Yerinde Basınç Yükleme ve Kemik-periodontal ligament-diş Lifli Joint Korelatif noninvaziv Görüntüleme
Summary
Bu çalışmada, lifli ortak biyomekanik için mikro-X-ışını bilgisayarlı tomografi ile birlikte yerinde yükleme cihazının bir kullanımının tartışılacaktır. Ortak biyomekanik bir genel değişim ile tanımlanabilir deneysel okumalar içerecektir: 1) gerici deplasman vs kuvvet, alveol soket içinde yani diş deplasman ve yükleme onun gerici tepki, 2) üç boyutlu (3D) mekansal yapılandırma ve morfometrik, yani geometrik nedeniyle yükleme ekseni örneğin, konsentrik ya da eksantrik yükler bir değişiklik için alveol yuva ile diş ve okumalar 1 ve 2 'de 3) değişikliklerin ilişkisi.
Abstract
Bu çalışma, yeni bir biyomekanik test protokol göstermektedir. Bu protokolün bir avantajı bu şekilde simüle fizyolojik yükler ve ıslak koşullarda, iç yapı elemanları görselleştirme sağlayan, yüksek çözünürlüklü bir X-ışını mikroskop kuple yerinde yükleme cihazı olarak bir kullanımını içerir. Deneysel örnekler bozulmamış kemik-periodontal ligament (PDL)-diş lifli eklemler içerecektir. 1) deplasman vs gerici güç: diş deplasman alveol soket içinde ve yükleme, 2) üç boyutlu (3D) mekansal konfigürasyonu kendi gerici tepki sonuçları, organ düzeyinde biyomekanik uygulanabilir gibi protokol üç önemli özellikleri gözler önüne serecektir ve morfometrik: geometrik alveolar soketi ile diş arasında ilişki nedeniyle, yani eksensel eş merkezli ikinci yükleme ekseninde bir değişiklik için okumalar 1 ve 2 'de 3) değişir. Önerilen protokolün etkinliği mekanik te birleştirilmesi tarafından değerlendirilecektir3D Morfometri ve eklem genel biyomekaniğine acı okumaları. Buna ek olarak, bu tekniği özellikle gerici yükler önce lifli eklem tomogram edinme, deneysel koşullar dengelenmeye ihtiyacı vurgulamak olacaktır. Bu önerilen protokol ex vivo koşullar altında numunelerin test sınırlıdır ve yumuşak doku mekanik yanıtını görselleştirmek için kontrast maddelerin kullanımının doku ve organ düzeyinde biyomekanik hakkında hatalı sonuçlara yol açabileceği unutulmamalıdır.
Introduction
Çeşitli deneysel yöntemler diarthrodial ve fibröz eklemlerin biyomekanik araştırmak için kullanılmaya devam. Diş organı biyomekanik özgü yöntemler gerginlik ölçme 1-3, photoelasticity yöntemleri 4, 5, Harelenme interferometri 6, 7, elektronik benek desen interferometri 8, ve dijital görüntü korelasyon (DIC) 9-14 kullanımını içerir. Bu çalışmada, yenilikçi bir yaklaşım, bir elyaflı mafsalın iç yapıları ortaya çıkarmak için X-ışınları kullanılarak (yumuşak bölgeler aşağıdakilerden oluşan mineralize dokuları ve arayüzleri ve bu gibi bağ dokularının arayüz) in vivo koşullara denk yüklerde invazif olmayan görüntülemeyi içerir. Bir mikro-X-ray mikroskop bağlanmış bir in situ yükleme cihazı kullanılacaktır. Yük-zaman ve yük-deplasman eğrileri taze hasat sıçan hemi-mandibulanın içinde ilgi molar yüklü olarak tahsil edilecektir. M1) Hiçbir yük ve yüklenen ve zaman 2) eş ve eksantrik yüklü: Bu çalışmada sunulan yaklaşım ain hedefi en şartlarını karşılaştırarak diş kemiğin üç boyutlu morfoloji etkisini vurgulamaktır. Kesim örnekleri için ihtiyacı ortadan kaldırarak, ve ıslak koşullarda bütün dokunulmamış organlar üzerinde deney yapmak için 3D stres durumunda maksimum koruma sağlayacak. Bu çeşitli yükleme senaryolar altında karmaşık dinamik süreçleri anlamada soruşturma yeni bir alan açar.
Bu çalışmada, Sprague Dawley sıçan sağlam bir lifli eklem içinde test PDL biyomekanik için yöntem, bir optimum bioengineering bir model sistem olarak kabul ortak bir detaylı olarak açıklanacaktır. Deneyler organ düzeyinde biyomekanik ile ilgili olarak eklemin üç önemli özelliklerini vurgulamak amacıyla hidratlı koşullar altında çiğneme yüklerinin simülasyon içerecektir. Üç puan içerecektir: yerinden vs 1) gerici kuvvet:diş alveolar yuva içinde yer değiştirme ve yükleme gerici tepki, 2) üç boyutlu (3D) uzamsal konfigürasyon ve morfometrik: alveolar yuva ile dişin geometrik ilişki nedeniyle bir değişiklik için okumalar 1 ve 2 3) değişiklikleri konsantrik eksantrik yüklerin yani yükleme ekseni. Önerilen teknik, üç temel okumalar nedeniyle fonksiyonel taleplerindeki değişikliklere ve / veya hastalığa omurgalı ya da eklemlerin adaptif doğasını araştırmak için uygulanabilir. Anılan okumalar değişiklikler, farklı yükleme hızlarında özellikle deplasman gerici yükler arasındaki korelasyon ve gerici yük-zaman ve yük-deplasman eğrileri çıkan ortak biyomekanik genel değişiklikleri vurgulamak için uygulanabilir. Önerilen protokol etkinliği 3D Morfometri ve eklem genel biyomekanik mekanik test okumalarını birleştirilmesi tarafından değerlendirilecektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolü kurulmasında ilk adım rijit bir gövde kullanarak yükleme çerçevenin sertliğini değerlendirmek içeriyordu. Sonuçlara göre, önemli ölçüde daha düşük sertlik sertlik değerleri ile örneklerin daha fazla test için yükleme tertibatının kullanılmasını sağlayan önemli ölçüde daha yüksek idi. İkinci adım, rijit bir gövde, farklı çapraz yoğunlukları PDMS malzeme ve lifli eklemleri kullanarak oluşturulan yükleme-boşaltma eğrisinin iki fazını kullanarak farklı sertlik de?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar finansman desteği NIH / NIDCR R00DE018212 (SPH), NIH/NIDCR-R01DE022032 (SPH), NIH / NIDCR T32 DE07306 (AJ, JDL), NIH / NCRR S10RR026645, (SPH) ve Koruyucu ve Restoratif Diş Bilimleri Bölümleri kabul ve orofasial Bilimler, ucsf. Ayrıca, yazarlar Xradia Lisans Bursu (AJ), Xradia Inc, Pleasanton, CA kabul.
Yazarlar verilerinin sonradan işleme ile ona yardım için Dr Kathryn Grandfield, ucsf ederim; Drs. Stephen Weiner ve Gili Naveh, Fen Rehovot'taki, İsrail Weizmann Enstitüsü; situ yükleme cihaza özgü onların anlayışlı tartışmalar Dr Ron Shahar, Kudüs Hebrew Üniversitesi, İsrail. Yazarlar ayrıca Micro XBT kullanımı ve in situ yükleme cihazı için ucsf de Biomateryaller ve Biyomühendislik mikroBT Görüntüleme Tesisi teşekkür etmek istiyorum.
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).
