Name: In situ Obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-07T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 9 s
Description: Poznaj metodę nieinwazyjnego obrazowania biomechanicznej odpowiedzi złożonego zębowo-wyrostkowego przy użyciu mikrotomografii rentgenowskiej. Technika umożliwia analizę zmian sił reakcyjnych i przemieszczeń zęba w stawie włóknistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe NIH/NIDCR R00DE018212 (SPH), NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH), NIH/NIDCR T32 DE07306 (AJ, JDL), NIH/NCRR S10RR026645, (SPH) oraz Departments of Preventive and Restorative Dental Sciences oraz Orofacial Sciences, UCSF. Ponadto autorzy dziękują Xradia Graduate Fellowship (AJ), Xradia Inc., Pleasanton, CA. 
Autorzy dziękują dr Kathryn Grandfield, UCSF za pomoc w przetwarzaniu danych; Drs. Stephen Weiner i Gili Naveh, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael; Dr. Ron Shahar, The HebrewUniversity of Jerusalem, Izrael za ich wnikliwe dyskusje na temat urządzenia do ładowania in situ. Autorzy chcieliby również podziękować Biomaterials and Bioengineering MicroCT Imaging Facility na UCSF za zastosowanie Micro XCT i in situ urządzenie ładujące.

Hodowla zwierząt i eutanazja: Wszystkie zwierzęta użyte w tej demonstracji były trzymane w warunkach wolnych od patogenów, zgodnie z wytycznymi Instytucjonalnego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) oraz Narodowego Instytutu Zdrowia (NIH).
Zaopatrz zwierzęta w standardową karmę dla szczurów z twardym granulem i wodę ad lib. Eutanazja zwierząt za pomocą dwuetapowej metody uduszenia dwutlenkiem węgla, obustronna torakotomia zgodnie ze standardowym protokołem UCSF zatwierdzonym przez IACUC. Wykonaj badania biomechaniczne w ciągu 24 godzin od uśmiercenia zwierząt, aby uniknąć degradacji tkanek.
1. Przygotowanie i rozbiór żuchwy lub szczęki szczura
<ol>
	<li>Usuń żuchwy szczura, delikatnie przecinając tkankę błoniastą i przyczepy tkanki mięśniowej, zachowując całą żuchwę, w tym wyrostek dziobiasty i wyrostek kłykciowy (ryc. 1)15.</li>
	<li>Oddziel hemimandibles, ostrożnie przecinając włóknistą tkankę spojenia żuchwy za pomocą ostrza skalpela. 
	Uwaga: Wyrostki wieńcowe i kłykciowe oraz ramus żuchwy (ryc. 1) należy usunąć, jeśli fizycznie utrudniają badanie biomechaniczne 2. zęba trzonowego.</li>
	<li>Przeciąć siekacze bez odsłaniania komory miazgi, aby nie utrudniać obciążenia zęba trzonowego.</li>
</ol>
2. Przygotowanie próbki do obciążenia ściskającego in situ (Rysunek 2)
<ol>
	<li>Unieruchomić próbkę na stalowym króćcu za pomocą materiału, który jest znacznie sztywniejszy niż próbka doświadczalna przed załadowaniem jej do urządzenia ładującego in situ (rysunek 2A). 
