In situ Obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb
7 marca 2014
W tym badaniu omówione zostanie użycie urządzenia do ładowania in situ w połączeniu z mikro-rentgenowską tomografią komputerową do biomechaniki stawów włóknistych. Odczyty doświadczalne identyfikujące się z ogólną zmianą biomechaniki stawów będą obejmowały: 1) siłę reakcyjną w funkcji przemieszczenia, tj. przemieszczenie zęba w obrębie zębodołu i jego reakcję reakcyjną na obciążenie, 2) trójwymiarową (3D) konfigurację przestrzenną i morfometrię, tj. zależność geometryczną zęba względem zębodołu
Ogólnym celem niniejszej procedury jest pomiar odpowiedzi biomechanicznej kompleksu zębowo-alveolarnego. Cel ten osiąga się poprzez wstępną sekcję zwierzęcia w celu usunięcia nienaruszonej połowy żuchwy lub szczęki. Drugim etapem procedury jest zamocowanie preparatu i przygotowanie powierzchni zęba poprzez nałożenie nadbudowy z kompozytu do badań mechanicznych.
Ostatnie etapy obejmują pomiar stanu biomechanicznego próbki przy użyciu przetwornika siły w układzie C2, a następnie skanowanie preparatu za pomocą mikroskopu rentgenowskiego. Ostatecznie wyniki mogą wykazać zmiany w odpowiedzi biomechanicznej stawu włóknistego, np. spowodowane chorobą lub hipofunkcją, w połączeniu z wysoką rozdzielczością tomografii przy różnych stanach obciążenia. Głównymi zaletami tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami są zachowanie integralności narządu oraz nieinwazyjny charakter metod skanowania.
Dzięki temu zachowane zostaje naturalne pole odkształceń więzadła, co pozwala na dokładny pomiar właściwości biomechanicznych. W pierwszej kolejności należy pozyskać wypreparowaną szczękę lub żuchwę zgodnie z opisem w protokole. Następnie należy unieruchomić preparat na stalowym trzpieniu za pomocą akrylu.
Usuń nadmiar materiału z krawędzi kikutu. Następnie, używając linijki, wyrównaj powierzchnie okluzyjne obszaru zainteresowania równolegle do metalowego krążka próbnego A FM w płaszczyźnie mezjalno-dystalnej, a następnie w płaszczyźnie policzkowo-językowej. Za pomocą tępiego narzędzia wykonaj rowek otaczający zęby trzonowe.
Służy to jako rezerwuar do nawilżania tkanek. W kroku dwa przygotowania powierzchni zęba, należy użyć 35% kwasu fosforowego do trawienia interesującej powierzchni okluzyjnej przez 15 sekund. Po upływie 15 sekund należy dokładnie wypłukać wytrawiony obszar wodą dejonizowaną i osuszyć powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza, aby zapobiec niezamierzonemu utwardzeniu kompozytów.
Następne kilka kroków należy wykonać przy minimalnym oświetleniu otoczenia. Rozprowadzić kroplę systemu wiążącego w otwartych punktach kontaktu. Naświetlać system wiążący przez 20 sekund.
Używając lampy polimeryzacyjnej oraz ostrza, usuń nadmiar materiału wiążącego. Ważne jest, aby upewnić się, że nadmiar materiału kompozytowego nie przedostaje się na sąsiednie zęby. Zapobiega to zniekształceniu obrazu zęba podczas jego wprowadzania do dołka kostnego.
Następnie nanieś cienką warstwę płynnego kompozytu dentystycznego na powierzchnię i rozprowadź go w bruzdach między trzonowcami. Po rozprowadzeniu poddaj związek działaniu lampy polimeryzacyjnej przez 30 sekund. Następnie nałóż od trzech do czterech milimetrów kompozytu dentystycznego na interesującą płaszczyznę okluzjalną i polimeryzuj go, naświetlając przez 30 sekund.
Po ponownym zwiększeniu natężenia światła, użyj kątownika oraz wysokobiegowej końcówki z wiertłem diamentowym, aby usunąć nadmiar kompozytu i wyrównać górną stronę nadbudowy kompozytowej do płaskiej powierzchni. Zapewni to równomierne przyłożenie obciążenia po zakończeniu procedury. Przechowuj próbkę w TBS z antybiotykami do momentu przeprowadzenia testów.
Aby przeprowadzić testy mechaniczne okazu, należy najpierw zamocować go pomiędzy kowadłami urządzenia obciążającego. Następnie na powierzchni kompozytu należy umieścić papier artykulacyjny. Po tym zastosuj niewielkie obciążenie, aby sprawdzić jednorodność przykładanego nacisku.
Koncentryczne obciążenie jest wskazywane przez równomierne rozłożenie oznaczeń. Aby utrzymać nawilżenie próbki podczas testowania, nasącz chusteczkę roztworem TBS i umieść ją wokół próbki. Napełnij również TBS zbiornik wyżłobiony w próbce. Za pomocą oprogramowania zastosuj maksymalne obciążenie oraz prędkość przemieszczenia, aby skompresować unieruchomiony ząb trzonowy.
