原位压极限和骨牙周韧带齿纤维联合的相关性无创成像

1Division of Biomaterials and Bioengineering, Department of Preventive and Restorative Dental Sciences, University of California San Francisco, 2Department of Radiology and Biomedical Imaging, University of California San Francisco, 3Xradia Inc.
Published 3/07/2014
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Bioengineering

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Summary

在这项研究中, 加上微X射线计算机断层摄影术为纤维状关节生物力学原位装载装置使用一个将被讨论。识别与关节生物力学的整体改变的实验读数将包括:1)反动力与位移,在牙槽窝内,即牙齿位移及其装载反动响应,2)三维(3D)空间构型和形态测量, 几何齿与齿槽插座,和3)中读出1和2的变化是由于在加载轴, 同心或偏心载荷的变化关系。

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Jang, A. T., Lin, J. D., Seo, Y., Etchin, S., Merkle, A., Fahey, K., et al. In situ Compressive Loading and Correlative Noninvasive Imaging of the Bone-periodontal Ligament-tooth Fibrous Joint. J. Vis. Exp. (85), e51147, doi:10.3791/51147 (2014).

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Abstract

这项研究表明,一种新型的生物力学测试协议。此协议的优点包括耦合到高分辨率X-射线显微镜原位装载装置使用的,从而使模拟生理负荷和潮湿条件下的内部结构元件的可视化。实验样品将包括完整的骨牙周膜(PDL)齿纤维连接。结果将说明该协议的三个重要特点,因为它们可以应用到器官水平的生物力学:1)反动力与位移:位移牙牙槽窝内,其装载,2),三维(3D)空间配置反动响应和形态测量:用肺泡插座牙齿的几何关系,以及3)在读出器1和2中,由于在加载轴的变化, 从同心偏心载荷的变化。提出的协议的有效性可以通过机械耦合TE进行评估蜇读数为3D形态测量和关节的生物力学整体。此外,这种技术将强调需要平衡的实验条件下,前获取纤维连接的断层图像特别反动负载。应当注意,该协议被限制为检测离体条件下的试样,并且使用造影剂进行可视化的软组织机械响应可能导致对组织和器官水平的生物力学错误的结论。

Introduction

几个实验方法继续被用来研究diarthrodial和纤维状关节生物力学。具体到牙齿器官生物力学的方法包括使用应变计1-3,光弹性方法4,5,云纹干涉6,7,电子散斑干涉8,和数字图像相关(DIC)9-14。在这项研究中,创新的方法包括非侵入性的成像使用的X射线暴露的纤维接头的内部结构(矿化组织和它们的接口由较软的区域,和接口组织如韧带)在负载相当于在体内条件。耦合到微透视显微镜原位装载装置将被使用。负载时间和负载 - 位移曲线将被收集感兴趣的新鲜收获的大鼠半侧下颌骨内装载的摩尔。该米在本研究中提出的方法的AIN的目标是通过在比较条件下,以强调牙骨的三维形貌的影响:1)无负载时加载,并且当2)同心和偏心加载。省去了切标本,并在潮湿条件下的整体完好的器官进行实验将允许三维应力状态的最大保护。这将打开调查,在各种载荷情况下理解复杂的动态过程的一个新领域。

在这项研究中,方法为只SD大鼠一个完整的纤维关节内测试PDL生物力学,被视为最佳的生物工程模型系统联合进行详细说明。实验将包括以突出关节的三个重要特点,因为它们涉及到器官水平的生物力学仿真水合条件下咀嚼负荷。这三点将包括:1)反动力与位移:肺泡插座内齿的位移和其装载反动响应,2)的三维(3D)空间构型和形态测量:用肺泡插座牙齿的几何关系,以及3)在读出器1和2中,由于在一个变化的变化加载轴, 从同心偏心负荷。所提出的技术的三个基本读数可以应用于调查接头的脊椎动物中任一所述自适应性质变化引起的功能性要求,和/或疾病。可用于改变上述读数,特别是在不同的加载速率反动负载之间的相关性与位移,并导致反动的加载时间和载荷 - 位移曲线,突出联合生物力学整体变化。提出的协议的有效性可以通过耦合力学测试读数为3D形态测量和关节的生物力学整体评估。