	Uwaga: Do unieruchomienia próbki w tym badaniu użyto polimetakrylanu metylu (PMMA), a nadmiar, jeśli wystąpił, usunięto za pomocą eksploratora dentystycznego.</li>
	<li>Wyrównaj powierzchnię zgryzową zęba trzonowego (zębów trzonowych) będących przedmiotem zainteresowania równolegle do krążka próbki metalowej AFM, używając prostej krawędzi w obu płaszczyznach (tj. mezjalno-dystalnej i policzkowo-językowej).</li>
	<li>Stwórz koryto narzędziem otaczającym zęby trzonowe. 
	Uwaga: Przestrzeń ta powinna służyć jako "fosa", aby zatrzymać nadmiar płynu i utrzymać nawodnienie tkanek podczas ładowania in situ.</li>
	<li>Przygotuj powierzchnię zęba do odbudowy do koncentrycznego (Rysunek 2B) lub mimośrodowego (Rysunek 2C) obciążenia za pomocą kompozytu dentystycznego. Wytrawić powierzchnię interesującego zęba 35% żelem z kwasem fosforowym na powierzchni zgryzu przez 15 sekund.</li>
	<li>Dokładnie spłucz wytrawiacz wodą dejonizowaną i osusz powierzchnię za pomocą strzykawki powietrzno-wodnej lub kanistra ze sprężonym powietrzem. Za pomocą eksploratora rozprowadź cienką warstwą kroplę środka wiążącego w otwartych guzkach. Utwardź kompozyt za pomocą lampy do utwardzania zębów. 
	Uwaga: Wszystkie czynności związane z kompozytami powinny być wykonywane bez bezpośredniego światła z lampy. Takie warunki w niepożądany sposób przyspieszyłyby proces polimeryzacji i mogłyby uniemożliwić prawidłowe ułożenie kompozytu. Dopuszczalne jest oświetlenie pomieszczenia.</li>
	<li>Usuń nadmiar środka wiążącego z sąsiednich zębów za pomocą drobnego skalpela lub żyletki.</li>
	<li>Po przygotowaniu powierzchni umieść płynny kompozyt dentystyczny na powierzchni i rozprowadź go w rowkach zębów trzonowych za pomocą eksploratora dentystycznego.</li>
	<li>Wystaw kompozyt na działanie światła utwardzającego zęby przez 30 sekund.</li>
	<li>Uformuj nagromadzenie zgryzowe o wielkości około 3-4 mm za pomocą kompozytu z żywicy dentystycznej, od płaszczyzny zgryzowej zębów trzonowych będących przedmiotem zainteresowania i utwardź światłem przez 30 sekund.</li>
	<li>Zmniejsz górną część kompozytu do płaskiej powierzchni równoległej, aby umożliwić spójny schemat ładowania wszystkich próbek przy użyciu prostej krawędzi i szybkoobrotowej rękojeści. 
	Uwaga: Podczas badań biomechanicznych inne próbki powinny być przechowywane w roztworze buforowanym tris-fosforanem (TBS) z 50 mg/ml penicyliny i streptomycyny15.</li>
</ol>
3. Dryf i sztywność urządzenia załadowczego, zdolność różnicowania właściwości materiału, obciążenie złącza włóknistego in situ
<ol>
	<li>Zabezpiecz próbkę za pomocą kompozytu nagromadzonego na kowadle etapu ładowania i przetestuj równomierne obciążenie, jak pokazano na rysunku 2B.</li>
	<li>Umieść papier przegubowy na powierzchni kompozytu, a następnie załaduj próbkę do skończonego obciążenia, aby sprawdzić, czy nie ma obciążenia koncentrycznego lub mimośrodowego (rysunki 2B i 2C).</li>
