de ontwikkeling van preklinische modellen.
Strategische toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door reactiekracht-verplaatsingsrelaties in intacte bot-PDL-tandverbindingen onder gecontroleerde belasting te meten.
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door visualisatie van de 3D ruimtelijke configuratie en morfometrie van de fibreuze verbinding onder fysiologische omstandigheden.
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert mechanistische risicoreductie door het kwantificeren van belastingsas-afhankelijke veranderingen in de biomechanica van de verbinding, waardoor structuur-functierelaties worden verduidelijkt.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Operationele waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream-workflows door natuurlijke stamvelden en hydratatietoestanden te behouden tijdens mechanische tests.
- Operationele waarde: Maakt assay-standaardisatie mogelijk via niet-invasieve beeldvorming gekoppeld aan mechanische uitlezingen, wat de reproduceerbaarheid onder verschillende belastingscondities waarborgt.
- Operationele waarde: Ondersteunt de screening-gereedheid door kwantitatieve outputs (kracht, verplaatsing, 3D-morfometrie) te genereren voor het evalueren van het effect van verbindingen op de gewrichtsintegriteit.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele Waarde: Biedt ziekterelevante systeemcontinuïteit door de beoordeling mogelijk te maken van biomechanische veranderingen als gevolg van hypofunctie of ziektestaten in intacte gewrichten.
- Translationele Waarde: Maakt risicogecorrigeerde beslissingen over voortgang mogelijk door resultaten van mechanische tests te koppelen aan structurele veranderingen onder variërende belastingsassen.
- Translationele Waarde: Ondersteunt het voorspellend vertrouwen in preklinische modellen door aan te tonen hoe belastingsomstandigheden de tandverplaatsing en de configuratie van de alveolus beïnvloeden.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm, van hypotheseonderzoek tot lead-identificatie, door biomechanische fenotypering van fibreuze gewrichten onder gecontroleerde belasting te bieden, wat bijdraagt aan go/no-go-beslissingen bij targetvalidatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door het meten van biomechanische reacties van het dento-alveolaire complex op concentrische en excentrische belasting.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via gestandaardiseerde monsterpreparatie en niet-invasieve beeldvorming die de weefselintegriteit behoudt tijdens mechanische evaluatie.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (reactiekracht, verplaatsing, 3D-ruimtelijke configuratie), waardoor vergelijking tussen belastingscondities en experimentele groepen mogelijk wordt.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij preklinische continuïteit door te beoordelen hoe veranderingen in de belastingsas de gewrichtsbiomechanica beïnvloeden, wat relevant is voor het modelleren van door ziekte veroorzaakte veranderingen in fibreus weefsel.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare capaciteit voor het evalueren van de biomechanische integriteit van fibreuze gewrichten over meerdere ziektemodellen en therapeutische interventies heen.
Operationele & Bedrijfsmatige Impact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellende zekerheid bij targetvalidatie door mechanistische ambiguïteit in de biomechanica van fibreuze gewrichten te verminderen via directe structuur-functiecorrelatie.
- Operationele waarde: Waarborgt standaardisatie en reproduceerbaarheid via niet-invasieve beeldvorming en gecontroleerde belastingsprotocollen die fysiologische omstandigheden handhaven.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door een kwantitatieve beoordeling van biomechanische risicoreductie bij targets in het bindweefsel mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering door biomechanische fenotyperingsgegevens te leveren die beslissingen over verdere ontwikkeling in preklinische pipelines informeren.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in biomechanisch testen, monstervoorbereiding en de interpretatie van micro-röntgenbeelden.
- Afhankelijk van toegang tot in situ belastingsapparatuur gekoppeld aan röntgenmicroscopen met een hoge resolutie en contrastmiddelen voor de visualisatie van zachte weefsels.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de hydratatie van monsters, belastingsprotocollen en de timing van beeldacquisitie om de consistentie van de gegevens te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij het toepassen van het protocol op verschillende vezelige gewrichtsmodellen of soortspecifieke anatomische variaties.
- Bevat praktische beperkingen zoals ex vivo beperkingen en potentiële artefacten door het gebruik van contrastmiddelen, wat de interpretatie van de mechanische respons van zacht weefsel kan beïnvloeden.
