Summary
Aday implant yüzeylere Test Kemik mekanik olarak demirleme için geliştirilmiş bir yöntem sunulmaktadır. Bu yöntem, tam olarak dik ya da paralel olarak, implant yüzeyinin düzlemine bozulma kuvvetinin uyum sağlar ve kesin bir peri-implant bölgesine bozulma kuvvetleri yönlendirmek için doğru bir yol sağlar.
Abstract
Malzeme bilimindeki son gelişmeler, mikro ve nano-ölçekte hem de implant yüzeylerinin topografik karmaşıklığı önemli bir artışa yol açmıştır. Yüzey pürüzlülüğü yani sayısal belirleyicileri - - implant yüzeylerine açıklayan gibi geleneksel yöntemler gibi in vivo performansı tahmin etmek için yetersiz kalmaktadır. Biyomekanik test biyomalzeme yüzeylerinin performansını analiz etmek doğru ve karşılaştırmalı bir platform sağlar. Aday implant yüzeylere kemik ankrajını test etmek için geliştirilmiş bir mekanik test yöntemi sunulmuştur. Yöntem, şifa hem erken hem de geç safhalarında için geçerlidir ve kimyasal olarak veya mekanik olarak modifiye edilmiş yüzeylerin herhangi bir aralığı için kullanılabilecektir - ama düzgün olmayan yüzeyler. Özel dikdörtgen implantlar erkek Wistar sıçanlarının uzak femur bilateral olarak yerleştirilir ve çevresindeki kemik ile toplanır. Test numuneleri hazırlanmış ve yeni bir ayrılıkçı kalıp ve bozulma kullanılarak saksı edilirTest mekanik test makinesi kullanılarak yapılır. Bu yöntem, tam olarak dik ya da paralel olarak, implant yüzeyinin düzlemine bozulma kuvvetinin uyum sağlar, ve test için tam bir peri-implant bölgesini izole etmek için doğru ve tekrarlanabilir bir araç sağlamaktadır.
Introduction
Endosseöz implant yüzeylerine kemik tutunması değerlendirilmesi birçok mekanik test yöntemleri 1,2 tarif edildiği için, hatırı sayılır ilgi odağı olmuştur. Bütün bu tür yöntemler istihdam ediliyor kemik / implant modeli bozacak bir kuvvet empoze ve geniş kesme gruba ayrılabilir, genellikle itme-out olarak sunulan veya çekme modeller 3,4, tork, 3,5 ters ve çekme tip 6, 7. Yaygın olarak, kemik malzemesi 8 veya implant (kırılgan cam ve seramik 9,10 durumunda), kemik / implant arayüzü kalıntıları (en azından kısmen) sağlam oluştu kırık ve demir çeşit varsayarak, ya Bu tür testlerin, in. Bu deneysel sonuçlar, sadece modelin kırık (ya da bozulma) neden olmak için gerekli kuvvetin kemik / implant arabirimine 11,12 ayırmak için gereken kuvvet olmadığını, aynı zamanda oluşturulan kırılma düzlemi karmaşık yüzey alanı anlamına dirençli olmakdoğru ölçüm. Bu kemik tespit edilecek olan farklılaşan yüzey tasarımları implantların yeteneği karşılaştırmalı bir göstergesi sağlarlar Bununla birlikte, bu testler, klinik olarak uygun olabilir. Trabeküler veya kortikal kemik modelleri, şifa ve farklı mekanik, ancak, aynı zamanda araştırmacılar Pullu veya dokunmuş kemik ya sergileyen farklı hayvan türlerini kullanmak beri deneysel modeller arasındaki karşılaştırmalar zorluk dolu iken böyle karşılaştırmalar, bir deneysel model içinde geçerli olduğunu belirtmek gerekir Test geometrileri ve koşullar.
Kemik / implant arayüzünün gerilme mukavemeti bir ölçüm elde etmek için bir çaba olarak, birçok araştırmacı gerilme mukavemeti, birim alan başına kuvvet olarak ölçülür, çünkü bir "çekme direnci" değeri elde etmek için implantın nominal yüzey alanına kullandık. Bu, kemik / implant arayüzü bozulma testlerin çok istihdam sağlam kalır, net bir şekilde, yukarıda açıklandığı gibi, belirli bir yaklaşımdıred. Ancak Ronald ve diğerleri. 13 tarafından tarif edildiği gibi implantlar, özellikle topografik kompleks yüzeylerin yüzey alanı ölçülerek ilave olarak, ölçüm tekniğinin çözünürlüğü ile sınırlıdır, Brunski et al. 2'ye tarafından gözden olduğunda bir implantın nominal yüzey alanı dikkate alınır, farklı implant yüzey tasarımları ile ilişkili "gerilme mukavemeti" de açık farklar daha yüksek yüzey alanına sahip implant yüzeyleri kemik / implant temas geniş alanları sağlamak ve böylece kırılma modeli için daha fazla kuvvet gerektirir düşündüren etkisiz. Anlamı bu nedenle daha topografik karmaşık yüzeyleri büyük kemik implant temas (BIC) sonuçları kontak osteojenezi artırmak ve mekanik testlerde yüksek bozulma değerleri sonuç olarak meydana olabilir. Osteokondüksiyon ve kemik oluşumu İletişim osteogenesis iki farklı fenomen ürünüdür. Gerçekten de, topografyası on osteokondüksiyon olarak artırdığını göstermiştirically karmaşık yüzeyleri çıkan BIC 14 ölçülmesiyle, ve bu yüzeyler aynı zamanda yüksek mekanik bozulma 12 değerlerinin sonuçlananlardır olabilir.
