In situ compressão de carga e de imagem não invasivos Correlative do Osso-Ligamento periodontal de dentes fibrosa Joint

Summary

Neste estudo, será discutido o uso de um dispositivo de carga acoplada situ com tomografia de raios de micro-X calculado para biomecânica fibrosos. Leituras experimentais identificáveis ​​com uma mudança total na biomecânica incluem: 1) força reacionária versus deslocamento, deslocamento de dentes ou seja, dentro do alvéolo e sua resposta reacionária do carregamento, 2) tridimensional (3D) de configuração espacial e morfometria, ou seja geométrica relação do dente com o alvéolo, e 3) mudanças nas leituras 1 e 2, devido a uma mudança no eixo de carga, ou seja, cargas concêntricas ou excêntricas.

Abstract

Este estudo demonstra um protocolo de testes de novas biomecânica. A vantagem deste protocolo inclui a utilização de um dispositivo de carregamento em situ acoplados a um microscópio de alta resolução de raio-X, permitindo assim a visualização dos elementos estruturais internos sob cargas fisiológicas simulados e condições de humidade. Espécimes experimentais incluirá ligamento periodontal osso intacto (PDL) de dentes articulações fibrosas. Os resultados irão ilustrar três características importantes do protocolo, como eles podem ser aplicados a biomecânica nível órgão: 1) força reacionária versus deslocamento: deslocamento do dente dentro do alvéolo e sua resposta reacionária do carregamento, 2) tridimensional (3D) configuração espacial e morfometria geométrica: relação do dente com o alvéolo, e 3) mudanças nas leituras 1 e 2, devido a uma mudança no eixo de carga, ou seja, a partir de concêntrica a cargas excêntricas. A eficácia do protocolo proposto será avaliada por acoplamento te mecânicaleituras picada a morfometria 3D e biomecânica global da articulação. Além disso, esta técnica vai enfatizar a necessidade de equilibrar as condições experimentais, as cargas especificamente reacionários antes de adquirir tomografias de articulações fibrosas. Deve notar-se que a proposta de protocolo é limitada a testes de amostras ex vivo sob condições, e que o uso de agentes de contraste para visualizar a resposta mecânica do tecido mole pode levar a conclusões erradas sobre tecidos e órgãos de nível biomecânica.

Introduction

Vários métodos experimentais continuar a ser utilizado para investigar a biomecânica de articulações diartrodiais e fibrosas. Métodos específicos para a biomecânica do órgão de dente incluem o uso de medidores de tensão ^1-3, métodos de fotoelasticidade ^{4, 5,} Moiré interferometria ^{6, 7,} eletrônico padrão speckle interferometria ⁸ e correlação de imagens digitais (DIC) ^9-14. Neste estudo, a abordagem inovadora inclui não-invasivo através de raios-X para expor as estruturas internas de um conjunto fibroso (tecidos mineralizados e suas interfaces que consistem em zonas mais suaves, e uma interface de tecidos, tais como ligamentos) com cargas equivalentes para as condições in vivo. Um dispositivo de carregamento situ acoplados a um microscópio de micro-raios-X serão utilizados. O tempo de carga e as curvas de deslocamento de carga será recolhida como o molar de interesse dentro de um rato hemi-mandíbula recém-colhida é carregada. A mobjetivo ain da abordagem apresentada neste estudo é enfatizar o efeito da morfologia tridimensional do dente-osso, comparando as condições em: 1) sem carga e quando carregado, e quando 2) carregado de forma concêntrica e excêntrica. Eliminando a necessidade para os espécimes de corte, e para realizar experiências em órgãos inteiros intactos em condições de humidade para permitir a máxima preservação do estado de stress em 3D. Isso abre uma nova área de investigação para compreender os processos dinâmicos do complexo em vários cenários de carga.

Neste estudo, os métodos para a biomecânica testes PDL dentro de um conjunto fibroso intacto de uma ratazana Sprague Dawley, um conjunto considerado como um sistema modelo de bioengenharia óptima será detalhado. Experimentos irá incluir a simulação de cargas da mastigação em condições hidratados, a fim de destacar três características importantes do conjunto como eles se relacionam com a biomecânica do nível do órgão. Os três pontos incluem: 1) força reacionária versus deslocamento:deslocamento do dente dentro do alvéolo e sua resposta reacionária do carregamento, 2) tridimensional (3D) de configuração espacial e morfometria: relação geométrica do dente com o alvéolo, e 3) mudanças nas leituras 1 e 2, devido a uma mudança na eixo de carga, ou seja, a partir de concêntrico para cargas excêntricas. Os três leituras fundamentais da técnica proposta pode ser aplicado para investigar a natureza adaptável de articulações em vertebrados, quer devido à mudança das exigências funcionais, e / ou doença. Mudanças nas leituras acima referidas, nomeadamente a correlação entre as cargas reacionários com deslocamento, e resultando em tempo de carga e carga-deslocamento curvas reacionárias em diferentes taxas de carregamento pode ser aplicada para destacar as mudanças globais em biomecânica. Eficácia do protocolo proposto será avaliado pelo acoplamento de leituras de testes mecânicos para morfometria 3D e biomecânica globais do conjunto.

Protocol

Alojamento dos animais e eutanásia: Todos os animais utilizados neste demonstração foram alojados em condições livres de patógenos, de acordo com as diretrizes do Animal Care e Use Comitê Institucional (IACUC) e do Instituto Nacional de Saúde (NIH). Fornecer animais com ração hard-pellet padrão e água ad lib. Eutanásia animais através de um método de duas etapas de asfixia dióxido de carbono, toracotomia bilateral, de acordo com o protocolo padrão da UCSF aprovado p…

Representative Results

Estimativa de carga dispositivo "backlash", "pushback", rigidez, e deriva do sistema sob uma carga constante Folga: Entre carga e descarga de porções do ciclo, existe uma pausa de 3 segundos durante o qual engrena inversa dentro do motor antes da verdadeira descarga começa, por exemplo, como o modelo afasta-se da mandíbula superior (Figura 3). Este período é designado por uma folga no sistema, o que represe…

Discussion

O primeiro passo para estabelecer este protocolo envolveu a avaliação da rigidez da estrutura de carregamento por meio de um corpo rígido. Com base nos resultados, a rigidez foi significativamente mais elevada que permita a utilização do dispositivo de carregamento para mais testes de amostras com valores de rigidez significativamente inferiores. O segundo passo destaque a capacidade de o instrumento para distinguir diferentes valores de rigidez, utilizando duas fases da curva de carga-descarga gerados pela utiliza…

Materials

Bard Parker Blade	BD	MEDC-001054
AFM metal disk	Ted Pella	16218
Polymethyl methacrylate	GC America	N/A
Uni-Etch	Bisco	E5502EBM
Optibond Solo Plus	Kerr Corp	N/A
Filtek Flow	3M	N/A
Hurculite Ultra	Kerr	34346
Tris buffer	Mediatech Inc.	N/A
Articulating paper
Phosphotungstic Acid	Sigma Aldrich	HT152