Na bloczku AFM tkankę miękką można zabarwić PTA. Aby poprawić jakość obrazów rentgenowskich, napełnij carpulę o pojemności 1,8 mililitra 5% PTA. Używając strzykawki, powoli w ciągu pięciu minut wstrzyknij PTA do przestrzeni PDL sąsiadującej z obszarem zainteresowania.
Powtórz wtryskiwanie jeszcze cztery razy, aby uzyskać całkowitą objętość wstrzykniętej cieczy wynoszącą dziewięć mililitrów. Po zakończeniu wtryskiwania próbkę można pozostawić do namoczenia na noc. W PTA, przed analizą rentgenowską podczas cyklu obciążeniowego, występuje spodziewany okres luzu mechanicznego w momencie, gdy koła zębate zmieniają kierunek ruchu z zamykania na otwieranie szczęk.
Trwa to około trzech sekund i jest obserwowane niezależnie od warunków obciążenia. Reakcja na ten luz jest najsilniejsza podczas obciążania ciała sztywnego. W porównaniu z tym wielkość odpowiedzi na luz jest mniejsza.
W przypadku próbek zębów z więzadłem dziąślowym (PDL) w kości, wartość ta jest również niższa w próbkach z polimetylometakrylanu, choć nie tak niska jak w przypadku próbek zębów z PDL w kości w porównaniu do ciał sztywnych; próbki z kompleksu oraz polidimetylosiloksanu są również znacznie mniej sztywne. Skanowanie XCT typowej próbki bez barwienia ST wyraźnie ukazało położenie zęba w dołku kostnym żuchwy. Jednakże tkanek niezmineralizowanych, takich jak PDL, nie można rozróżnić bez zastosowania barwnika kontrastowego.
Dzięki zastosowaniu środka wzmacniającego kontrast, takiego jak PTA, tkanka miękka staje się widoczna w skanie XCT przy większym powiększeniu. W przestrzeni PDL widoczne stają się nawet włókna. Próbki można obciążać osiowo, na przykład w takim związku ząb-kość przy sile 15 newtons, lub można obciążać próbki.
Obciążenie ekscentryczne skutkuje zwiększonym przemieszczeniem zęba oraz inną konfiguracją zębodołu w porównaniu do obciążenia koncentrycznego. Do porównania efektu obu schematów obciążania wykorzystano termogramy. Oba schematy spowodowały pionowe przemieszczenie zęba, jednak obciążenie ekscentryczne wprowadziło dodatkową ścieżkę rotacyjną w ruchu zęba.
Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać wiedzę na temat przygotowania i mechanicznego badania kompleksu owalnego zęba z wykorzystaniem urządzenia do obciążania początkowego połączonego z mikroskopem micro XT.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsza praca omawia reakcję biomechaniczną kompleksu zębowo-alveolarnego z wykorzystaniem urządzenia do obciążania in situ oraz mikro-tomografii komputerowej rentgenowskiej. Badania koncentrują się na pomiarze sił reakcji, konfiguracji przestrzennych oraz zmianach morfometrycznych w odpowiedzi na zmienne warunki obciążenia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biomechanika
- Badania stomatologiczne
- Techniki obrazowania
Wprowadzenie
- Kompleks zębno-wyrostkowy ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia biomechaniki stawów.
- Istniejące metody mogą nie dostarczać nieinwazyjnych informacji na temat odpowiedzi biomechanicznych.
- Techniki obrazowania o wysokiej rozdzielczości mogą pogłębić zrozumienie mechaniki stawów.
- Stawy włókniste mogą wykazywać zmiany wynikające z chorób lub obciążeń mechanicznych.
Cel badania
- Pomiar odpowiedzi biomechanicznej stawów włóknistych w kompleksie zębowo-wyrostkowym.
- Ocena wpływu warunków obciążenia na mechanikę stawów.
- Wykorzystanie nieinwazyjnych metod obrazowania do analizy biomechanicznej.
Zastosowane metody
- Disekcja okazów zwierzęcych w celu uzyskania nienaruszonych półżuchw lub szczęk.
- Przygotowanie powierzchni zębów do badań mechanicznych.
- Wykorzystanie przetwornika siły do pomiaru stanów biomechanicznych.
- Skanowanie okazów za pomocą mikroskopu rentgenowskiego w celu uzyskania szczegółowych obrazów.
Główne wyniki
- Zaobserwowano zmiany sił reakcji oraz przemieszczenie zębów.
- Przeanalizowano trójwymiarowe konfiguracje przestrzenne zębów w obrębie panewki zębodołu.
- Odnotowano różnice w odpowiedziach biomechanicznych dla różnych osi obciążenia.
- Metoda wykazała przewagę nad tradycyjnymi technikami inwazyjnymi.
Wnioski
- Badanie dostarcza informacji na temat zachowania biomechanicznego stawów włóknistych.
- Nieinwazyjne techniki obrazowania mogą skutecznie oceniać mechanikę stawów.