Ancak, peri-implant kemik iki mekanizma ile oluşabilir unutmayın hayırlı olduğunu. Mezenkimal kökenli iletişim osteogenez hücrelerinde implant yüzeyinin (Osteokondüksiyon) göç, kemik hücrelerine farklılaşmak ve implant yüzeyinin (kemik oluşumu) üzerinde de novo kemik matriks ayrıntılı. Geliştirdiler ilk kemik matriks 15 yeniden normal kemik görüldüğü gibi bir mineralize çimento hattıdır (bazen 1 un mineralli veya kemikte 16 tüm arayüzleri ile syncretized olduğu düşünülen bu mineralli biyolojik yapısına ilişkin literatürde çok karışıklık var - Bu konuyla ilgili bir tartışma için Davies ve Hosseini 17) bkz. İletişim osteogenezi kemik olay için gerekli bir ön koşuldur-Yapıştırma, ancak kemik büyümesinin 18 için gereksiz olduğunu. Kemiğin mineralize kemik çimentosu hat 19'un mineralize kolajen bölmesine göre mekanik olarak zayıftır. Implant nano özelliklere sahip çimento matrisinin hat interdigitation makro implant özellikleri içine büyümesinde, kemik dokusu ile karşılaştırıldığında Böylece, sezgisel, daha sonra eski bozmak için gerekli olan mekanik gücü, uygun, ikincisi daha az olması beklenen ve olacağını Son zamanlarda, bu deneysel 12 göstermiştir.
Peri-implant kemik de mesafe osteogenezi tarafından oluşabilir. Bu durumda, kemik eski kemik yüzeyinde biriken ve aşamalı olarak daha yakın amorf matris ve hücrelerin osteojenik 20 kalıntılarını içeren bir arayüz ile sonuçlanan implant yüzeyine hale getirilir. Genel olarak, mesafe osteogenesis düz veya makine, kemik içi implant yüzeyleri ile ilişkilidir ve çoğu zaman kortikal kemik iyileşme görülür ise microtopographicaLly karmaşık yüzeyleri trabeküler kemik iyileşmesinin daha tipik kontakt osteogenezi ile ilişkilidir. Pürüzsüz implant yüzeylerine ve kortikal kemik iyileşmesini kullanarak Çekme test modelleri topografik karmaşık yüzeyler ile ilişkili temas osteojenezin bu amorf biyolojik matris yokun yapıştırıcı özelliklerini test etmek mümkün olmuştur, ve meydana sözde "biyokimyasal" bonding bir sağladığını göstermiştir topografik karmaşık yüzeyler 21 ile yok "çekme direnci" değerleri azınlık bileşen. Aksine, bir trabeküler kemik iyileşmesi modeli kullanılarak, Wong et al. 22 implant yüzey pürüzlülüğü ve itme Çıkış hatası yük arasında "mükemmel bir korelasyon" gösterdi, ve kimyasal bağlanma gerçekten implant kemik ankrajı olarak önemsiz bir rol oynadığını göstermiştir yüzey. Bu temas ve mesafe osteogenez hem de tüm endosseöz peri-impla de, farklı derecelerde ortaya çıktığı muhtemel ikenbölmeleri iyileşme, microtopographically kompleks yüzeylerin daha trabeküler kemik iyileşme özellikle avantajlı olduğu da gösterilmiştir nt 23 bölmeleri. İkincisi diş literatürde 24 Sınıf III veya Sınıf IV kemik gibi sınıflandırılır.