	<li>Umieść nasączony TBS Kimwipe wokół próbki, aby zapewnić nawodnienie próbki. Zrób koryto wokół próbki i wypełnij je TBS, aby utrzymać narząd nawodniony podczas obrazowania.</li>
	<li>Wprowadź obciążenie szczytowe i szybkość przemieszczenia do oprogramowania Deben, aby ścisnąć trzonowiec do pożądanego obciążenia szczytowego przy szybkości przemieszczenia po unieruchomieniu krwionośnego. 
	Uwaga: Typowe odczyty powinny uwzględniać obciążenie reakcyjne, ponieważ materiał jest ściskany w czasie (czułość przetwornika obciążenia = 0,1 N). Na podstawie czasu obciążenia i czasu przemieszczenia należy uzyskać krzywą obciążenia-przemieszczenia dla sprasowanego materiału16-18. Na podstawie danych zebranych z cykli obciążenia można również określić różne właściwości złącza. Sztywność połączenia należy obliczyć, biorąc pod uwagę nachylenie części liniowej (w przybliżeniu ostatnie 30% danych) fazy obciążenia obciążenia w funkcji krzywej przemieszczenia19.</li>
</ol>
4. Barwienie tkanek miękkich, PDL, kwasem fosfowolframowym (PTA)
Uwaga: Aby zwiększyć kontrast tłumienia promieniowania rentgenowskiego, PDL powinien być zabarwiony 5% roztworem PTA20.
<ol>
	<li>Wlej roztwór barwiący PTA do czystej szklanej karpuli o pojemności 1,8 ml i umieść załadowaną karpulę w strzykawce.</li>
	<li>Roztwór należy wstrzykiwać powoli (5 min/karpulę) do przestrzeni PDL sąsiednich zębów, aby zapobiec uszkodzeniom strukturalnym tkanek przyzębia otaczających zęby trzonowe będące przedmiotem zainteresowania. 
	Uwaga: Powyższe czynności należy powtarzać do momentu wstrzyknięcia około 5 pełnych karpul (9 ml) roztworu i pozostawienia go do spływania do otaczających tkanek. Przygotowane próbki można również namoczyć przez noc w pozostałym roztworze PTA (8 godzin).</li>
</ol>
5. Zalecane ustawienia skanowania μ-XCT
Wykonaj m-XCT z następującymi ustawieniami skanowania:
<table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Obiektywne powiększenie</td>
			<td>4x, 10x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>1 800 obrazów</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Napięcie lampy rentgenowskiej</td>
			<td>75 kVp (50 kVp dla próbek barwionych PTA)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>8 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czas ekspozycji</td>
			<td>~8-25 sekund*</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>~4 μm (obiektyw 4X),~2 μm (obiektyw 10X) **</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
* czas ekspozycji może się różnić w zależności od geometrii i gęstości optycznej próbki oraz napięcia lampy rentgenowskiej. 
** Rzeczywista rozdzielczość pikseli będzie się nieznacznie różnić w zależności od konfiguracji źródła, próbki i detektora.