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Protocol

动物住房和安乐死:在本演示中使用的所有动物均按照该机构动物护理和使用委员会(IACUC)和美国国立卫生研究院(NIH)的指引,安置无病原体条件下。

提供动物与标准硬颗粒大鼠饲料和水的随机应变 。通过二氧化碳窒息,双侧开胸的两步法按照UCSF的标准协议安乐死动物经IACUC。 24小时动物献祭的范围内进行生物力学测试,以避免组织退化。

1。制备及大鼠下颌骨或上颌骨的解剖

  1. 通过轻轻地切割膜组织和肌肉组织的附件,同时保持整个下颌骨,包括冠突和髁过程( 1)15除去大鼠下颌骨。
  2. 独立hemimandibles车efully切割下颌联合纤维组织带有手术刀。
    注:冠状动脉及髁流程,以及下颌骨升支( 图1)应该被删除,如果他们身体挡住第二磨牙的生物力学测试。
  3. 切门牙不暴露牙髓腔不妨碍加载磨牙。

2。 原位压极限试样制备的(图2)

  1. 通过使用比实验标本显著较硬之前加载它在原位装载装置( 图2A)的材料固定在一个钢存根试样。
    注:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是用于固定在这项研究中与过量的试样,如果有的话,用牙科探针除去。
  2. 配合使用在两个直边的原子力显微镜的金属试样圆盘息平行的摩尔数的咬合面平面( 近远中和颊舌)。
  3. 建立与周边磨牙钝刀一个低谷。
    注意:这个空间应该作为一个“护城河”包含多余的液体,并在原位负载维持组织水化。
  4. 制备在牙齿表面使用牙科用复合建立为同心( 图2B)或偏心轮( 图2C)加载。蚀刻所关心的牙齿表面以15秒的牙合面的35%磷酸凝胶。
  5. 用去离子水彻底冲洗,蚀刻剂和使用空气/水注射器或压缩空气罐干燥的表面上。随着探险家,分布一滴粘接剂成公开尖在薄薄的一层。固化复合材料牙科光固化机。
    注:应该没有直接的光从灯泡进行所有涉及复合材料的步骤。这样的条件下会不希望地促进聚合过程中,并且不需经过ð防止复合材料的妥善安置。房间里的灯是可以接受的。
  6. 从邻牙去除多余的粘接剂用细手术刀或刀片。
  7. 把可流动的牙科用复合材料的表面上的表面的制备方法以下,并用牙科探针铺到感兴趣的摩尔数的凹槽。
  8. 暴露复合牙科光固化机,持续30秒。
  9. 用牙科用复合树脂成形为约3-4毫米的咬合堆积,从感兴趣的摩尔数和光固化30秒的咬合平面。
  10. 降低复合堆积的顶部表面平行的平面通过使用直边和一个高速手持件,以使一致的装载方案在所有标本。
    注意:在生物力学测试,其他标本应存放在三-磷酸盐缓冲溶液(TBS)与50毫克/毫升的青霉素,链霉素和15。

3。加载装置和漂移刚度,材料属性辨能力, 原位纤维联合的装载

  1. 使试样与在加载阶段的砧座的复合材料形成,并且测试为均匀的载荷, 如图2B所示
  2. 放置在复合材料的表面上形成的咬合纸随后装入试样,以一个有限的负载,以检查同心或偏心载荷( 图2B2C)。
  3. 周围放置试样TBS浸泡过的Kimwipe,以确保样品水化。使周围的样品槽和用TBS填充它来保持成像过程中的水分的器官。
  4. 输入峰值负载和位移速率到德夯软件来压缩的摩尔到下面的单侧的下颚骨的固定化所需的峰值负荷位移速度。
    注意:典型的读数应该包括反动载荷作为材料被压缩,随着时间的推移(负荷传感器灵敏度= 0.1N)。从负荷-时间和位移-时间,用于压缩材料的负荷-位移曲线应获得16-18。使用从加载周期所收集的数据,关节的各种性能,也可测定。关节的刚度应采取的直线部分的载荷与位移曲线19的加载阶段(约最后30个数据的%)的斜率来计算。