Amacımız temas osteogenezi mekanizmaları ve trabeküler kemik şifa ortamda doğmak olabilir çıkan kemik / demirleme implant odaklanmak olmuştur. İmplant yüzeyinin topografya bağlıdır Bu ankraj, (yukarıya bakınız), farklı ölçek-aralıklarında ortaya çıkabilir. Bu tür yüzeyler ile kemik çimento hat matrisi interdigitation tarafından tarif edildiği gibi, ve biyoaktif camlar, seramik ve metal oksitler, ağsı görülen - Bir yandan, sadece alt-mikron implant kemikten yapıştırma özellikleri, söz konusu olmaktadır. (Kan damar bazen komple), diğer, kemik dokusu üzerinde çok mikron içine büyümek, ya da makro-ölçekli, implantın özellikleri yüzeyine 18 olabilir. Durumlarda res Hemİmplant yüzeye kemik ankraj bir biçimde Ult, mekanizmaları net bir şekilde farklı olmasına rağmen. Bununla birlikte, yukarıda belirtilen mekanik test yöntemlerinin çoğunluğu ortak bir başarısız (çekme ya da kesme modunda kullanılır bağlı olarak) implant yüzeyinin edilene tam dik veya paralel düzlemde bozulma kuvvet hale getirmektir. Burada, bu sınırlama çözen bir yöntem rapor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. İmplant Tasarım, Üretim ve Yüzey İşlem
- Ticari saf titanyum (CPTI) dan; (uzunluk x genişlik x yükseklik ölçüleri 4 mm x 2.5 mm x 1.3 mm) dikdörtgen implantları imalatı. Cerrahi site ve sonraki mekanik testlere (Şekil 1) içinde erken implant stabilitesi kolaylaştırmak amacıyla merkezi implant (çap = 0.7 mm) uzun ekseni aşağı bir delik delin.
- Implantın üst ve alt yüzeylerin muamele edilmesi.
- , Iki farklı yüzeyler oluşturmak microtopographically karmaşık bir yüzey oluşturmak için standart bir kum-kumlama (GB) tedavi kullanmak. Ayrıca kalsiyum fosfat (TKP) atma tarafından implantların yarım değiştirmek bir nanotopographically karmaşık bir yüzey oluşturmak için nanopartiküller.
Çeşitli kimyasal ya da mekanik işlemler arzu edilen bir yüzey topografisi ve / veya kimya oluşturmak için uygulanabilir ve bu deney EGEE doğasına bağlı olacaktır: Notele alınması üzerinde. Karmaşık microtopography oluşturmak için - bir eksiltici bir süreçtir - burada verilen örnekte, ticari olarak saf titanyum (CpTI) implantlar bir grup kum ile bombardıman (GB) işlemine tabi tutulmuştur. Implant yarısı daha sonra bir süper empoze nanotopography (GB-DCD) oluşturmak için kalsiyum fosfat (CaP) nanokristaller ilavesiyle modifiye edilmiştir.
Not: kumla yakılmış mikro yüzey görüntülerken, modifiye edilmiş nano-yüzey ile karşılaştırıldığında, 10,000 X büyütmede, yüzey özellikleri açısından belirgin bir fark yoktur. 100.000 X büyütmede izlendi Ancak, farklılıklar (Şekil 2) oldukça belirgin hale gelir. Daha önce bu tür yüzey değişiklikleri osteokondüksiyon 14 üzerinde derin etkilere sahip olduğu gösterilmiştir.
2. Hayvan Modeli ve Cerrahi Prosedür
- Bu model için genç erkek Wistar sıçanlar (200-250 g) kullanın. Tüm prosedürler yerel hayvan bakımı com tarafından onaylanması gerekirkomiteleri. Hayvanlara su ve sıçan yemi ücretsiz erişim sağlar.
Not: Sıçan diğer suşları kullanılabilir olabilir ancak Wistar sıçanları nedeniyle sıçanın bu suşu ile önceki deneyim bu işlem için seçildi. Gıda ve suya erişim ele alınan deney sorunun doğasına bağlı olarak, değişmiş olabilir. - Oturaklı bir burun konisi yoluyla tatbik inhalasyon anestezi farelerde: uyarılması için 1 Ç 2 / dakika içinde% 4 izofluran, 1 L azot oksit ve bakım için 0.6 Ç 2 / dak içinde% 2 izofluran. Prosedürü ile devam etmeden önce etkili sedasyon sağlamak için standart bir ayak tutam testi yapıyoruz.
- Analjezik pre-ve post-operatif 0,01-0,05 mg / kg buprenorfin, bir deri altına enjeksiyon yoluyla uygulayın.
- Kısmi Randomizasyondan tarafından implantlar atamak ve sıçan femur distal metafiz bilateral yerleştirin. Bu, farklı yüzey topografyasının bir seçim farklı bir implant, her biri karşılaştırmak sağlard, kontralateral femurunda, istatistiksel analiz optimize etmek.
- % 10 Betadine, her bir arka ayağın ön-yan yönü tıraş ve temizlik ile hayvanlar hazırlayın. Hipotermi önlemek için, anestezi sıçan altında sıcak su sirkülasyon pedi yerleştirin.
- Bir # 15 cerrahi neşter kullanılarak, kas maruz uyluk lateral boyunca deri yoluyla bir kesi yapmak. Minimal invaziv tarzda kas organları saptırmak için künt diseksiyon kullanılarak distal femur Açığa.
- Tamamen delme için kortikal kemik ortaya çıkarmak için bir periost asansör kullanarak, femur örten periost ince bir tabaka kazınması. Bakım künt diseksiyon ve periostiumun çıkarılması sırasında diz ekleminin büyüme plağı veya eklem kıkırdağı hasar görmemesine dikkat edilmelidir.