<ol><li>Popowics, T. E., Rensberger, J. M., Herring, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enamel+microstructure+and+microstrain+in+the+fracture+of+human+and+pig+molar+cusps%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Oral+Biol%22%5BJournal%5D)">Enamel microstructure and microstrain in the fracture of human and pig molar cusps.</a> Arch. Oral Biol. 49, 595-605 (2004).</li>
<li>Jantarat, J., Palamara, J. E., Messer, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+cuspal+deformation+and+delayed+recovery+after+occlusal+loading%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dent%22%5BJournal%5D)">An investigation of cuspal deformation and delayed recovery after occlusal loading.</a> J. Dent. 29, 363-370 (2001).</li>
<li>Jantarat, J., Panitvisai, P., Palamara, J. E., Messer, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+methods+for+measuring+cuspal+deformation+in+teeth%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dent%22%5BJournal%5D)">Comparison of methods for measuring cuspal deformation in teeth.</a> J. Dent. 29, 75-82 (2001).</li>
<li>Asundi, A., Kishen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+strain+gauge+and+photoelastic+analysis+of+in+vivo+strain+and+in+vitro+stress+distribution+in+human+dental+supporting+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Oral+Biol%22%5BJournal%5D)">A strain gauge and photoelastic analysis of in vivo strain and in vitro stress distribution in human dental supporting structures.</a> Arch. Oral Biol. 45, 543-550 (2000).</li>
<li>Asundi, A., Kishen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+digital+photoelastic+investigations+on+the+tooth-bone+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Advanced digital photoelastic investigations on the tooth-bone interface.</a> J. Biomed. Opt. 6, 224-230 (2001).</li>
<li>Wang, R. Z., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain-structure+relations+in+human+teeth+using+Moire+fringes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Strain-structure relations in human teeth using Moire fringes.</a> J. Biomech. 31, 135-141 (1998).</li>
<li>Wood, J. D., Wang, R., Weiner, S., Pashley, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+tooth+deformation+caused+by+moisture+change+using+moire+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Dent.+Mater%22%5BJournal%5D)">Mapping of tooth deformation caused by moisture change using moire interferometry.</a> Dent. Mater. 19, 159-166 (2003).</li>
<li>Dong-Xu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulus+of+elasticity+of+human+periodontal+ligament+by+optical+measurement+and+numerical+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthod%22%5BJournal%5D)">Modulus of elasticity of human periodontal ligament by optical measurement and numerical simulation.</a> Angle Orthod. 81, 229-236 (2011).</li>
<li>Li, J., Li, H., Fok, A. S., Watts, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+correlations+of+material+parameters+of+light-cured+dental+composites%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Multiple correlations of material parameters of light-cured dental composites.</a> 25, 829-836 (2009).</li>
<li>Zhang, D., Arola, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+digital+image+correlation+to+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Applications of digital image correlation to biological tissues.</a> J. Biomed. Opt. 9, 691-699 (2004).</li>
<li>Zhang, D., Mao, S., Lu, C., Romberg, E., Arola, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dehydration+and+the+dynamic+dimensional+changes+within+dentin+and+and+enamel%5BTitle%5D)+AND+%22Dent.+Mater%22%5BJournal%5D)">Dehydration and the dynamic dimensional changes within dentin and and enamel.</a> Dent. Mater. 25, 937-945 (2009).</li>
<li>Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deformation+analysis+of+the+periodontium+considering+the+viscoelasticity+of+the+periodontal%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal.</a> 25, 1285-1292 (2009).</li>
<li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. , (2012).</li>
<li>Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deformation+analysis+of+the+periodontium+considering+the+viscoelasticity+of+the+periodontal%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal.</a> 25, 1285-1292 (2009).</li>
<li>Huelke, D. F., Castelli, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+blood+supply+of+the+rat+mandible%5BTitle%5D)+AND+%22Anat.+Rec%22%5BJournal%5D)">The blood supply of the rat mandible.</a> Anat. Rec. 153, 335-341 (1965).</li>
<li>Chiba, M., Komatsu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+responses+of+the+periodontal+ligament+in+the+transverse+section+of+the+rat+mandibular+incisor+at+various+velocities+of+loading+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Mechanical responses of the periodontal ligament in the transverse section of the rat mandibular incisor at various velocities of loading in vitro.</a> J. Biomech. 26, 561-570 (1993).</li>
