Kemik-implant Anchorage değerlendirmek için bir Geliştirilmiş Mekanik Test Metodu

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.

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…

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 maksi…

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 kola…

Materials

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
Red Wolf 10lb nylon fishing line	Canadian Tire, Canada	78-3610-6
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