- Bir kez temizlenir ve kontrol, distal femur (Şekil 3A) ön yönünü ortaya çıkarmak için yanal femur döndürün.
- Cerrahi siteyi hazırlamak için, matkap biriki korteks aracılığıyla kemiğin ortasında aşağı bicortical dikdörtgen yuvası. Doku aşırı ısınmasını önlemek için, tuzlu sulama cerrahi asistanı tarafından sondaj boyunca muhafaza edilmelidir. Üç aşamada sondaj Davranış:
- İlk olarak, dışında femur orta hat boyunca iki delik 2.5 mm oluşturmak için bir diş el parça bağlı bir 1.3 mm diş çapak kullanarak, diseksiyon ile maruz ön korteks, delin.
- Sonraki, bicortical paralel delikler sonuçlanan, rakip korteks ile bu delikleri genişletmek için ikinci bir matkap (büküm 1.3 mm diş çapak) kullanın.
- Son olarak, implant (Şekil 3B) için site oluşturan bir yakın-uzak yönde üçüncü özel bir yan kesme tur kullanımı delikleri birleştirme.
- Ekli iğne kullanılarak kemik defekti ile biyolojik dikiş geçmek ve dış femoral korteks etrafında dönmek.
- W, ameliyat dikiş ipliğinin serbest ucu üzerinde implantı geçirin ve kusur içine kılavuzBurada basınç donatılmış olmalıdır. Bu şekilde, implant, uzun ekseni, femur (Şekil 3C) uzun eksenine dikey olarak yönlenmiş olmalıdır.
- Ameliyat sonrası iyileşme ve şifa erken aşamalarında implant stabilitesini sağlamak için femur lateral etrafında dikiş kravat. Kas dokusu kapatmak için kalan sütür kullanın ve cerrahi zımba (9 mm yara klipleri) kullanılarak deri dokusunu reoppose.
- Enfeksiyon belirtileri için cerrahi siteleri incelemek ve tehlikeye yürüyebilme becerisi günlük hayvanları izlemek. Tam ambulasyonu kurtarmak olmayan hayvanların veya analizi, kurban femur kırıkları dışında kalan.
3. Örnek Hasat
- CO 2 maruz kaldıktan sonra servikal dislokasyon ile post-operatif 9 günde hayvanlar kurban.
- Kurban üzerine, femora ve yumuşak doku temiz ayırmak. Doku h korumak için% 15 sükroz tampon çözeltisi içinde hemen saklayınMekanik testler (Şekil 4A) hazırlığında ydration.
Not: Örnekler tesisleri arasında taşıma sırasında, doku hidrasyonu muhafaza edilmesi için sükroz tampon çözeltisi içinde saklanır. Örnekler, mekanik testler için hazırlık sırasında çözelti içinde yaklaşık 2-3 saat harcayacak. - Mekanik test için örnekler hazırlamak için, yüksek hızlı bir sisteme bağlı bir silindir elmas çapak ile implant genişliğine kemik kesin. Nihai test numuneleri, implantın (Şekil 4B) her bir yüzüne bağlı kemik iki kemer oluşmaktadır. Hazırlanması veya taşıma sırasında düşmek kemerler için, 0 N. mekanik test değer atamak
Not: Bu örnekler keserken zarar veya ön gerilim arabirimi önlemek için, çok nazik ve hassas olmak önemlidir. Kemikli onarıcı kallus implantın uzun ekseni etrafında ve hatta boyuna deliğe büyüyebilir. Bu tür aşırı kemik tri tarafından kaldırılması gerekirmekanik test sonuçları saptırabilir gibi, dikdörtgen implantın tam boyutlarına örnekleri features.
4. Mekanik Test
Özel bir ayrılıkçı kalıp her numune mekanik testler için numune hazırlama tekrarlanabilir ve doğru yöntem oluşturarak, pota için tasarlanmıştır. Doğrudan implant yüzeyine dik bir kuvvetin uygulanmasına izin veren, dolgu işlemi sırasında merkezli numune ve tamamen yatay tutarak tasarım, tutarlı bir test alanı için peri-implant kemik içindeki bir 0.5 mm bölgenin izolasyonuna olanak sağlamaktadır. Komple mühendislik çizimleri ve son bileşenler için, Şekil 6 Şekil 5'e bakın.
Not: Tüm Davranış 30 mm / dakika arasında bir kafa hızında çalışan bir mekanik test cihazı kullanılarak test edilmesi. Kalan kemik aşağıdaki test bir niteliksel değerlendirme için, bir mikroskop kullanılabilir.
- ÇömlekçilikÖrneklerden ve Mekanik Test
- Sükroz tampon çözeltisi ve yavaşça kuru blot ait türleri çıkarın.
- Özel kalıp içinde pozisyon örnek. Yatay kalıbın duvarlardaki delikler boyunca ve implantın ortasındaki delikten pimi kaydırın. İmplantı (Şekil 7) stabilize etmek için kalıbın arka tarafında stabilize plaka koyun.
