In-situ-Druckbelastung und Correlative Nichtinvasive Bildgebung des Knochen parodontalen Ligament-Zahn-Faser-Joint
Summary
In dieser Studie wird die Verwendung eines in situ-Ladevorrichtung in Verbindung mit Mikro-Röntgenstrahl-Computertomographie zur gemeinsamen Faser Biomechanik diskutiert. Experimentelle Anzeigen erkennbar mit einer Gesamtänderung der Gelenkbiomechanik gehören: 1) reaktionäre Kraft-Verschiebung, dh Zahnbewegung innerhalb der Alveole und ihre reaktionäre Antwort auf Laden, 2) drei-dimensionale (3D) räumliche Konfiguration und Morphometrie, dh geometrische Verhältnis der Zahn mit der Alveole und 3) Veränderungen der Auslesungen 1 und 2 aufgrund einer Änderung in Lastachse, dh konzentrische oder exzentrische Belastung.
Abstract
Diese Studie zeigt eine neuartige Biomechanik Testprotokoll. Der Vorteil dieses Protokolls umfaßt die Verwendung eines in situ-Ladevorrichtung, um eine hochauflösende Röntgenmikroskops gekoppelt ist, wodurch die Visualisierung interner Strukturelemente unter simulierten physiologischen Belastungen und Nässe. Experimentelle Proben gehören intakte Knochen Desmodont (PDL)-Zahn-Faser Gelenke. 1) reaktionäre Kraft-Verschiebung: Zahnverschiebung innerhalb der Alveole und ihre reaktionäre Antwort auf Laden, 2) drei-dimensionale (3D) räumliche Konfiguration Ergebnisse werden drei wichtige Merkmale des Protokolls, wie sie können, um Organebene Biomechanik angewendet werden, veranschaulichen und Morphometrie: geometrische Beziehung des Zahns mit der Alveole und 3) Veränderungen der Auslesungen 1 und 2 aufgrund einer Änderung der Ladeachse, also von konzentrisch zur exzentrischen Belastungen. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Protokoll wird durch die Kopplung mechanischer te ausgewertet werdenStachel Anzeige in die 3D-Morphometrie und die allgemeine Biomechanik des Gelenks. Darüber hinaus wird diese Technik auf die Notwendigkeit der Versuchsbedingungen äquilibrieren speziell reaktionären Lasten vor Erwerb Tomogramme von Faserverbindungen hervorzuheben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagene Protokoll beschränkt sich auf die Prüfung Proben unter ex-vivo-Bedingungen, und dass die Verwendung von Kontrastmitteln Weichgewebe mechanische Antwort visualisieren könnte zu falschen Schlüssen über die Gewebe-und Organebene Biomechanik führen werden.
Introduction
Mehrere experimentelle Methoden weiterhin verwendet werden, um die Biomechanik des diarthrodialen und Faserverbindungen zu untersuchen. Spezifisch für die Zahnorgan Biomechanik Verfahren umfassen die Verwendung von Dehnungsmessstreifen 1-3, Spannungsoptik Verfahren 4, 5, Moiré-Interferometrie 6, 7, elektronischen Specklemuster-Interferometrie 8 und digitale Bildkorrelation (DIC) 9-14. In dieser Studie beinhaltet das innovative Konzept nichtinvasiven Bildgebung mit Röntgenstrahlen, um die inneren Strukturen eines Fasergelenk freizulegen (mineralisierten Geweben und deren Schnittstellen aus weicheren Zonen und Schnittstellen Gewebe wie Bänder) bei Belastung entspricht in vivo-Bedingungen. Ein in situ-Ladevorrichtung mit einem Mikroröntgenmikroskops gekoppelt verwendet. Die Last-Zeit-und Kraft-Verschiebungskurven wird als Mol-Interesse in einem frisch geernteten Ratte Hemi-Unterkiefer geladen gesammelt werden. Die main Ziel der Ansatz in dieser Studie präsentiert wird, um die Wirkung von dreidimensionalen Morphologie der Zahn-Knochen durch den Vergleich Bedingungen bei betonen: 1) Leerlauf und unter Last, und wenn 2) konzentrisch und exzentrisch geladen. Wodurch die Notwendigkeit für Schnitt Proben und Experimente auf ganze Organe intakt unter feuchten Bedingungen durchführen wird für maximale Erhaltung der 3D-Spannungszustand zu ermöglichen. Es öffnet sich ein neues Gebiet der Untersuchung dynamischer Prozesse im Verständnis des Komplexes unter verschiedenen Belastungsszenarien.
