Een verbeterde mechanische testmethode te beoordelen Bone-implantaat Anchorage

Het algemene doel van deze procedure is om de verankering en stabiliteit van nieuw gevormd reparatief bot aan kandidaat-implantaatoppervlakken te beoordelen. Dit wordt bereikt door eerst twee groepen op maat gemaakte titanium implantaten te creëren. Eén groep wordt behandeld met een standaard gritstraalbehandeling om een onderliggende microtopografie te creëren en een tweede groep met dezelfde gritstraalbehandeling, aangevuld met superponeerde calciumfosfaat-nanokristallen.

De tweede stap is het plaatsen van implantaten in het distale femur van mannelijke Wistar-ratten voor negen dagen, waarna de femura worden verzameld. Vervolgens worden de femura gereinigd en het omringende bot getrimd tot de breedte van het implantaat, zodat mechanische testmonsters overblijven met de corticale boog aan weerszijden van het implantaat. De laatste stap is om de testmonsters in een vloeibaar tandheelkundig composiet te plaatsen met behulp van een aangepaste breekbare mal, die 0,5 mm peri-implantaatbot isoleert, en vervolgens mechanische tests op de monsters uit te voeren.

Uiteindelijk bieden de resultaten van mechanische tests een beoordeling van het vermogen van het kandidaat-implantaatoppervlak om te fungeren als een ankeroppervlak voor nieuw gevormd reparatief bot. Deze methode kan worden gebruikt om het belang van verschillende schaalbereiken van de topografie van het implantaatoppervlak aan te tonen voor de diverse mechanismen van botverankering, variërend van botbinding op nanometerschaal tot botingroei op grove micrometerschaal. De techniek is bijzonder geschikt voor het meten van de effecten van kandidaat-oppervlakontwerpen, zoals verankerde oppervlakken voor nieuw gevormd reparatief bot.

Omdat het de regio voor mechanische beproeving beperkt tot binnen een halve millimeter van het implantaatoppervlak. Deze methode kan inzicht verschaffen in de effecten op de botvorming als functie van het ontwerp van het implantaatoppervlak en kan ook worden toegepast op andere metalen, keramische en polymere implantaatmaterialen. Om deze procedure te starten, vervaardigt u rechthoekige titanium implantaten van commercieel zuiver titanium, boort u vervolgens centraal een gat langs de lange as en bereidt u de oppervlakken voor op implantatie zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol; wijs de implantaten via gedeeltelijke randomisatie één toe aan het linkerfemur en één aan het rechterfemur.

Dit zorgt ervoor dat er van elk implantaattype één in hetzelfde dier terechtkomt en maakt optimalisatie van de statistische analyse mogelijk. Zoals bij alle dierprocedures, dient men protocolgoedkeuring van de lokale commissie voor dierenzorg te verkrijgen voordat er experimenten voor deze procedure worden gestart. Gebruik jonge Wistar-ratten die op het moment van de operatie een gewicht tussen de 200 en 250 gram hebben.

Sedeer één rat per keer met behulp van inhalatieanesthesie voor de inductie. Dien 4% isofluoraan toe in zuurstof met een stroomsnelheid van één liter per minuut. Gebruik vervolgens 2% isofluoraan in een mengsel van één liter per minuut lachgas en 0,6 liter per minuut zuurstof.

Om de sedatie in stand te houden, dient een standaard teenknijptest te worden uitgevoerd om effectieve sedatie te bevestigen voordat de procedure wordt voortgezet. Zodra het dier volledig gesedeerd is, wordt er kunsttranenzalf in beide ogen aangebracht en wordt er preoperatieve analgesie toegediend via een subcutane injectie van 0,01 tot 0,05 milligram per kilogram buprenorfine. Scheer vervolgens het anterolaterale aspect van beide achterpoten en desinfecteer daarna het operatiegebied door drie maal afwisselend 10% Betadine en 70% ethanol aan te brengen.

Plaats de rat op een warmwatercirculatiemat om hypothermie tijdens de procedure te voorkomen en gebruik een chirurgisch scalpel nr. 15. Maak een incisie door de huid en langs de laterale zijde van het dijbeen om de spier bloot te leggen. Leg vervolgens het distale femur vrij door middel van botte dissectie om de spierlichamen op een minimaal invasieve wijze opzij te schuiven.

Schraap vervolgens de dunne laag periosteum weg die over het femur ligt met behulp van een periostelevator, om het corticale bot volledig bloot te leggen voor het boren. Let erop dat de groeischijf of het gewrichtskraakbeen van het kniegewricht niet wordt beschadigd tijdens de stompe dissectie of het verwijderen van het periosteum. Zodra het femur is schoongemaakt en geïnspecteerd, wordt het femur lateraal gedraaid om het anterieure aspect van het distale femur bloot te leggen.

Zorg er daarnaast voor dat er voldoende steriele zoutoplossing beschikbaar is om het weefsel tijdens het boren te irrigeren om oververhitting van het weefsel te voorkomen. Meet vóór het boren met een schuifmaat de locatie voor twee gaten af, 2,5 millimeter uit elkaar langs de middellijn van het femur. Bevestig vervolgens een tandheelkundige boor van 1,3 millimeter aan een tandheelkundig handstuk en maak de gaten door door de anterieure cortex te boren. Bevestig daarna een twistboor van 1,3 millimeter aan het handstuk en breid de gaten uit door de tegenoverliggende cortex van het femur, resulterend in bicorticale parallelle gaten.