- Akışkan dental bileşik ile, kalıbın taban doldurun ve yüksek bir yoğunluk tedavi ışığı kullanılarak 60 saniye boyunca kür.
Not: Bu, üretilen bu tür ısı doku özelliklerini etkileyebilir gibi bir ekzotermik reaksiyon ile ayarlamaz bir bileşik seçmek önemlidir. - Sertleştirme sonrası, kalıp açılır ve sertleştirilmiş numune bloğu çıkarın. Tanımlama amaçlı yan kemer üzerinde kalıcı bir işareti ince siyah bir çizgi çizin.
- Bir mengeneye test örneği prefabrik kopyasını düzeltmek ve mekanik test aracı baz ünitesini ortalamak.
- Mengene içine numune elde edin ve implantın içindeki delik (Şekil 8) üzerinden bir naylon çizgi geçmektedir. Hareketli piston kafasının merkezindeki için gevşek uçları takın. Tutarlılık için, her zaman etiket ve ilk yan tarafında test. Medial kemer ile işlemi tekrarlayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bütün hayvanlar cerrahi sonrası iyileşme kendi aşağıdaki süresi ile ayakta etkinliği artmıştır. Biz son 12 bildirdin gibi yük, farklı ölçek aralıkları topografyalarının üzerinde farklı etkileri vardır, çünkü bu önemlidir. Mekanik test aşağıdaki test örnekleri için temsili bir kuvvet / yer değiştirme eğrisi Şekil 9A'da gösterilmiştir, ve her bir implant yüzey için ortalama veri Şekil 9B'de sunulmuştur. Her bir numune elde maksimum kuvvet değeri kaydedilir ve grup değerleri karşılaştırma için (grup başına n = 28) ortalama alındı. GB-DCD yüzey, temel microtopographically karmaşık yüzey üzerine bindirilmiş submikron topografik özellikleri ile, değiştirilmemiş GB micro-yüzey (p <0.0001) (Şekil 9B) göre anlamlı olarak yüksek bozulma kuvvet değerleri vardı.
Mekanik testler sonrasında, görülmektedir ki hedef içinde kırık örneklerin% 92(Şekil 10) peri-implant bölgesini ed.
Şekil 1. Özel tasarlanmış dikdörtgen implantlar. Üst ve alt yüzleri büyüme ve apozisyon için birincil siteler vardır. Boyutlar: 4 mm x 2.5 mm x 1.3 mm (uzunluk x genişlik x yükseklik) ve delik çapı 0.7 mm.
Şekil 2. Kullanılan implant yüzeylerinin alan emisyon SEM mikrograflarından. Topografya farklılıkları 10,000 x büyütme (top) görmek zordur, ama 100.000 X (altta) çok belirgindir. (A, C): GB ve (B, D): GB-DCD örnekleri.
Şekil 3,. (A) künt diseksiyon kullanılarak femur açığa ve periost çıkardıktan sonra, (B), bir bicortical yuvası 3 aşamalı bir delme işlemi kullanılarak oluşturulmuş ve (C) implant yerine basın-donatılmış ve bakterilerle ayrışabilen bir sütür ile desteklenmiştir.
Şekil 4,. (A) femur kurban edilen hayvanlardan toplandı. Dikdörtgen implant distal femurda görülebilir. Bir medial ve implantın iki tarafında yanal bir kemer hem de (B) Nihai deney numunesi.
Şekil 5. Pot mekanik test örneklerinin için kullanılan özel ayrılıkçı kalıp için teknik çizimler. resmi büyütmek için buraya tıklayın.
Mekanik testler için Şekil 6. Özel ayrılıkçı kalıp tasarımı.
Şekil 7. Eğlen Özel bir erkek kalıba saksı.
Şekil 8.. Numune mekanik teste tabi tutulmadan mekanik test cihazı merkezli.
Şekil 9,. Mekanik test sonrasında oluşturulan (A) Temsilcisi kuvvet / uzama eğrisi. 9 gün ötenazi zaman noktası (n = 28 her grup için örnek) 30 mm / dakika kroshed hızında kaydedilmiştir (B) Ortalama parçalama kuvveti değerleri (N). (*) = Istatistiksel anlamlılık.