<li>Natali, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+visco-hyperelastic-damage+constitutive+model+for+the+analysis+of+the+biomechanical+response+of+the+periodontal+ligament%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">A visco-hyperelastic-damage constitutive model for the analysis of the biomechanical response of the periodontal ligament.</a> J. Biomech. Eng. 130, (2008).</li>
<li>Naveh, G. R., Shahar, R., Brumfeld, V., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tooth+movements+are+guided+by+specific+contact+areas+between+the+tooth+root+and+the+jaw+bone%3A+A+dynamic+3D+microCT+study+of+the+rat+molar%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Struct.+Biol%22%5BJournal%5D)">Tooth movements are guided by specific contact areas between the tooth root and the jaw bone: A dynamic 3D microCT study of the rat molar.</a> J. Struct. Biol. 177, 477-483 (2012).</li>
<li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. 46, 443-449 (2013).</li>
<li>Metscher, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MicroCT+for+comparative+morphology%3A+simple+staining+methods+allow+high-contrast+3D+imaging+of+diverse+non-mineralized+animal+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Physiol%22%5BJournal%5D)">MicroCT for comparative morphology: simple staining methods allow high-contrast 3D imaging of diverse non-mineralized animal tissues.</a> BMC Physiol. 9, 11 (2009).</li>
<li>Carrillo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoindentation+of+polydimethylsiloxane+elastomers%3A+Effect+of+crosslinking%2C+work+of+adhesion%2C+and+fluid+environment+on+elastic+modulus+%28vol+20%2C+pg+2820%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Nanoindentation of polydimethylsiloxane elastomers: Effect of crosslinking, work of adhesion, and fluid environment on elastic modulus (vol 20, pg 2820).</a> J. Mater. Res. 21, 535-537 (2006).</li>
<li>Hiiemae, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Masticatory+function+in+the+mammals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dent.+Res%22%5BJournal%5D)">Masticatory function in the mammals.</a> J. Dent. Res. 46, 883-893 (1967).</li>
<li>Hunt, H. R., Rosen, S., Hoppert, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphology+of+molar+teeth+and+occlusion+in+young+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dent.+Res%22%5BJournal%5D)">Morphology of molar teeth and occlusion in young rats.</a> J. Dent. Res. 49, 508-514 (1970).</li>
<li>Komatsu, K., Sanctuary, C., Shibata, T., Shimada, A., Botsis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress-relaxation+and+microscopic+dynamics+of+rabbit+periodontal+ligament%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Stress-relaxation and microscopic dynamics of rabbit periodontal ligament.</a> J. Biomech. 40, 634-644 (2007).</li>
<li>Lin, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanics+of+a+bone-periodontal+ligament-tooth+fibrous+joint%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint.</a> J. Biomech. 46, 443-449 (2013).</li>
<li>Quintarelli, G., Zito, R., Cifonelli, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+phosphotungstic+acid+staining%5BTitle%5D)+AND+%22I.+J.+Histochem.+Cytochem%22%5BJournal%5D)">On phosphotungstic acid staining.</a> I. J. Histochem. Cytochem. 19, 641-647 (1971).</li>
<li>Quintarelli, G., Cifonelli, J. A., Zito, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+phosphotungstic+acid+staining%5BTitle%5D)+AND+%22II.+J.+Histochem.+Cytochem%22%5BJournal%5D)">On phosphotungstic acid staining.</a> II. J. Histochem. Cytochem. 19, 648-653 (1971).</li>
<li>Quintarelli, G., Bellocci, M., Geremia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+phosphotungstic+acid+staining.+IV.+Selectivity+of+the+staining+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Histochem.+Cytochem%22%5BJournal%5D)">On phosphotungstic acid staining. IV. Selectivity of the staining reaction.</a> J. Histochem. Cytochem. 21, 155-160 (1973).</li>
<li>Crabtree, W. N., Murphy, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+value+of+ethanol+as+a+fixative+in+urinary+cytology%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Cytol%22%5BJournal%5D)">The value of ethanol as a fixative in urinary cytology.</a> Acta Cytol. 24, 452-455 (1980).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Pierwszym krokiem do ustanowienia tego protokołu była ocena sztywności ramy ładunkowej przy użyciu sztywnego nadwozia. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że sztywność była znacznie wyższa, co umożliwiło wykorzystanie urządzenia obciążającego do dalszych badań próbek o znacznie niższych wartościach sztywności. Drugi etap uwypuklił zdolność przyrządu do rozróżniania różnych wartości sztywności przy użyciu dwóch faz krzywej obciążenia-odciążenia wygenerowanej przy użyciu sztywnego korpusu, materiałów PDMS o różnej...

