В месте сжатие Загрузка и корреляционного неинвазивной визуализации кости-периодонтальной связки зуба волокнистых совместных
Summary
В этом исследовании, будет обсуждаться использование в Ситу загрузочного устройства в сочетании с микро-рентгеновской компьютерной томографии для волокнистых совместных биомеханики. Экспериментальные показания идентифицируемые с общим изменением совместных биомеханики будет включать в себя: 1) реакционную силу против смещения, т.е. зуб смещение внутри лунки зуба и его реакционность ответ на нагрузки, 2) трехмерные (3D) пространственная конфигурация и морфометрия, т.е. геометрическое отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением в оси нагружения, т.е. концентрических или эксцентричных нагрузок.
Abstract
Это исследование показывает, протокол испытаний новые биомеханика. Преимущество этого протокола включает использование на месте загрузочного устройства, соединенного с высоким разрешением рентгеновской микроскопии, что позволяет визуализировать внутренних структурных элементов при моделируемых физиологических нагрузок и влажных условиях. Экспериментальные образцы будут включать нетронутыми кости периодонтальной связки (PDL)-зубные волокнистые суставов. Результаты будут показаны три важные особенности протокола, как они могут быть применены к биомеханике уровня орган: 1) реакционной силой против смещения: объем зуб в лунки зуба и его реакционная реагирования для загрузки, 2) трехмерные (3D) пространственную конфигурацию и морфометрия: геометрическая отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением оси нагружения, т.е. с концентрично эксцентричных нагрузок. Эффективность предлагаемого протокола будет оцениваться путем сочетания механической тэжала показания в 3D морфометрии и общих биомеханики сустава. Кроме того, этот метод будет делать акцент на необходимости уравновесить экспериментальные условия, в частности, реакционные нагрузки до приобретения томограммы волокнистых суставов. Следует отметить, что предложенный протокол ограничивается тестирования образцов под Экс Vivo условиях, и что использование контрастных веществ для визуализации мягких тканей механической реакции может привести к ошибочным выводам о ткани и органа на уровне биомеханики.
Introduction
Несколько экспериментальных методов по-прежнему использоваться для расследования биомеханику diarthrodial и волокнистых суставов. Методы, специфичные для биомеханики органов зубов включают в себя использование тензодатчиков 1-3, методы фотоупругости 4, 5, муар интерферометрии 6, 7, электронной спекл-картины интерферометрии 8, и цифровой корреляции изображений (DIC) 9-14. В этом исследовании, инновационный подход включает неинвазивной визуализации с помощью рентгеновских лучей, чтобы выставить внутренние структуры волокнистого сустава (минерализованные тканей и их интерфейсов, состоящие из мягких зон и взаимодействия тканей, таких как связки) при нагрузках, эквивалентных естественных условиях обстановки в. В Ситу загрузочное устройство соединено с микро-рентгеновский микроскоп будет использоваться. Во время загрузки и кривые нагрузка-смещение будет собираться как коренного зуба интересов в только что собранного крысы геми-челюсти загружается. Майн цель подхода, представленного в этом исследовании, чтобы подчеркнуть эффект трехмерного морфологии зубной кости, сравнивая условия по адресу: 1) без нагрузки и при загрузке, и когда 2) концентрически и эксцентрично загружен. Устраняя необходимость вырезать образцов и проводить эксперименты на целых неповрежденных органов во влажных условиях позволит максимальным сохранением 3D-напряженного состояния. Это открывает новую область исследования в понимании динамических процессов комплекса при различных сценариях нагрузки.
В этом исследовании, методы тестирования PDL биомеханики в пределах неповрежденной волокнистого сустава крысы Спрэг Dawley, совместное считается оптимальной биоинженерии модельной системы будут подробно. Эксперименты будут включать моделирование жевательных нагрузок при гидратированных условиях для того, чтобы подчеркнуть три важных особенности сустава как они относятся к биомеханике уровня орган. Три точки будет включать в себя: 1) реакционную силу против смещения:зуб смещение в лунки зуба и его реакционная ответ на нагрузки, 2) трехмерные (3D) пространственная конфигурация и морфометрия: геометрическая отношения зуба с лунки зуба, и 3) изменения в считывания 1 и 2 в связи с изменением оси нагрузки, т.е. от концентричными эксцентричных нагрузок. Три основные показания из предлагаемой методики могут быть применены для исследования адаптивный характер суставов у позвоночных либо в связи с изменением функциональных требований, и / или болезни. Изменения в указанных выше показаний, в частности, соотношение между реакционными нагрузок со смещением, и в результате реакционные нагрузки времени и нагрузка-перемещение кривые с разной скоростью загрузки могут быть применены для выделения общих изменений в совместных биомеханики. Эффективность предлагаемого протокола будет оцениваться путем сочетания механических показания тестирования в 3D морфометрии и общих биомеханики сустава.
Protocol
Representative Results
Discussion
Первым шагом в создании этого протокола участие оценки жесткости загрузочной рамы с помощью твердое тело. На основании результатов, жесткость была значительно выше, что позволяет использовать загрузочного устройства для дальнейшего тестирования образцов с существенно более низкими…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают финансовую поддержку NIH / NIDCR R00DE018212 (SPH), NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH), NIH / NIDCR T32 DE07306 (AJ, ЛЗЕ), NIH / NCRR S10RR026645, (SPH) и отделы профилактической и восстановительной стоматологических наук и Орофациальные наук, UCSF. Кроме того, авторы признают Xradia стипендий (AJ), Xradia Inc, Плезантон, CA.