1221fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51221/51221fig10.jpg "/>
Şekil 10. Mekanik test aşağıdaki implantların çevresindeki kortikal kemerlerin kalıpları kırma.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ve kırık bölgesini sınırlar, bu doğru dik için, paralel uygulamalı bozulma kuvvet ekseni ile test numunesinin uyum sağlar çünkü Burada sunulan mekanik test modeli, aday implant yüzeylere kemik ankrajını değerlendirmek için geliştirilmiş bir yöntemi temin etmektedir İmplant yüzeyinin yarım milimetre içinde. Bu model kolaylıkla kimyasal olarak veya mekanik olarak, tadil edilmiş yüzeyler herhangi bir aralığı etkinliğini karşılaştırmak çalışmalar içine dahil edilir, ama bu, numune kolayca manipülasyon sırasında kemik kopuk olarak düz yüzeyler için uygun değildir. İmplantlar biyomalzeme geniş imal edilebilir. Verileri kolayca toplanır ve mekanik test cihazı düzgün, kalibre minimal filtreleme gerektiren bir sağlanmaktadır. Farklı zaman çizgisi iyileşme farklı aşamalarında mekanik performansını değerlendirmek için de kullanılabilir. Ayrıca, model kolayca kompresör insan hastalıklarının hayvan modellerinde de kullanılabilecektirörneğin, aşağıdakileri içeren omise kemik iyileşmesi, diyabet, radyasyon tedavisi ve otoimmün hastalıkları.
Diğer suşlar kolaylıkla kullanılabilmesine rağmen, model, erkek Wistar sıçanlar için tasarlanmıştır. Sıçanların iskelet yapısı, özellikle femur, küçük iken, özel implant aldıktan sonra normal ayaktan yüke dayanacak, ve onların ameliyat sonrası iyileşme hızlı. Nedeniyle kullanılan basit geometriler için, tasarım büyük hayvan modellerinde büyütmek kolaydır. Bu farelerde benzer bir işlem yapmak mümkün olsa da, femora küçük implantların kullanımı gerektirir ve bozulma testi için işleme güçlükler, önemli ölçüde daha küçüktür.
Daha önce erken iyileşme noktaları sırasında meydana gelen biyolojik mekanizmalar üzerinde duruldu çalışmalarda bu modelin basit bir sürümünü istihdam var, ve bir 9 günlük post-operatif zaman noktası istihdam var, biz burada aynı zaman-noktası kullanılır. Bununla birlikte, bu time dönemi çalışma tasarımına bağlı olarak değişebilir, ve çoklu zaman noktaları in vivo süre ile ankraj olayın ilerlemesini gösterebilir.
Trabeküler kemik ile vulkanize edilmemiş çözeltinin "fitilleme" nedeniyle ekzotermik reaksiyonlar, aşırı genişlemesine olmayan, ve son derece değişken sertleştirme süreleri çoğu modelinin geliştirilmesi sırasında, çok hızlı sertleşen epoksiler ve beton incelenmiştir. Seçilen akışkan dental bileşik en az bir genişleme (yaklaşık% 2) sahiptir, sertleştirme ışık altında hızlı bir şekilde tedavi eder, ve en az fitillenmesinin sergiler. Buna ek olarak, bileşik hiçbir eksotermik özellikleri sergiler. Bu madde, mevcut malzemelerin yerine değiştirilebilir, ama sıkı bir proje başlamadan önce dolgu maddesi test etmek için kritik bir önem taşımaktadır.
Bu yöntem aday implant yüzey tasarımının bir fonksiyonu olarak değerli karşılaştırmalı biyomekanik verileri verir. Bu im ana avantajıkanıtlanmış yöntem olup, kemik onarım oluşturulur implant yüzeyinden ilk 0,5 mm, en bozulma (kırılması) düzlemi sınırlama bulunmaktadır. Bu kırık peri-implant bölge ile sınırlı değildir, diğer yöntemleri farklıdır. Tüm numunelerin boyunca tutarlı bir region - - Bu durumda, yöntem, yukarıda açıklandığı gibi, sunulan doğru tanımlanmış bir peri-implant bölge izole ayrıca uygulanan kuvvet nedeniyle herhangi bir önyargı ortadan kaldırarak, implant yüzeye tam olarak normal şekilde numune hizalarken hiza. Bir kez peri-implant kemik olgunlaşmasını izlemek istiyorsa, bu özellikle önemlidir. Ancak, bu testler sonucunda, yüzeyde kalan hatırı sayılır kemik olduğundan testi, gerçek kemik / implant arayüzünde kendisi biyomekanik bilgi vermez vurgulanmalıdır.
Daha önce, Tita işlemek için yüzey topografya yeteneğini tanımlamak için bu yöntemin basit bir versiyonunu kullanmışnyum süresi 12 iyileştirici bir fonksiyonu olarak topografik karmaşıklık değişen sınıflarda biyolojik alaka tanımlamak için son çalışmalarının yanı sıra, kemik-bağ 14 yüzeyleri. Basit test burada sunulan daha hızlıdır ve hiçbir özel tasarlanmış saksı aygıtı gerektirir iken, kırık uçağın konumu önemli farklılık vardır. Buna ek olarak, yöntem, aynı zamanda bir implant mekanik test cihazı üzerinde dikey olarak gelecek şekilde, 90 derece numune test döner tasavvur sağlar. Diğer yöntemlerle mümkün olmayan bir yaklaşım - Bu yapılandırmada, aynı deney düzeneği ile kesme testi yapmak mümkündür.
