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 tej procedury jest pomiar odpowiedzi biomechanicznej kompleksu wyrostka zębodołowego. Osiąga się to poprzez najpierw preparację zwierzęcia w celu usunięcia nienaruszonej żuchwy lub szczęki. Drugim etapem zabiegu jest zamontowanie próbki i przygotowanie powierzchni zęba za pomocą kompozytu do badań mechanicznych.
Końcowe kroki obejmują pomiar stanu biomechanicznego próbki za pomocą dwuogniwowego ogniwa obciążnikowego C, a następnie skanowanie próbki za pomocą mikroskopu rentgenowskiego. Ostatecznie wyniki mogą wykazać zmiany w odpowiedzi biomechanicznej stawu włóknistego, na przykład z powodu choroby lub niedoczynności w połączeniu z tomami o wysokiej rozdzielczości w różnych stanach obciążenia. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami jest to, że narząd jest utrzymywany w stanie nienaruszonym, a metody skanowania są nieinwazyjne.
W ten sposób zachowane jest naturalne pole odkształcenia więzadła i można dokładnie zmierzyć właściwości biomechaniczne. Najpierw uzyskaj wypreparowaną szczękę lub żuchwę, jak opisano w protokole. Kontynuuj, unieruchamiając próbkę na stalowym króćcu za pomocą akrylu.
Usuń nadmiar materiału z krawędzi króćca. Następnie, za pomocą prostej krawędzi, wyrównaj interesujące nas powierzchnie zgryzowe równolegle do krążka próbki metalowej A FM w dystalnej płaszczyźnie mezjalnej, a następnie w policzkowej płaszczyźnie językowej. Za pomocą narzędzia utwórz koryto otaczające zęby trzonowe.
Działa to jako rezerwuar do nawodnienia tkanek. Podczas ładowania C dwa, aby przygotować powierzchnię zęba, użyj 35% kwasu fosforowego, aby wytrawić powierzchnię zgryzu przez 15 sekund. Po upływie 15 sekund dokładnie spłucz wytrawiony obszar wodą dejonizowaną i osusz powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza, aby zapobiec niezamierzonemu utwardzeniu kompozytów.
Wykonaj kilka następnych kroków przy minimalnym oświetleniu otoczenia. Rozprowadź kroplę środka wiążącego w otwartych guzkach. Utwardzać środek wiążący przez 20 sekund.
Za pomocą lampy do utwardzania zębów, za pomocą ostrza, zeskrob nadmiar środka wiążącego. Ważne jest, aby upewnić się, że nadmiar materiału kompozytowego nie przelewa się na sąsiednie zęby. Zapobiega to błędnemu przedstawieniu zęba, gdy jest on ściskany w zębodole kostnym.
Teraz umieść cienką warstwę płynnego kompozytu dentystycznego na powierzchni i rozprowadź ją w rowkach między zębami trzonowymi. Po rozprowadzeniu wystaw ten związek na działanie światła utwardzającego przez 30 sekund. Następnie zbuduj trzy do czterech milimetrów kompozytu dentystycznego na płaszczyźnie zgryzu będącej przedmiotem zainteresowania i utwardź go za pomocą 30 sekund ekspozycji na światło.
Po ponownym włączeniu świateł użyj prostej krawędzi i szybkoobrotowej rękojeści z diamentowym zadziorem, aby usunąć nadmiar kompozytu i wyrównać górną stronę nagromadzenia kompozytu na płaską powierzchnię. Gwarantuje to, że obciążenie zostanie przyłożone równomiernie po zakończeniu. Przechowywać próbkę w TBS z antybiotykami do czasu jej przetestowania.
Aby najpierw przetestować mechanicznie próbkę, zabezpiecz ją między kowadłami urządzenia ładującego. Następnie umieść papier przegubowy na powierzchni kompozytu. Następnie przyłóż mały ładunek, aby sprawdzić równomierność obciążenia.