4。染色软组织中,PDL,用磷钨酸(PTA)

注意:为了提高X射线衰减的对比中,PDL应染色,用5%的PTA溶液20。

  1. 回填PTA染色溶液倒入一个干净的1.8毫升玻璃安瓿,并把装安瓿到注射器中。
  2. 注入溶液缓慢(5分钟/卡普耳)到相邻牙齿的PDL-空间,以防止周围的兴趣磨牙牙周组织结构损伤。
    注:以上步骤B应该要ë重复,直到溶液约5全carpules(9毫升)中被注入并允许流入周围的组织。该prepped标本也可以在剩余的PTA溶液(8小时)浸泡过夜。

5。推荐μ-XCT扫描设置

进行M-XCT具有下列扫描设置:

物镜放大倍数 4X,10X
1,800的图像
X射线管电压 75 kVp的(50 kVp的对PTA染色样品)
8 W
曝光时间 〜8-25秒*
〜4微米(4X物镜),〜2微米(10X物镜)**

*曝光时间可以根据几何形状和试样和X射线管的画外音的光密度变化ltage。
*基于源,样品和检测器的结构的实际像素分辨率将略有不同。

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Representative Results

的装载装置“齿隙”恒定负荷下,“推回”,刚度,和系统漂移估计

差:循环加载和卸载部分之间,存在3秒的暂停期间,反向齿轮电机内卸真正开始前, 作为试样拉离顶下颚( 图3)。这一时期被称为系统,它代表一个时间段,当系统试图从闭到开的夹爪切换的反弹。但应注意的是,所有的负载周期都将包含一个类似的齿隙响应无论样品或负载条件的( 图4)。一个正常的负载与使用刚性体获得的时间曲线示于图3A3B突出的装载,卸载和侧隙区在两个不同的升6 N和16 N。口服降糖药正常负荷与位移曲线突出了相应的三个部分如图3C。

推回:而同样3秒的时间框架,反动的响应中,因此间隙区域的形状可以根据试样改变发生的所有反弹周期。通过使用一个刚性体( 图3)的测试系统中,最陡和最高压降在反动负载时相比,所述骨PDL齿络合物和聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行了观察。然而,联合纤维相比,PDMS在反弹阶段说明了反动负荷显著下降。 PDMS( 图4)的标本似乎有至少压降(在1点05和1点25交联剂密度之间没有差异- 图4A)。

刚度:测试时刚度的装载装置的AGainst刚体较复杂和PDMS试样的显著更高。这些数据验证了加载装置的有效性突出的变化在骨PDL齿复杂和较软的材料( 图4B)的生物力学。

可视范围内使用μ-XCT完整的骨PDL齿复杂的软,硬组织结构:在未染色,但水合纤维关节中,强调衰减的硬组织功能,包括牙槽骨,牙骨质,牙釉质,牙本质和( 图5A5B)。然而,空间,主要含有较软的有机组织是透明的,以X射线,而使PDL-空间相对“空”(黑)。采用PTA治疗的标本显示增加对比度PDL-空间内,从而突出特点代表了PDL和牙龈组织中( 图5C-F)中。扫描以更高的庄重振动性显露PDL作为牙齿和骨头之间的纤维网。

反动力与位移: 在原位装在纤维关节生物力学响应:同心负荷相比,在类似标本偏心加载模式显示牙齿的关节内增加了排量为给定的反动负载( 图6A)。但是,对于PTA处理过的纤维接头,观察不管负载条件( 图6B)中的整体生物力学无显著差异。在未经处理的,但偏心负载的系统中,根的增加的位移进入肺泡插座可以与可降低刚度在载荷-位移曲线( 图6C)所示。虽然有可能是一个自然变异导致的范围内控制组收获纤维关节生物力学响应,PTA治疗纤维关节表现出增加的刚度和流离失所少插座内比未经处理的同行对于给定的反动的峰值负载。然而,有在形状未处理和PTA处理试样之间的负载循环的间隙相的持续时间或没有可检测的变化。