Bununla birlikte, sınırlamaları temsil eden birkaç pratik sakıncaları vardır. Test numuneleri küçük olduğu için, bu zaman alıcı diğer yöntemlere göre saksı sırasında kalıp içinde uygun bir numune hizalamak olabilir. Numune saksı kez Dahası, bu olabilirzor çıplak gözle, tam peri-implant bölgesi ile, onaylamak için böylece daha doğru peri-implant bölgesini görselleştirmek için bir büyüteç ya da kuyumcu döngü kullanmak yararlı olabilir. Son olarak, bu yöntem, peri-implant bölgesinde maruz onarım trabekül yoluyla akışkan kompozitin emme önüne geçen bir şekilde yapılması gerekir. Nihayet bu elimizdeki ekipman olduğundan, biz 1.000 N yük hücresi kullanılan, ancak daha küçük bir yük hücresi, 50-100 N aralığında, test verilerinin daha fazla çözünürlük ve doğruluk sağlayan, gelecek testler için daha uygun olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar Biomet 3i (Palm Beach Gardens, FL, ABD) finansman ve malzeme desteği almıştır. Biomet 3i bu yazının ya da açıklanan deney tasarımı yazılı hiçbir parçası vardı.
Acknowledgments
Yazarlar kendi mali desteğin sürekliliği için Biomet 3i teşekkür ve özel parçaların tasarım ve imalat yardım için özellikle Randy Goodman olacaktır. Spencer Bell Ulusal Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) tarafından sağlanan bir Sanayi Lisansüstü Burs bir alıcı vardır. Biz de el yazması hazırlanması sırasında onun çok değerli geri bildirim için Dr John Brunski teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dulbecco’s Phosphate Buffer solution (DPBS) | Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada | 14190-250 | |
| 10% neutral buffered formalin solution | Sigma-Aldrich Co. LLC., Canada | HT501128-4L | |
| Custom-designed rectangular implants (commercially pure titanium; dimensions: 4mm x 2.5mm x 1.3mm with a 0.7mm hole drilled centrally down the long axis) | Biomet 3i, FL, USA | N/A | |
| Custom-designed breakaway mould | Biomet 3i, FL, USA | N/A | |
| Isoflurane | Baxter Internationl Inc. | N/A | |
| Buprenorphine | Bedford Laboratories | N/A | |
| 10% betadine | Bruce Medical, MA, US | FR-2200-90 | |
| Scalpel | Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada | 2586-M36-0100 | |
| Scalpel blade #15 (sterile) | Magna, Medstore, University of Toronto, Canada | 2586 | |
| Periosteal elevator #24G | Spectrum Surgical, OH, USA | EX7 | |
| Forceps | Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada | 7747-A10-108 | |
| Tissue forceps | Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada | 7722-A10-308 | |
| Scissors | Almedic, Medstore, University of Toronto | 7603-A8-240 | |
| Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile) | Vitality Medical | 1089 | |
| Gauze (non-sterile) | VWR | 89133-260 | |
| Needles 25G X 5/8" (disposable) | BD, Canada | 305122 | |
| Syringes (sterile) | VWR, Canada | CABD309653 | |
| Needle Driver | Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada | A17-132 | |
| Dynarex Surgical gloves (sterile) | Amazon.com | 2475 | |
| Surgical masks | Fisherbrand, Medstore, University of Toronto, Canada | 296360759 | |
| 0.9% sterile saline | House brand, Medstore, University of Toronto, Canada | 1011-L8001 | |
| Hair clippers | Remington, US | N/A | |
| 4-0 Polysorb | Syneture | SL5627G | |
| 9mm Wound Clips | Becton Dickinson, MD, USA | 427631 | |
| ImplantMED DU 900 and WS-75 dental hand piece | W&H Dentalwerk, Austria | DU1000US | |
| 1.3 mm twist drill | Brasseler, GA, USA | 203.21.013 | |
| 1.3 mm dental burr | Biomet 3i, FL, USA | custom | |
| 1.2 mm cylindrical side-cutting burr | Biomet 3i, FL, USA | custom | |
| Cylindrical diamond burr | Brasseler, GA, USA | H1.21.014 | |
| High speed dental drilling system | Handpiece: KaVo Dental Corporation, IL, USA | N/A | |
| Handpiece Control: DCI International, OR, USA | |||
| 99.5% Ultra Pure sucrose | BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada | 57-50-1 | |
| Flowable dental composite | Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA | 6033XW | |
| Sapphire Plasma Arc high intensity curing light | Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA | N/A | |
| Instron 4301 with 1000 N load cell | Instron, Norwood, MA, USA | N/A | |
| Leica Wild M3Z Stereozoom dissecting microscope | Leica, Heerbrugg, Switzerland | N/A | |
| QImaging Micropublisher 5.0 RTV digital camera coupled with QCapture 2.90.1 acquisition software | QImaging, Surrey, BC, Canada | N/A | |
| Electronic digital caliper | Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA | N/A | |
| Mechanical testing instrument | Instron, Norwood, MA, USA | N/A |
References
- Brunski, J. B. In vivo bone response to biomechanical loading at the bone-dental implant interface. Adv. Dental Res. 13, 99-119 (1999).