Koncentryczne obciążenie jest wskazywane przez równomierne rozmieszczenie oznaczeń, aby utrzymać nawodnienie próbki podczas badania, namocz tkankę i TBS i umieść je wokół próbki. Napełnij również zbiornik wyrzeźbiony w próbce TBS. Korzystając z oprogramowania, zastosuj szczytowe obciążenie i szybkość przemieszczenia, aby ścisnąć unieruchomiony ząb trzonowy.
Na odgałęzieniu A FM tkanka miękka może być zabarwiona PTA. Aby poprawić obrazy rentgenowskie, wypełnij 5% PTA w karpuli o pojemności 1,8 mililitra. Za pomocą strzykawki powoli przez pięć minut wstrzykiwać PTA do przestrzeni PDL przylegającej do obszaru zainteresowania.
Powtórzyć wstrzyknięcie jeszcze cztery razy, aby uzyskać całkowitą objętość wstrzykniętego leku wynoszącą dziewięć mililitrów. Po zakończeniu iniekcji próbkę można namoczyć przez noc. W PTA przed analizą rentgenowską podczas cyklu obciążenia spodziewany jest okres luzu, gdy koła zębate zmieniają swój ruch z zamykania na otwieranie szczęk.
Trwa to około trzech sekund i jest widoczne niezależnie od warunków obciążenia. Reakcja na ten luz jest najsilniejsza podczas obciążania ciała sztywnego. Dla porównania, skala reakcji luzowej jest mniejsza.
W przypadku próbek zębów PD L jest on również niższy w przypadku próbek z polimetalanu, ale nie tak niski, jak w przypadku próbek zębów PD L z kości, w porównaniu z ciałami sztywnymi, próbki złożone i polidimetylossukanowe są również znacznie mniejsze. Sztywny. Skany XCT typowego wycinka plam innych niż ST wyraźnie wykazały związek zęba w zębodole kości wyrostka zębodołowego. Jednak tkanki niezmineralizowanej, takiej jak PDL, nie można odróżnić bez użycia barwnika wzmacniającego.
Za pomocą wzmacniacza kontrastu, takiego jak PTA, tkanka miękka staje się widoczna w skanie XCT w większym powiększeniu. Włókna stają się widoczne nawet w przestrzeni PDL. Próbki mogą być ładowane sprzymierzeńcem, na przykład w tym stosunku kości zęba przy 15 niutonach lub próbki mogą być ładowane.
Mimośrodowo powodujące zwiększone przemieszczenie zęba i inną konfigurację zębodołu od obciążenia koncentrycznego. Termogramy wykorzystano do porównania efektu dwóch schematów obciążenia. Oba schematy powodowały przemieszczenie zęba w pionie, ale mimośrodowe obciążenie dodało dodatkową ścieżkę obrotową do ruchu zęba.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przygotować i mechanicznie przetestować kompleks owalny zęba za pomocą urządzenia ładującego init sprzężonego z mikroskopem micro XT.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsza praca naukowa omawia odpowiedź biomechaniczną zębowo-zębodołowego kompleksu z wykorzystaniem urządzenia do obciążania in situ i mikro-tomografii komputerowej. Badanie koncentruje się na pomiarze sił odczynnych, konfiguracji przestrzennych i zmian morfometrycznych w odpowiedzi na różnorodne warunki obciążenia.
Kluczowe elementy badania
Dział obszaru nauki
- Biomechanika
- Badania stomatologiczne
- Techniki obrazowania
Wstęp
- Zębowo-zębodołowy kompleks jest kluczowy dla zrozumienia biomechaniki stawów.
- Istniejące metody mogą nie zapewniać wglądu w odpowiedzi biomechaniczne w sposób nieinwazyjny.
- Techniki obrazowania o wysokiej rozdzielczości mogą poprawić zrozumienie mechaniki stawów.
- Stawy włókniste mogą wykazywać zmiany w wyniku choroby lub obciążenia mechanicznego.
Cel badania
- Pomiar odpowiedzi biomechanicznej stawów włóknistych w zębowo-zębodołowym kompleksie.
- Ocena wpływu warunków obciążenia na mechanikę stawu.
- Wykorzystanie metod obrazowania nieinwazyjnych do analizy biomechanicznej.
