In situ Trykk Lasting og korrelative Noninvasive Imaging av Bone-periodontal ligament-tann fibrøs Joint

Summary

I denne studien, vil bruk av en in situ lademekanisme kombinert med mikro-røntgen-computertomografi for fibrøse felles biomechanics bli diskutert. Eksperimentelle leselig identifiserbare med en samlet endring i felles biomekanikk vil inneholde: 1) reaksjonær kraft vs fortrengning, dvs. tann forskyvning innenfor kjeve kontakten og sin reaksjonære respons til lasting, 2) tredimensjonale (3D) romlig konfigurasjon og morphometrics, dvs. geometrisk Forholdet av tannen med den alveolar-kontakten, og 3) forandringer i avlesninger 1 og 2 på grunn av en endring i lastende akse, dvs. konsentriske eller eksentriske belastninger.

Abstract

Denne studien viser en roman biomekanikk testprotokoll. Fordelen med denne protokollen inkluderer bruk av en in situ lademekanisme er koplet til en høy oppløsning røntgenmikroskop, og muliggjør visualisering av interne strukturelle elementer under simulerte fysiologiske belastninger og våte betingelser. Eksperimentelle prøver vil omfatte intakt bein-periodontal ligament (PDL)-tann fibrøse ledd. Resultater vil illustrere tre viktige funksjoner i protokollen som de kan brukes til organnivå biomekanikk: 1) reaksjonær kraft vs forskyvning: tann forskyvning innenfor kjeve kontakten og sin reaksjonære respons til lasting, 2) tredimensjonale (3D) romlig konfigurasjon og morphometrics: geometriske forhold av tannen med alveolar socket, og 3) endringer i avlesninger 1 og 2 på grunn av en endring i laste aksen, dvs. fra konsentrisk til eksentriske belastninger. Effekten av den foreslåtte protokollen vil bli evaluert ved kobling mekanisk tebrodd leselig til 3D morphometrics og generelle biomekanikk i leddet. I tillegg vil denne teknikken legge vekt på behovet for å stabilisere eksperimentelle forhold, spesielt reaksjonære laster før anskaffe tomografi av fiberskjøter. Det bør bemerkes at den foreslåtte protokoll er begrenset til testing av prøvene i henhold til ex vivo betingelser, og at bruk av kontrastmidler for å visualisere bløtvev mekanisk respons kan føre til feilaktige konklusjoner om vev-og organ-nivå biomechanics.

Introduction

Flere eksperimentelle metoder fortsette å bli brukt til å undersøke biomekanikk av diarthrodial og fibrøse ledd. Metoder som er spesifikke for tann orgel biomekanikk inkluderer bruk av strekklapper ^1-3, photoelasticity metoder ^{4, 5,} moiré interferometri ^{6, 7,} elektronisk prikkmønsteret interferometri ^8, og digital bilde korrelasjon (DIC) ^9-14. I denne studien, omfatter nyskapende tilnærming ikke-invasiv avbildning ved hjelp av røntgenstråler for å eksponere de indre strukturer av en fibrøs skjøt (mineralisert vev og deres grenseflater som består av mykere soner, og interfacing vev som ligamenter) ved belastning tilsvarende in vivo-betingelser. En in situ-lastinnretning koblet til en mikro-røntgenmikroskop vil bli brukt. Lasten-tid og lastforskyvning kurver vil bli samlet som molar av interesse innenfor en nyhøstet rotte hemi-kjeven er lastet. Den main mål av tilnærmingen presentert i denne studien er å understreke effekten av tredimensjonale morfologi av tann-bein ved å sammenligne forholdene på: 1) uten belastning og når lastet, og når to) konsentrisk og eksentrisk lastet. Eliminerer behovet for kutt prøver, og å utføre eksperimenter på hele intakte organer på våt veibane vil gi maksimal bevaring av 3D stresset tilstand. Dette åpner et nytt område av etterforskning i å forstå dynamiske prosesser av komplekset under ulike laste scenarier.

I denne studien, metodene for testing PDL biomekanikk innenfor en intakt fibrøs felles av en Sprague Dawley rotte, et joint ansett som en optimal bioteknologi modellsystem vil være detaljert. Eksperimenter vil inkludere simulering av tygging laster henhold hydrerte forhold for å fremheve tre viktige funksjoner i felles som de forholder seg til organnivå biomekanikk. De tre punktene vil inneholde: 1) reaksjonær kraft vs forskyvning:tann forskyvning innenfor den alveolar-kontakten og den reaksjonære respons til lasting, 2) tre-dimensjonal (3D) romlig konfigurasjon og morphometrics: geometriske forhold av tannen med den alveolar-kontakten, og 3) forandringer i avlesninger 1 og 2 på grunn av en endring i lasting aksen, dvs. fra konsentrisk til eksentriske belastninger. De tre grunnleggende avlesninger av den foreslåtte teknikk kan brukes for å undersøke den adaptive arten av leddene i virveldyr enten på grunn av endringer i funksjonelle kravene, og / eller karsykdommer. Endringer i de nevnte lettleselig, spesielt sammenhengen mellom reaksjonære laster med forskyvning, og resulterer reaksjonære load-time og last-forskyvning kurver på ulike lasterater kan brukes til å fremheve generelle endringer i felles biomekanikk. Effekten av den foreslåtte protokollen vil bli evaluert ved å koble mekaniske testleselig til 3D morphometrics og generelle biomekanikk i leddet.

Protocol

Animal bolig og aktiv dødshjelp: Alle dyr som brukes i denne demonstrasjonen ble plassert under patogen frie forhold i henhold til retningslinjene i Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC) og National Institute of Health (NIH). Gi dyrene med standard hard pellet rotte chow og vann ad lib. Avlive dyr via en to-stegs metode for karbondioksidasfyksiering, bilateral Thoracotomi i henhold til standard protokoll for UCSF som godkjent av IACUC. Utfør biomekanisk testing innen…

Representative Results

Estimering av lademekanisme "backlash", "pushback", stivhet, og systemet drift under en konstant belastning Tilbakeslag: Mellom laste-og losse partier av syklusen, eksisterer det en pause på 3 sekunder i løpet av hvilken tannhjul omvendt i motoren før sann lossing begynner, dvs. som prøven trekker bort fra den øvre kjeven (figur 3). Denne perioden blir referert til som et tilbakeslag i systemet, noe som repr…

Discussion

Det første trinnet i å etablere denne protokollen involvert evaluere stivhet av lasterammen ved å bruke en stiv kropp. Basert på resultatene, stivheten betydelig høyere muliggjør bruk av lasteanordning for videre testing av prøver med betydelig lavere stivhetsverdier. Det andre trinnet markert evne til instrumentet for å skille ulike stivhetsverdier ved hjelp av to faser av last-lossing kurve generert ved hjelp av et stivt legeme, PDMS materialer av forskjellige fornettede tettheter, og fibrøse ledd. Stivheten …

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