三维空间构型和形态测量:用μ-XCT加载的条件下,映射所述骨齿配置:从断层图像拍摄虚拟切片进行比较来说明插座内1)的牙齿移动,2)无论是在2D和3D齿骨协会,3)运动,由于偏心的程度相比,同心负荷。牙齿移动强调了类似的虚拟切片叠加在空载和负载时产生和GIF动画。尽管这两个装载计划引起牙齿垂直位移的接头内,偏心负载配置( 图7B7C):Caused牙的额外旋转效果与根部旋转远侧导致沿根部的同心装载扫描( 图78)相比,前端侧降低PDL的空间。虽然PTA染色PDL更衰减( 图5),齿的内肺泡插座在PTA治疗关节的运动是较不显着,并与生物力学数据相关( 图6B6C)。

图1
图1。准备单侧的下颚骨的生物力学测试,当一个适应15图关键位置。插图中显示的是单侧的下颚骨。


图2。一种原位装载装置上微X射线计算机断层扫描(μ-XCT)单元内的定制支架原位加载单元和μ-XCT系统配置:(A)一种图像。同心(B)和由所述砧座和复合材料表面之间的接触的类型来确定偏心(C)负载条件示于图解的形式,以及相应的实验设置(区域对应于由白框高亮显示在( )分别标记从咬合纸确认砧和牙科复合树脂间的初始接触面积。 点击这里查看大图。</ A>

图3
图3。代表性的负荷-时间曲线说明系统“反弹”。负载与时间使用刚体显示为关闭和开启的铁砧之间的事件反弹期。绿色区域表示其中砧正在接近(绿色区),以刚性体加载到15 N(A)和5 N( ,插图)加载期间。蓝色区域表示,其中砧座被彼此缩回的卸载周期。然而,由于缺乏的瞬时运动反应由于时间采取的齿轮反转,在于有〜3秒的背隙期间。在此期间,负载约由2个N真实卸发生之前减小。装载和卸载事件可以与加载与位移曲线S(C)这表明在反弹 ​​周期最小排量。 点击这里查看大图。

图4
图4。代表性的载荷-位移曲线和“推回”的效果使用PDMS底部曲线降低单体交联剂比例PDMS之间的负载时间的关系揭示了原位负载单元检测材料特性差异的能力。顶部曲线,左右说明由于物料回收系统的间隙的变化。当比较左和右示出了同样的效果,这表明1:25,1点05 PDMS之间的恢复差是最小的或不属于本加载装置的B检测极限。)负载-位移曲线,用于改变材料,包括刚性体铝,实验样品和3的PDMS的标本。它是被用来计算材料的刚度加载曲线的30%直线部分的斜率。 点击这里查看大图。

图5
图5。染色的PDL结构增强下颌第二磨牙X射线虚拟切片。未经处理的臼齿中(A,B)灰度值表示各种组织包括园区内较软的区域的X射线衰减。然而,nonmineralized组织如PDL没有由于其米高亮inimal衰减的X射线的能量特性,在75 kVp的。 (CF)按照PTA染色较软的PDL中的衰减特性进行了增强的和PDL中的细节是用X-射线显微镜观察。因此,二维虚拟矢状面(C-4X放大倍率,E-10X的放大倍率)和横向(D-4X放大倍率,F-10X的放大倍率)切片显示PDL纤维取向(黄色箭头)。骨内的空间(橙色箭头)和PDL(白色箭头)内的血管的管腔显示为暗圆形的结构,而在牙髓空间仍然未染色。在染色过程中创建的工件也指出(D,红色星号)。 点击这里查看大图。

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图6。同心偏心和加载的标本。(A)顶部和底部面板(B)表示的齿骨关系的快速时间电影在无负载时分别加载到15 N,同心偏心和。顶部和底部面板说明骨齿关联时,未经处理的(A)和染色(B)的条件。中央面板(C)表示不同的载荷-位移行为之间的偏心和同心(左曲线)装载物,染色和未染色(右线)的复合物。 点击这里查看大图。

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第二磨牙图7。矢状切面显示牙齿的协会与牙槽窝同心加载时(A)和偏心(B)压缩多数被岔内(箭头)和顶(箭头)地区看到。时相比,所述齿在偏心载荷(B)的虚拟的部分,齿运动引起的额外旋转分量增加压缩到近中根的远端侧。覆盖的横截面显示远端翻译和牙齿的顺时针旋转运动(绿色根茎)相对于同心装齿(灰色) 点击此处查看大图。