Kilka metod eksperymentalnych jest nadal używanych do badania biomechaniki stawów biegunowych i włóknistych. Metody specyficzne dla biomechaniki narządów zęba obejmują użycie tensometrów1-3, metod fotoelastyczności 4,5, interferometrii mory 6,7, interferometrii elektronowej plamki8 oraz cyfrowej korelacji obrazu (DIC)9-14. W tym badaniu innowacyjne podejście obejmuje nieinwazyjne obrazowanie z wykorzystaniem promieni rentgenowskich w celu odsłonięcia wewnętrznych struktur stawu włóknistego (zmineralizowanych tkanek i ich interfejsów składających się z bardziej miękkich stref oraz tkanek współpracujących, takich jak więzadła) przy obciążeniach równoważnych warunkom in vivo. Zostanie użyte urządzenie ładujące in situ sprzężone z mikroskopem mikrorentgenowskim. Krzywe czasu obciążenia i obciążenia-przemieszczenia będą zbierane w miarę ładowania zęba trzonowego będącego przedmiotem zainteresowania w świeżo pobranej półżuchwie szczura. Głównym celem podejścia przedstawionego w niniejszej pracy jest podkreślenie wpływu trójwymiarowej morfologii zęba-kości poprzez porównanie warunków w: 1) bez obciążenia i przy obciążeniu oraz gdy 2) obciążonym koncentrycznie i mimośrodowo. Wyeliminowanie konieczności wycinania próbek i przeprowadzania eksperymentów na całych nienaruszonych narządach w wilgotnych warunkach pozwoli na maksymalne zachowanie stanu naprężeń 3D. Otwiera to nowy obszar badań w zrozumieniu dynamicznych procesów kompleksu w różnych scenariuszach obciążenia.
W tym badaniu szczegółowo omówione zostaną metody testowania biomechaniki PDL w nienaruszonym włóknistym stawie szczura Sprague Dawley, stawie uważanym za optymalny system modelowy bioinżynierii. Eksperymenty będą obejmowały symulację obciążeń żucia w warunkach nawodnienia, aby podkreślić trzy ważne cechy stawu w odniesieniu do biomechaniki na poziomie narządów. Trzy punkty będą obejmować: 1) siłę reakcyjną w funkcji przemieszczenia: przemieszczenie zęba w zębodole zębodołowym i jego reakcję reakcyjną na obciążenie, 2) trójwymiarową (3D) konfigurację przestrzenną i morfometrię: zależność geometryczną zęba względem zębodołu oraz 3) zmiany odczytów 1 i 2 spowodowane zmianą osi obciążenia, tj. od obciążeń koncentrycznych do mimośrodowych. Trzy podstawowe odczyty proponowanej techniki mogą być zastosowane do zbadania adaptacyjnego charakteru stawów u kręgowców z powodu zmian w wymaganiach funkcjonalnych i/lub choroby. Zmiany w wyżej wymienionych odczytach, w szczególności korelacja między obciążeniami reakcyjnymi a przemieszczeniem oraz wynikające z nich krzywe czasu obciążenia reakcyjnego i obciążenia-przemieszczenia przy różnych prędkościach obciążenia, mogą być zastosowane w celu podkreślenia ogólnych zmian w biomechanice stawów. Skuteczność proponowanego protokołu zostanie oceniona poprzez sprzężenie odczytów testów mechanicznych z morfometrią 3D i ogólną biomechaniką stawu.