Авторы благодарят доктора Кэтрин Grandfield, UCSF за помощь с последующей обработки данных; д-ра. Стивен Вайнер и Гили Наве, Институт Вейцмана в Реховоте, Израиль, д-р Рон Шахар, Еврейский университет Иерусалима, Израиль для их содержательные дискуссии, характерных для наблюдений в точке загрузочного устройства. Авторы также хотели бы поблагодарить биоматериалов и биоинженерии MicroCT обработки изображений объекта в UCSF для использования Micro XCT и на месте загрузочного устройства.
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 |
Referências
- Popowics, T. E., Rensberger, J. M., Herring, S. W. Enamel microstructure and microstrain in the fracture of human and pig molar cusps. Arch. Oral Biol. 49, 595-605 (2004).
- Jantarat, J., Palamara, J. E., Messer, H. H. An investigation of cuspal deformation and delayed recovery after occlusal loading. J. Dent. 29, 363-370 (2001).
- Jantarat, J., Panitvisai, P., Palamara, J. E., Messer, H. H. Comparison of methods for measuring cuspal deformation in teeth. J. Dent. 29, 75-82 (2001).
- Asundi, A., Kishen, A. A strain gauge and photoelastic analysis of in vivo strain and in vitro stress distribution in human dental supporting structures. Arch. Oral Biol. 45, 543-550 (2000).
- Asundi, A., Kishen, A. Advanced digital photoelastic investigations on the tooth-bone interface. J. Biomed. Opt. 6, 224-230 (2001).
- Wang, R. Z., Weiner, S. Strain-structure relations in human teeth using Moire fringes. J. Biomech. 31, 135-141 (1998).
- Wood, J. D., Wang, R., Weiner, S., Pashley, D. H. Mapping of tooth deformation caused by moisture change using moire interferometry. Dent. Mater. 19, 159-166 (2003).
- Dong-Xu, L., et al. Modulus of elasticity of human periodontal ligament by optical measurement and numerical simulation. Angle Orthod. 81, 229-236 (2011).
- Li, J., Li, H., Fok, A. S., Watts, D. C. Multiple correlations of material parameters of light-cured dental composites. 25, 829-836 (2009).
- Zhang, D., Arola, D. D. Applications of digital image correlation to biological tissues. J. Biomed. Opt. 9, 691-699 (2004).
- Zhang, D., Mao, S., Lu, C., Romberg, E., Arola, D. Dehydration and the dynamic dimensional changes within dentin and and enamel. Dent. Mater. 25, 937-945 (2009).
- Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal. 25, 1285-1292 (2009).
- Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. , (2012).
- Qian, L., Todo, M., Morita, Y., Matsushita, Y., Koyano, K. Deformation analysis of the periodontium considering the viscoelasticity of the periodontal. 25, 1285-1292 (2009).
- Huelke, D. F., Castelli, W. A. The blood supply of the rat mandible. Anat. Rec. 153, 335-341 (1965).
- Chiba, M., Komatsu, K. Mechanical responses of the periodontal ligament in the transverse section of the rat mandibular incisor at various velocities of loading in vitro. J. Biomech. 26, 561-570 (1993).
- Natali, A. N., et al. A visco-hyperelastic-damage constitutive model for the analysis of the biomechanical response of the periodontal ligament. J. Biomech. Eng. 130, (2008).
- Naveh, G. R., Shahar, R., Brumfeld, V., Weiner, S. Tooth movements are guided by specific contact areas between the tooth root and the jaw bone: A dynamic 3D microCT study of the rat molar. J. Struct. Biol. 177, 477-483 (2012).
- Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. 46, 443-449 (2013).
- Metscher, B. D. MicroCT for comparative morphology: simple staining methods allow high-contrast 3D imaging of diverse non-mineralized animal tissues. BMC Physiol. 9, 11 (2009).
- Carrillo, F., et al. Nanoindentation of polydimethylsiloxane elastomers: Effect of crosslinking, work of adhesion, and fluid environment on elastic modulus (vol 20, pg 2820). J. Mater. Res. 21, 535-537 (2006).
- Hiiemae, K. M. Masticatory function in the mammals. J. Dent. Res. 46, 883-893 (1967).
- Hunt, H. R., Rosen, S., Hoppert, C. A. Morphology of molar teeth and occlusion in young rats. J. Dent. Res. 49, 508-514 (1970).
- Komatsu, K., Sanctuary, C., Shibata, T., Shimada, A., Botsis, J. Stress-relaxation and microscopic dynamics of rabbit periodontal ligament. J. Biomech. 40, 634-644 (2007).
- Lin, J. D., et al. Biomechanics of a bone-periodontal ligament-tooth fibrous joint. J. Biomech. 46, 443-449 (2013).
- Quintarelli, G., Zito, R., Cifonelli, J. A. On phosphotungstic acid staining. I. J. Histochem. Cytochem. 19, 641-647 (1971).
- Quintarelli, G., Cifonelli, J. A., Zito, R. On phosphotungstic acid staining. II. J. Histochem. Cytochem. 19, 648-653 (1971).
- Quintarelli, G., Bellocci, M., Geremia, R. On phosphotungstic acid staining. IV. Selectivity of the staining reaction. J. Histochem. Cytochem. 21, 155-160 (1973).
- Crabtree, W. N., Murphy, W. M. The value of ethanol as a fixative in urinary cytology. Acta Cytol. 24, 452-455 (1980).