图8 图8。重构3D电影揭示了当偏心加载的(E)相比,一个同心地装复合物(D)的根的前端侧内降低PDL-空间。点击这里查看偏心荷载,然后点击这里查看同心负荷。

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Discussion

在建立这个协议的第一个步骤涉及评估的装载架的使用刚性体的刚性。根据结果​​,刚度是显著更高使得能够使用的装载装置的标本与显著较低的硬度值进一步测试。第二步强调了仪器的使用两个阶段的装载 - 卸载曲线通过使用刚性体,不同的交联密度的PDMS材料和纤维连接生成区分不同硬度值的能力。从在间隙相的加载阶段和回送的刚度被用来确定该材料的装载和材料的回收的阻力以下卸载( 图34)。在第三步和第四步的协议是相互关联的变化,从装载装置获得的原位成像与T进行荷载-位移曲线他使用的X射线( 图5)。这包括加载和关节分别获得X线断层在空载和负载,同心和偏心条件下。该协议表明,通过改变在PDL-压缩级别加载轴的差异可以被突出显示( 图6图7)。在这个讨论中,我们将首先突出仪器的功能和应充分了解和前骨PDL齿复杂的生物力学测试遇到的挑战。

实验装置的挑战

综合建设:虽然协议本身是相对简单的,也有一些必须非常谨慎地做了几个步骤。其中最大的挑战是要确保多余的复合材料没有溢出到相邻的牙齿,那么这将机械连接多个牙齿和歪曲的关节mechan单个牙齿的ICS。由于牙科工具显著手工技巧和知识被证明是这个程序很有用,主要是由牙科学生和牙医进行利用光学放大的协助下编写的标本进行加载。

一致的加载方案:另一个重要的细节进行生物力学测试是为了确保一致的装载方案。 原位装载装置的夹爪和所述复合材料的相对的表面之间的接触面积被证明是非常关键的实验。这是因为纤维性关节的力学可以作为接触面积,这是通过使用同心和偏心(不平衡)负载模拟在这项研究中发生了改变。在本研究中提出的方案中模仿在哺乳动物牙齿咬合可能发生的变化,这可能导致在牙齿移动的变化肺泡插座内( 图5)。虽然可以理解THA吨提出的测试机制不模仿咀嚼生理周期,它表现为一个标准测试方法。通过创建一个复合堆积与平行于装载阶段的钳口的表面上,我们能产生一致的装载模式。此标准测试方法可用于鉴定改变从各实验组的骨PDL齿配合物的生物力学。

原位装载装置的灵敏度:实验方案描述了用于验证的检测限方法使用三个不同的样品,其中2可以被认为是标准的材料原位装载装置。当与铝测试的装载架的刚度是显著更高用于各种PDMS试样所观察到的机械性能,以及纤维关节的生物力学响应可以忽略不计的贡献。虽然所有测试的标本有一个​​反弹周期〜3秒,稍微改变( 图4A)与试样的类型的间隙部分的形状。刚性标本展出了急剧下降反动负载( 图3A4A),而较软的样品没有表现出急剧下降( 图4A)。可以说,在反弹行为的差异是由于试样推回到了齿轮在齿轮反转的能力。齿轮上的推背效应可以表现为在该材料的峰值反动响应较低压降为颚开始移动远离试样。因此,反弹段可以利用获得的见解,材料属性。从载荷位移曲线计算的PDMS的刚度值分别与文献值22的协议,和刚性的交联的PDMS的范围是骨PDL齿配合物的范围之内。因此, 在原位加载ðEVICE适合于测量的齿的位移和反动响应,因为它被压缩到肺泡插座。反动的反应可以从较软的和/或更难成分。较软的成分在较硬的统治地位可以通过加载增量和成像识别,其次是数字化的关联空载到负载条件在骨PDL齿复杂的13株鉴定为主导的地区。