- Brunski, J. B., Glantz, P. -O., Helms, J. A., Nanci, A. Transfer of mechanical load across the interface. In: The Osseointegration Book. Brånemark, P. I., Chien, S., Gröndahl, H. G., Robinson, K. , 209-249 (2005).
- Brånemark, R., Ohrnell, L. O., Nilsson, P., Thomsen, P. Biomechanical characterization of osseointegration during healing: an experimental in vivo study in the rat. Biomaterials. 18 (14), 969-978 (1997).
- Itälä, A., Koort, J., Ylänen, H. O., Hupa, M., Aro, H. T. Biologic significance of surface microroughing in bone incorporation of porous bioactive glass implants. J. Biomed. Mater. Res. A. 67 (2), 496-503 (2003).
- Brånemark, R., Emanuelsson, L., Palmquist, A., Thomsen, P. Bone response to laser-induced micro- and nano-size titanium surface features. Nanomedicine. 7 (2), 220-227 (2011).
- Kato, H., et al. Bonding of Alkali- and Heat-Treated Tantalum Implants to Bone. J. Biomed. Mater. Res. 53, 28-35 (2000).
- Hong, L., Xu, H. C., de Groot, K. Tensile strength of the interface between hydroxyapatite and bone. J. Biomed. Mater. 26 (1), 7-18 (1992).
- Currey, J. D. Mechanical properties of bone tissues with greatly different functions. J. Biomech. 9 (12), 313-319 (1979).
- Nakamura, T., Yamamuro, T., Higashi, S., Kokubo, T., Itoo, S. A new glass-ceramic for bone replacement: evaluation of its bonding to bone tissue. J. Biomed. Mater. Res. 19 (6), 685-698 (1985).
- Hench, L. L., Splinter, R. J., Allen, W. C., Greenlee, T. K. Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials. J. Biomed. Mater. Res. Symp. 1, 117-141 (1972).
- Edwards, J. T., Brunski, J. B., Higuchi, H. W. Mechanical and morphologic investigation of the tensile strength of a bone-hydroxyapatite interface. J. Biomed. Mater. Res. 36 (4), 454-468 (1997).
- Davies, J. E., Ajami, E., Moineddin, R., Mendes, V. C. The roles of different scale ranges of surface implant topography on the stability of the bone/implant interface. Biomaterials. 34, 3535-3546 (2013).
- Rønold, H. J., Lyngstadaasb, S. P., Ellingsen, J. E. Analysing the optimal value for titanium implant roughness in bone attachment using a tensile test. Biomaterials. 24, 4559-4564 (2003).
- Mendes, V. C., Moineddin, R., Davies, J. E. The effect of discrete calcium phosphate nanocrystals on bone-bonding to titanium surfaces. Biomaterials. 28 (32), 4748-4755 (2007).
- Skedros, J. G., Holmes, J. L., Vajda, E. G., Bloebaum, R. D. Cement lines of secondary osteons in human bone are not mineral deficient: new data in a historical perspective. Anat Rec. 286, 781-803 (2005).
- McKee, M. D., Nanci, A. Osteopontin and the bone remodelling sequence: colloidal-gold immunocytochemistry of an interfacial extracellular matrix protein. Ann. N.Y. Acad. Sci. 760, 177-189 (1995).
- Davies, J. E., Hosseini, M. M. Histodynamics of endosseous wound healing In: Bone Engineering. Davies, J. E. , Em Squared Inc. Toronto. 1-14 (2000).
- Welsh, R. P., Pilliar, R. M., Macnab, I. Surgical implants. The role of surface porosity in fixation to bone and acrylic. J. Bone Joint Surg. Am. 53 (5), 963-977 (1971).
- O'Brien, F. J., Taylor, D., Clive, L. T. The effect of bone microstructure on the initiation and growth of microcracks. J. Orthop. Res. 23 (2), 475-480 (2005).
- Steflik,, et al. Ultrastructural analyses of the attachment (bonding) zone between bone and implanted biomaterials. J. Biomed. Mater. Res. 39 (4), 611-620 (1998).
- Sul, Y. -T., Johansson, C., Albrektsson, T. A novel in vivo method for quantifying the interfacial biochemical bond strength of bone implants. J. Royal Soc. 7 (42), 81-90 (2010).
- Wong, M., et al. Effect of surface topography on the osseointegration of implant materials in trabecular bone. J. Biomed. Mater. Res. 29 (12), 1567-1575 (1995).
- Gotfredsen, K., et al. Anchorage of titanium implants with different surface characteristics: an experimental study in rabbits. Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2 (3), 120-128 (2000).
- Lekholm, U., Zarb, G. A., Albrektsson, T. Patient selection and preparation. In: Tissue integrated prostheses. , Quintessence Publishing Co. Inc. Chicago. 199-209 (1985).