<table><tbody><tr><td>Bard Parker Blade</td><td>BD</td><td>MEDC-001054</td><td></td></tr><tr><td>Metalowy dysk AFM</td><td>Ted Pella</td><td>16218</td><td></td></tr><tr><td>Polimetylometakrylan&nbsp;</td><td>GC America</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Uni-Etch</td><td>Bisco</td><td>E5502EBM</td><td></td></tr><tr><td>Optibond Solo Plus</td><td>Kerr Corp</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Filtek Flow</td><td>3M</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Hurculite Ultra</td><td>Kerr</td><td>34346</td><td></td></tr><tr><td>Tris buffer</td><td>Mediatech Inc.</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Papier przegubowy</td><td>Parkell Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas fosfowolframowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>HT152</td><td></td></tr></tbody></table>

in situ obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb

In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint

To badanie demonstruje nowy protokół testowania biomechaniki. Zaletą tego protokołu jest zastosowanie urządzenia ładującego in situ sprzężonego z mikroskopem rentgenowskim o wysokiej rozdzielczości, umożliwiając w ten sposób wizualizację wewnętrznych elementów strukturalnych w symulowanych obciążeniach fizjologicznych i wilgotnych warunkach. Próbki eksperymentalne będą obejmowały nienaruszone stawy włókniste kość-więzadło przyzębia (PDL)-zęb. Wyniki zilustrują trzy ważne cechy protokołu, które można zastosować do biomechaniki na poziomie narządów: 1) siła reakcyjna a przemieszczenie: przemieszczenie zęba w zębodole i jego reakcja reakcyjna na obciążenie, 2) trójwymiarowa (3D) konfiguracja przestrzenna i morfometria: geometryczna zależność zęba od zębodołu oraz 3) zmiany odczytów 1 i 2 spowodowane zmianą osi obciążenia, tj. od obciążeń koncentrycznych do mimośrodowych. Skuteczność proponowanego protokołu zostanie oceniona poprzez sprzężenie odczytów testów mechanicznych z morfometrią 3D i ogólną biomechaniką stawu. Ponadto technika ta będzie kładła nacisk na potrzebę zrównoważenia warunków eksperymentalnych, w szczególności obciążeń reakcyjnych przed uzyskaniem tomogramów stawów włóknistych. Należy zauważyć, że proponowany protokół ogranicza się do badania próbek w warunkach ex vivo, a stosowanie środków kontrastowych do wizualizacji reakcji mechanicznej tkanek miękkich może prowadzić do błędnych wniosków dotyczących biomechaniki na poziomie tkanek i narządów.

Oszacowanie „luzu”, „odsprzężenia”, sztywności urządzenia obciążającego oraz dryftu systemu pod stałym obciążeniem
Luz mechaniczny: Pomiędzy fazami obciążania i odciążania cyklu występuje 3 s przerwy, podczas której następuje zmiana kierunku obrotu kół zębatych w silniku przed faktycznym rozpoczęciem odciążania, i.e. w momencie odsuwania się próbki od górnego uchwytu (Rysunek 3). Okres ten nazywany jest luzem mechanicznym w systemie i...

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 oraz 3) zmiany odczytów 1 i 2 na skutek zmiany osi obciążenia, tj. obciążenia koncentryczne lub mimośrodowe.

In situ Obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb

This study demonstrates a novel biomechanics testing protocol. The advantage of this protocol includes the use of an in situ loading device coupled to a ...

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.

in-situ-compressive-loading-correlative-noninvasive-imaging-bone

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

In situ Ładowanie kompresyjne i współzależne bezinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kości-więzadła przyzębnego-zęba

Połączone obrazowanie optyczne i μCT w mysim modelu infekcji implantu ortopedycznego, wykorzystujące bioluminescencyjny zmodyfikowany szczep Staphylococcus aureus, zapewniło możliwość nieinwazyjnego i podłużnego monitorowania dynamiki infekcji bakteryjnej, jak również odpowiadającej jej reakcji zapalnej i zmian anatomicznych w kości.

Połączone obrazowanie optyczne in vivo i μCT w celu monitorowania infekcji, stanu zapalnego i anatomii kości w zakażeniu implantu ortopedycznego u myszy

Ten artykuł przedstawia protokół tworzenia indukowanego przez ligaturę modelu mysiego zapalenia przyzębia obejmującego wiele zębów trzonowych szczęki, co skutkuje większymi obszarami zaangażowanej tkanki dziąsłowej i kości do późniejszej analizy, a także zmniejszeniem zużycia przez zwierzęta. Opisano również technikę oceny neutrofili w jamie ustnej w sposób analogiczny do osób badanych u ludzi.

Solidny model mysiego zapalenia przyzębia indukowany ligaturą do oceny neutrofili jamy ustnej

Przedstawiamy protokół generowania ruchów zębów ortodontycznych u myszy oraz metody wizualizacji 3D włókien kolagenowych i naczyń krwionośnych więzadła przyzębia bez sekcji.

Obrazowanie 3D włókien kolagenowych PDL podczas ortodontycznego ruchu zębów w mysim modelu żuchwy

Obecny artykuł opisuje wykonywanie metody obrazowania przyżyciowego w celu obserwacji mechanicznie indukowanej sygnalizacji wapniowej osadzonych osteocytów in vivo w czasie rzeczywistym w odpowiedzi na mechaniczne obciążenie trzeciej kości śródstopia myszy na poziomie tkankowym.