Vervang tenslotte de twistboor door een aangepaste zijsnijdende boor en gebruik deze om de gaten in proximale-distale richting te verbinden, waardoor de plek voor het implantaat wordt gevormd. Zodra het defect voltooid is, wordt er een biologisch afbreekbare hechtdraad via de opening doorgevoerd met behulp van de bijbehorende naald, waarna deze rond de buitenste femorale cortex wordt teruggeleid. Rijg vervolgens het implantaat over het vrije uiteinde van de hechtdraad en geleid het in het defect, waar het via een perspassing moet worden geplaatst.

Knoop de hechtdraad rond het laterale aspect van het femur om implantatiestabiliteit te waarborgen tijdens het postoperatieve herstel en de vroege stadia van genezing. Gebruik de resterende hechtdraad om het spierweefsel te sluiten en plaats vervolgens het huidweefsel terug met chirurgische klemmetjes. Dien tot slot een postoperatief analgeticum toe via een subcutane injectie.

Inspecteer de chirurgische plaatsen op tekenen van infectie en controleer de dieren dagelijks. Sluit dieren uit die hun loopvermogen niet volledig herwinnen of bij wie bij opoffering femurfracturen worden vastgesteld. Verwijder na opoffering het femur en maak het bot vrij van het omringende zachte weefsel. Bewaar het onmiddellijk in een 15% sucrose-bufferoplossing om de hydratatie van het weefsel te behouden.

Trek ter voorbereiding op de mechanische tests met een permanente marker een dunne zwarte lijn op de laterale boog voor identificatiedoeleinden. Trim vervolgens het bot tot de breedte van de implantaten met een cilindrische diamantboor die is bevestigd aan een systeem met hoge snelheid. De uiteindelijke testmonsters bestaan uit twee botbogen die aan elke zijde van het implantaat zijn bevestigd.

Gebruik voor alle tests een mechanisch beproevingsapparaat dat is uitgerust met een krachtsensor en stel de testsnelheid in op 30 millimeter per minuut. Ken een testwaarde van nul newton toe aan bogen die tijdens de preparatie of het transport naar de testmonsters afbreken. Plaats het monster eerst in een speciaal vervaardigde breekvorm en stabiliseer dit door de stabilisatieplaat aan de posterieure zijde van de vorm te plaatsen.

Omring vervolgens de corticale boog met vloeibaar dentaal composiet en polymeriseer het composiet gedurende 60 seconden met een saffier plasma-boog uithardingslamp met hoge intensiteit. Dit ontwerp maakt het mogelijk om een gebied van 0,5 millimeter peri-implantaatbot te isoleren voor consistente testen. Open na het uitharden de mal en verwijder het uitgeharde monsterblok.

Bevestig vervolgens een vooraf vervaardigde replica van het testmonster in een bankschroef en centreer de eenheid op de basis van de Instron. Veranker het monster vervolgens aan het systeem door het in de draad van de bankschroef te plaatsen, de nylon vislijn van 10 pound door het implantaat te halen en de losse uiteinden aan de bewegende dwarsbalk te bevestigen. Label en test voor de consistentie altijd eerst de laterale zijde. Beweeg daarna de dwarsbalk met een snelheid van 30 millimeter per minuut van het monster weg, zoals voorheen, totdat er een breuk optreedt.

Zodra het bot loskomt van het implantatoppervlak, herhaalt u dit proces bij de mediale boog en observeert u vervolgens de implantatoppervlakken met een dissectiemicroscoop. Hier worden SEM-beelden getoond van de gezandstraalde implantatoppervlakken, gepresenteerd met en zonder toevoeging van calciumfosfaat-nanokristallen. De gemodificeerde nano-oppervlakken zien er bij 10.000 x vergelijkbaar uit met de controle-oppervlakken, maar wanneer ze bij 100.000 x worden bekeken, wordt de supergeponeerde nanotopografie die is gecreëerd door de calciumfosfaat-nanokristallen duidelijk zichtbaar.

Hier worden representatieve curves van geforceerde verplaatsing getoond. De rode lijnen vertegenwoordigen de microtopografisch complexe oppervlakken, terwijl de zwarte lijn implantaten vertegenwoordigt met de supergeponeerde calciumfosfaat-nanokristallen. Het oppervlak met de toegevoegde submicron topografische kenmerken van calciumfosfaat vertoonde significant hogere disruptiekrachten dan het oppervlak met een ongewijzigde microtopografie.

Bij de analyse van de breukvlakken na mechanische tests bleek dat 92% van de monsters waarbij het bot was ingekapseld in vloeibaar tandheelkundig composiet, braken binnen de beoogde implantaatregio. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om uiterst nauwkeurig te zijn bij het inkapselen van de testmonsters vanwege hun geringe afmetingen en gewicht. Omdat ze moeilijk nauwkeurig te plaatsen zijn, is het noodzakelijk om alles correct uit te lijnen voordat het tandheelkundige composiet wordt aangebracht.

Na deze procedure kunnen geavanceerde beeldvormingsmethoden, zoals terugverstrooide elektronenbeeldvorming in een scanning elektronenmicroscoop, worden uitgevoerd om aanvullende vragen over de interactie tussen het implantaat en het bot bij een aanzienlijk hogere vergroting te beantwoorden.