咀嚼的主要组成部分是在轴向方向:类似于人类,大鼠咀嚼周期包括下颌骨咀嚼食物23,24的自由运动。虽然这种运动已经被映射到包括许多不同的方向,例如横向运动,负载的主要成分被认为是在轴向方向23。因此, 模拟了在轴向方向上原位载荷置于任一同心LY或偏心( 图2)。

可能影响相关器官水平的生物力学实验结果的因素:偶合透视镜原位加载的优点是,在载荷-位移曲线可以关联到牙齿的空间关联与肺泡插座,根的形式和肺泡表面,并且在负载下的PDL-空间的变窄和加宽。的相关性和互补性评估提供了一个全面的方法来确定器官的生物力学。在过去,人们只假定一个器官和/或组织的机制可以提示载荷 - 位移特性。该协议说明,当负载下的移动部件的关联,也可以观察到的刚度的决定性特征。第5-8 N所指观察到的任何变化被认为是由PDL的质量范围内的初始构象改变出资胶原蛋白和具有最小电阻负载间液交换,这个区域已被称为“uncrimping”区域26。负荷比7 N高可以通过牙齿,骨,牙周韧带的应变硬化效应,以及将组织中的接口出资。一旦PDL空间最小化,并作为客运专线经过应变硬化,牙齿和骨插座之间硬组织相互作用产生的导致一个陡峭的负载位移坡区岔。除了 ​​物料回收,加载装置的间隙可以被利用来调查PDL的粘弹性质,不改变关节正如在其他研究中16,25做的。

载荷位移曲线内的一般区域关联到关节内的一些事件。上述事件是两个装载方案之间的共同点。然而,差异同心和偏心载荷 - 位移轮廓和相应的断层图像之间的突出载荷方向上的整体器官生物力学的影响。这些差异的主要来源是引进一个齿的旋转,因为它的关节内移位,造成客运专线空间的压缩,特定区域。可以理解的是正常的生理负荷施加在牙齿上的在多个方向上,包括那些采用旋转牙齿移动。但是,建议同心加载方案作为因应用“标准”偏心负载在所有标本的难度标准的装载方案。因此本实验的协议可以用来区分适于与nonadapted系统之间的生物力学差异。

一种使用较高能量的X射线的一个缺点是,它们是最低限度地通过较软的组织吸收和产生的对比度不充分的。 PDL中是透明传输nt的X射线,因此需要使用造影剂。 PTA直接染色27-29,并允许用于可视化通过使用X射线增强的软组织的对比。因此,通过使用造影剂,可见的变形负载和卸载之间的断层摄影术染色的软组织区域内观察到,但更高的放大倍率(至少10倍)的建议进行分析(数据未示出)。的染色方案的一个限制包括使用乙醇,温和的固定剂29可能已经改变了PDL和整体接头力学导致错误结论的刚度。

结论

这项研究突出了一种新的测试方案来分析一个完整的骨PDL齿纤维关节的生物力学响应,但离体条件下。所描述的实验方法,包括数据的后期分析可以被用于测量的exper的影响imental变量( 疾病,生长因子,年龄和治疗分子)对骨PDL齿纤维共同的机制。此外,从这些实验结果将作为一个基线的量的变化在宏观器官水平之间的关系可以与在组织和细胞水平的具体变化。该协议的限制,包括, 离体条件下的成像,使用造影剂,并在必要时对断层图像产生较长的采集时间的齿和齿槽插座由于组织松弛的表面之间的损耗在空间精度。

补充材料

协议上颌骨内磨牙的生物力学测试:

1。如果颌骨分别进行测试,从每只大鼠头骨移除颌骨与腹侧(嘴的屋顶)朝上。从切断肌肉和韧带结缔组织颅骨通过前庭(牙龈和颊之间口袋)切割外侧面。

2。触诊和断裂的头骨上颌骨颧突和上颌骨头切断颧弓。

3。切开颅骨有一对大宗解剖剪刀通过从软腭启动大脑直下。隔离头骨的前方面和剥离头皮远离颅骨背侧(上)。

4。用对精细解剖剪,通过使下面通过硬腭的中心和门牙之间的邻间区域的直线的切口分开的右和左hemimaxillae。确保切割的深度很浅 - 深仅足以刺穿硬腭。

5。通过使垂直(颅骨的长轴)切口隔离hemimaxillae前第一磨牙和后第三磨牙。 1)不要切得太紧密合作,这可能会破坏根结构中的第一和第三磨牙; 2)不要撕裂了周围的所有三个臼齿的牙龈组织。通过切割薄颌骨优于各hemimaxilla从头骨分离hemimaxillae。去除任何多余的组织和骨的骨针。