Wykorzystane metody
- Dissekcja okazów zwierzęcych w celu uzyskania nienaruszonych połówkowych żuchw lub szczęk.
- Przygotowanie powierzchni zębów do testów mechanicznych.
- Wykorzystanie ogniwa obciążeniowego do pomiaru stanów biomechanicznych.
- Skanowanie okazów za pomocą mikroskopu rentgenowskiego w celu uzyskania szczegółowego obrazowania.
Główne wyniki
- Obserwowano zmiany sił odczynnych i przemieszczenia zębów.
- Analizowane były trójwymiarowe konfiguracje przestrzenne zębów wewnątrz zębodołu.
- Zauważono różnice w odpowiedziach biomechanicznych przy różnych osiach obciążenia.
- Metoda wykazała zalety w porównaniu z tradycyjnymi, inwazyjnymi technikami.
Wnioski
- Badanie dostarcza wglądu w zachowanie biomechaniczne stawów włóknistych.
- Techniki obrazowania nieinwazyjnego mogą skutecznie oceniać mechanikę stawów.
- Zrozumienie tych mechaniki jest niezbędne do zwalczania chorób stomatologicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This biomechanical testing protocol enables quantitative assessment of fibrous joint responses under physiological loading conditions, supporting target validation in musculoskeletal and connective tissue research. By correlating mechanical load with 3D structural changes, it provides predictive confidence for evaluating disease-modifying interventions in periodontal and dental pathologies. The approach addresses a critical gap in non-invasive, organ-level biomechanics assessment relevant to preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring reactionary force-displacement relationships in intact bone-PDL-tooth joints under controlled loading.
- Scientific Value: Supports biological de-risking through visualization of 3D spatial configuration and morphometrics of the fibrous joint under physiological conditions.
- Scientific Value: Facilitates mechanistic de-risking by quantifying load-axis-dependent changes in joint biomechanics, clarifying structure-function relationships.
Screening & Assay Development
- Operational Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by maintaining native strain fields and hydration states during mechanical testing.
- Operational Value: Enables assay standardization through non-invasive imaging coupled to mechanical readouts, ensuring reproducibility across loading conditions.
- Operational Value: Supports screening readiness by generating quantitative outputs (force, displacement, 3D morphometrics) for evaluating compound effects on joint integrity.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Provides disease-relevant system continuity by allowing assessment of biomechanical changes due to hypofunction or disease states in intact joints.
- Translational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by linking mechanical testing readouts to structural changes under varying load axes.
- Translational Value: Supports predictive confidence in preclinical models by demonstrating how loading conditions influence tooth displacement and socket configuration.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification by providing biomechanical phenotyping of fibrous joints under controlled loading, informing go/no-go decisions in target validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring biomechanical responses of the dental alveolar complex to concentric and eccentric loading.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized specimen preparation and non-invasive imaging that preserves tissue integrity during mechanical evaluation.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (reactionary force, displacement, 3D spatial configuration) enabling comparison across loading conditions and experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing how changes in loading axis affect joint biomechanics, relevant to modeling disease-induced alterations in fibrous tissues.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for evaluating biomechanical integrity of fibrous joints across multiple disease models and therapeutic interventions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in fibrous joint biomechanics through direct structure-function correlation.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via non-invasive imaging and controlled loading protocols that maintain physiological conditions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling quantitative assessment of biomechanical de-risking in connective tissue targets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by delivering biomechanical phenotyping data that informs advancement decisions in preclinical pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomechanical testing, specimen preparation, and micro-X-ray imaging interpretation.
- Dependent on access to in situ loading devices coupled to high-resolution X-ray microscopes and contrast agents for soft tissue visualization.
- Necessitates cross-team standardization of specimen hydration, loading protocols, and image acquisition timing to ensure data consistency.
- Involves adaptation considerations when applying the protocol to different fibrous joint models or species-specific anatomical variations.
- Includes practical limitations such as ex vivo constraint and potential artifacts from contrast agent use, which may affect soft tissue mechanical response interpretation.