- Zrozumienie tej mechaniki jest niezbędne do leczenia chorób stomatologicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejszy protokół badań biomechanicznych umożliwia ilościową ocenę odpowiedzi włóknistych stawów w fizjologicznych warunkach obciążenia, co wspiera walidację celów w badaniach nad układem mięśniowo-szkieletowym i tkanką łączną. Poprzez korelację obciążenia mechanicznego z trójwymiarowymi zmianami strukturalnymi, metoda ta zapewnia wiarygodność prognostyczną przy ocenie interwencji modyfikujących przebieg choroby w patologiach okresu i zębów. Podejście to wypełnia istotną lukę w nieinwazyjnej ocenie biomechaniki na poziomie organu, istotnej dla rozwoju modeli przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez pomiar zależności między siłą reakcji a przemieszczeniem w nienaruszonych stawach kość-więzadło przyzębne-ząb przy kontrolowanym obciążeniu.
- Wartość naukowa: Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez wizualizację 3D konfiguracji przestrzennej i morfometrii stawu włóknistego w warunkach fizjologicznych.
- Wartość naukowa: Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez kwantyfikację zmian w biomechanice stawu zależnych od osi obciążenia, co pozwala na wyjaśnienie zależności między strukturą a funkcją.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość użytkowa: Przygotowuje zwalidowane układy biologiczne do dalszych etapów analizy poprzez zachowanie naturalnych pól szczepów i stanów nawodnienia podczas testów mechanicznych.
- Wartość użytkowa: Umożliwia standaryzację testów dzięki nieinwazyjnemu obrazowaniu powiązanemu z odczytami mechanicznymi, co zapewnia powtarzalność w różnych warunkach obciążenia.
- Wartość użytkowa: Wspiera gotowość do przesiewu poprzez generowanie ilościowych wyników (siła, przemieszczenie, morfometria 3D) w celu oceny wpływu związków na integralność stawów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość translacyjna: Zapewnia ciągłość systemu istotną dla przebiegu choroby, umożliwiając ocenę zmian biomechanicznych wynikających z niedoczynności lub stanów chorobowych w nienaruszonych stawach.
- Wartość translacyjna: Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju w oparciu o analizę ryzyka poprzez powiązanie wyników testów mechanicznych ze zmianami strukturalnymi przy różnych osiach obciążenia.
- Wartość translacyjna: Zwiększa pewność prognostyczną w modelach przedklinicznych, wykazując, w jaki sposób warunki obciążenia wpływają na przemieszczenie zęba i konfigurację zębodołu.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces badawczy — od testowania hipotez po identyfikację związków wiodących — poprzez zapewnienie fenotypowania biomechanicznego stawów włóknistych w warunkach kontrolowanego obciążenia, co pozwala na podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac w ramach walidacji celu.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez pomiar odpowiedzi biomechanicznych kompleksu zębowo-wyrostkowego na obciążenia koncentryczne i ekscentryczne.
- Przesiewy: Zapewnia gotowość do analizy dzięki standaryzowanemu przygotowaniu preparatów oraz nieinwazyjnemu obrazowaniu, które zachowuje integralność tkanek podczas oceny mechanicznej.
- Analityka: Generuje ilościowe pomiary zmiennych zależnych (siła reakcji, przemieszczenie, trójwymiarowa konfiguracja przestrzenna), umożliwiając porównania między różnymi warunkami obciążenia i grupami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną poprzez ocenę wpływu zmian osi obciążenia na biomechanikę stawów, co ma znaczenie dla modelowania zmian w tkankach włóknistych wywołanych chorobowo.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania metody oceny integralności biomechanicznej stawów włóknistych w wielu modelach chorobowych i interwencjach terapeutycznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zapewnia pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w biomechanice stawów włóknistych dzięki bezpośredniej korelacji struktury z funkcją.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki nieinwazyjnemu obrazowaniu oraz kontrolowanym protokołom obciążania, które utrzymują warunki fizjologiczne.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje typu go/no-go, umożliwiając ilościową ocenę ograniczania ryzyka biomechanicznego w celach związanych z tkanką łączną.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko poprzez dostarczanie danych z fenotypowania biomechanicznego, które informują decyzje o dalszym rozwoju w rurociągach przedklinicznych.
Kwestie dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie testów biomechanicznych, przygotowania próbek oraz interpretacji obrazowania mikro-rentgenowskiego.
- Zależy od dostępu do urządzeń do obciążania in situ sprzężonych z mikroskopami rentgenowskimi o wysokiej rozdzielczości oraz środków kontrastowych do wizualizacji tkanek miękkich.
- Konieczna jest międzyzespołowa standaryzacja nawadniania próbek, protokołów obciążania oraz czasu akwizycji obrazów w celu zapewnienia spójności danych.
- Wymaga rozważenia adaptacji przy stosowaniu protokołu w odniesieniu do różnych modeli włóknistych stawów lub anatomicznych różnic gatunkowych.
- Obejmuje ograniczenia praktyczne, takie jak warunki ex vivo oraz potencjalne artefakty wynikające ze stosowania środków kontrastowych, co może wpływać na interpretację odpowiedzi mechanicznej tkanek miękkich.