机械测试设备的验证:

为了确定装载架的刚度和负荷/位移传感器的漂移,由远高于实验标本的较高使用刚性体如铝的弹性模量。

如果要判断仪器能够区分各种硬度值代表柔和元素的,制作的PDMS块具有不同交联密度(1:5 1:10 1:25交联剂为基础按重量计),并使用相同的加载这些原位装载设备。

为更柔和元素的对比度增强相衬模式:PDL的对比度增强可以通过利用扫描仪的相位对比模式来完成。从根本上,相衬利用了相位移位的组织的边缘的扫描仪的检测能力,并且提供了增强的结构细节。因此,在这项研究中,牙骨质,缺陷和骨细胞,骨陷窝陷窝表现为各自的矿化组织中孔隙度。这些结构以前未被发现下吸收模式一个标准的扫描。 X线断层下允许的负空间,即PDL空间和内膜空间,包括哈佛氏管系统(用于三维模型见图S1)内结构的可视化传输方式收购。该PDL-空间内的附加结构可以被可视化,以及,如脉管系统是连续的,我Ñ​​骨。

负载平衡的断层采集和系统漂移:参照参考图2可以很好地解释这一节图S2A表明,有必要对之前获得的断层图像平衡高峰负荷。峰值负载总是衰变到一个较低的幅度和系统至少应该平衡一个小时获取了6-8小时的断层之前。但应注意的是,获得的断层图像不具有代表性的骨齿协会在峰值负载,但在负荷比峰值负荷2-3 N降下。此外,采用了坚固的铝合金存根确定测量系统漂移发现改变与位移速率和/或峰值负载( 图S2BS2C)。近似的漂移值介于+ 1 N /小时。

以下机械测试,所述纤维接合部的X线断层摄于空载时,和一个峰值负载在期望的位移速度。之前加载条件下获得的断层,应注意让系统来平衡(稳定)以下的扫描应该继续。重复的偏心受压及PTA染色物相似的条件。从断层图像,虚拟切片在空载到负载条件,以确定在双方二维和三维空间齿骨的关联进行了比较。

补充图1。三维重建,使用相位对比增强的X射线显微负空间,在相位对比增强模式发生在组织的边缘的相位偏移被利用到PDL内突出的血管。具体地吸收模式(左)突出矿化组织的视场范围内,而传输模式(右)突出的血管PDL空间内以及在骨内的空间。

帐篷“> 补充图2峰值反动势力。衰减到平衡状态前的CT扫描。曲线表示一种纤维合资(上图)的反动响应不同的衰变率,刚体(下图)。

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Disclosures

作者什么都没有透露。

Acknowledgements

作者承认资助NIH / NIDCR R00DE018212(SPH),NIH/NIDCR-R01DE022032(SPH),美国国立卫生研究院/ NIDCR T32 DE07306(AJ,JDL),美国国立卫生研究院/ NCRR S10RR026645,(SPH),以及预防和恢复牙科学系和颜面部科学,加州大学旧金山分校。此外,作者承认Xradia公司研究生奖学金(AJ),Xradia公司公司,加利福尼亚州Pleasanton。

作者感谢凯瑟琳枫,加州大学旧金山分校博士为她与数据后处理援助;博士。斯蒂芬·韦纳和吉利Naveh,科学,雷霍沃特,以色列魏兹曼研究所;罗恩沙哈尔博士,耶路撒冷希伯来大学,以色列针对其特定的原位装载设备有见地的讨论。作者还要感谢生物材料与生物工程微型电脑成像设备在加州大学旧金山分校的使用微XCT和原位装载设备。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 Parkell Inc.
Phosphotungstic Acid Sigma Aldrich HT152

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References

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