Fluorescencyjne obrazowanie przyżyciowe w celu zbadania dynamiki sygnalizacji wapniowej wywołanej obciążeniem w osteocytach myszy

W tym badaniu, szczurzy model indukcji zapalenia przyzębia jest prezentowany poprzez kombinację ligatury retencyjnej i powtarzających się iniekcji lipopolisacharydu pochodzącego z Porphyromonas gingivalis, przez 14 dni wokół pierwszych zębów trzonowych szczęki. Techniki podwiązania i iniekcji LPS były skuteczne w wywoływaniu zapalenia ozębnej, co skutkowało utratą kości wyrostka zębodołowego i stanem zapalnym.

Indukcja zapalenia przyzębia poprzez połączenie ligatury i wstrzyknięcia lipopolisacharydu w modelu szczurzym

Nieinwazyjne uszkodzenie ACL jest niezawodną i klinicznie istotną metodą inicjowania pourazowej choroby zwyrodnieniowej stawów (PTOA) u myszy. Ta metoda uszkodzeń pozwala również na ilościowe określenie in vivo aktywności proteazy w stawie we wczesnych punktach po urazie przy użyciu aktywowanych proteazą sond bliskiej podczerwieni i fluorescencyjnego obrazowania odbicia.

Nieinwazyjne uszkodzenie więzadła krzyżowego przedniego (ACL) wywołane kompresją i obrazowanie in vivo aktywności proteazy u myszy

Tutaj demonstrujemy krok po kroku łatwy do opanowania, ortodontyczny protokół ruchu zębów operowany na mysim modelu szczęki. Dzięki wyraźnemu wyjaśnieniu każdego kroku i wizualnej demonstracji, naukowcy mogą opanować ten model i zastosować go do swoich potrzeb eksperymentalnych za pomocą kilku modyfikacji.

Opracowanie mysiego modelu ortodontycznego szczęki

To jest raport na temat eksperymentalnego modelu zapalenia okołoimplantowego wywołanego ligaturą u myszy. Opisujemy wszystkie etapy chirurgiczne, od przed- i pooperacyjnego postępowania ze zwierzętami, ekstrakcji, wszczepienia implantu i zapalenia okołoimplantowego wywołanego podwiązaniem.

Eksperymentalny model peri-implantitis wywołanego ligaturą u myszy

Mikrotwardość jest właściwością mechaniczną i parametrem informacyjnym do oceny patofizjologii tkanek twardych. Tutaj demonstrujemy znormalizowany protokół (przygotowanie próbki, polerowanie, płaska powierzchnia i miejsca wgłębień) do analizy mikrotwardości kości zębów i wyrostka zębodołowego w modelach chorób jamy ustnej gryzoni, a mianowicie fluorozy zębów i resorpcji kości przyzębia wywołanej ligaturą.

Pomiary mikrotwardości kości zęba i wyrostka zębodołowego w modelach chorób jamy ustnej gryzoni

W wielu sytuacjach biologicznych i klinicznych korzystne jest badanie procesów komórkowych w ich naturalnym mikrośrodowisku. W niniejszym materiale opisujemy montaż i zastosowanie niedrogiego mikroskopu światłowodowego, który umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym w hodowlach komórkowych, badaniach na zwierzętach oraz w badaniach klinicznych z udziałem pacjentów.

Wysokorozdzielcza mikroendoskopia światłowodowa do obrazowania komórkowego in situ

Poznaj metodę nieinwazyjnego obrazowania biomechanicznej odpowiedzi złożonego zębowo-wyrostkowego przy użyciu mikrotomografii rentgenowskiej. Technika umożliwia analizę zmian sił reakcyjnych i przemieszczeń zęba w stawie włóknistym.

In situ Obciążenie kompresyjne i korelacyjne nieinwazyjne obrazowanie stawu włóknistego kość-więzadło przyzębia-ząb

Przeglądaj więcej filmów