In dieser Studie wurden die Methoden zur Prüfung PDL Biomechanik innerhalb einer intakten Fasergelenk einer Sprague Dawley-Ratte, wird ein Joint als optimale Biotechnik als Modellsystem beschrieben werden. Die Experimente werden in der Reihenfolge auf drei wichtige Merkmale des gemeinsamen markieren, wie sie Organebene beziehen, umfassen Biomechanik-Simulation des Kauens Lasten unter hydratisierten Bedingungen. Die drei Punkte sind: 1) reaktionäre Kraft-Verschiebung:Zahnbewegung innerhalb der Alveole und reaktionären Reaktion auf Belastung, 2) dreidimensionale (3D-) räumlichen Konfiguration und Morphometrie: geometrische Beziehung des Zahns mit der Alveole und 3) Veränderungen der Auslesungen 1 und 2 aufgrund einer Änderung in Ladeachse, also von konzentrischen exzentrischen Lasten. Die drei grundlegenden Auslesungen der vorgeschlagenen Technik kann angewendet werden, um die adaptive Natur der Gelenke bei Wirbeltieren entweder aufgrund von Veränderungen in der funktionellen Anforderungen und / oder Krankheiten zu untersuchen. Veränderung der zuvor genannten Anzeigen, insbesondere die Korrelation zwischen reaktionären Lasten mit Verschiebung, und die daraus resultierenden reaktionären Last-Zeit-und Kraft-Verschiebungskurven bei verschiedenen Belastungsraten können angewendet werden, um Veränderungen in der Gesamt Joint Biomechanik markieren. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Protokoll wird durch die Kopplung der mechanischen Prüfung Anzeige in die 3D-Morphometrie und die allgemeine Biomechanik des Gelenks ausgewertet werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der erste Schritt bei der Schaffung dieses Protokoll beteiligt Bewertung der Steifigkeit der Laderahmen mit Hilfe eines starren Körpers. Basierend auf den Ergebnissen wurde die Steifigkeit signifikant höher, die die Verwendung der Ladevorrichtung zum weiteren Testen von Proben mit deutlich geringeren Steifigkeitswerte. Der zweite Schritt markiert die Fähigkeit des Instrumentes, um verschiedene Steifigkeitswerte unter Verwendung von zwei Phasen der Lade-Entlade-Kurve, die durch einen starren Körper, PDMS-Materialien …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen an finanzieller Unterstützung NIH / NIDCR R00DE018212 (SPH), NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH), NIH / NIDCR T32 DE07306 (AJ, JDL), NIH / NCRR S10RR026645, (SPH) und die Abteilung für Präventive und Restaurative Zahnwissenschaften und Orofacial Wissenschaften, UCSF. Darüber hinaus sind die Autoren erkennen Xradia Graduate Fellowship (AJ), Xradia Inc., Pleasanton, CA.
Die Autoren danken Dr. Kathryn Grand, UCSF für ihre Unterstützung bei der Nachbearbeitung von Daten; Drs. Stephen Weiner und Gili Naveh, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel, Dr. Ron Shahar, The Hebrew University of Jerusalem, Israel für ihre speziell für die in-situ-Ladevorrichtung aufschlussreiche Diskussionen. Die Autoren möchten auch Biomaterialien und Bioengineering MicroCT Imaging Facility an der UCSF für den Einsatz von Mikro-XCT-und in-situ-Ladevorrichtung danken.
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 |
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