מכונות בדיקת שיטה משופרת להערכת Anchorage עצם השתל

Summary

שיטה משופרת למכאניים מעגן עצם בדיקה למשטחי שתל מועמד מוצגת. שיטה זו מאפשרת ליישור של כוח השיבוש בדיוק בניצב, או במקביל, למישור של פני השטח השתל, ומספקת אמצעים מדויקים לכוון את כוחות ההפרעה לאזור פרי שתל מדויק.

Abstract

ההתקדמות במדע חומרים הובילה לגידול משמעותי במורכבות הטופוגרפית של משטחי שתל, הן במייקרו וננו בהיקף. כשיטות כאלה, מסורתיות לתאר משטחי שתל – כלומר גורמים מספריים של חספוס פני השטח – אינן מספיקות לניבוי בביצועי vivo. בדיקה ביומכנית מספקת פלטפורמה מדויקת והשוואתית כדי לנתח את הביצועים של משטחים ביולוגי. שיטת בדיקה מכאנית משופרת כדי לבדוק את העיגון של עצם לשתל משטחי מועמד מוצגת. השיטה ישימה לשני המוקדמים ומאוחר יותר של ריפוי בשלבים ויכולה להיות מועסק לכל מגוון של משטחים כימיים או מכאני שונה – אבל משטחים לא חלקים. שתלים מותאמים אישית מלבניים ממוקמים בילטרלי בfemora הדיסטלי של חולדות Wistar זכר ונאספו עם העצם שמסביב. דגימות בדיקה מוכנות ועציצים באמצעות עובש הבדלני רומן והשיבושבדיקה מתבצעת באמצעות בדיקה במכונית מכאנית. שיטה זו מאפשרת ליישור של כוח השיבוש בדיוק בניצב, או במקביל, למישור של פני השטח השתל, ומספקת אמצעים מדויקים ולשעתק לבידוד אזור פרי שתל מדויק לבדיקה.

Introduction

הערכת מעגן של עצם לשתל משטחי endosseous כבר למוקד של תשומת לב רבה, שלשיטות בדיקה מכאניות רבים תוארו ^1,2. כל השיטות כגון לכפות בכוח כדי לשבש את מודל עצם / שתל להיות מועסק, וניתן לקבץ באופן כללי לגזירה, בדרך כלל מוצג כשכיבות החוצה או מודלים למשוך החוצה ^3,4, להפוך ^3,5 מומנט, וסוגי מתיחה ^{6, 7.} בדרך כלל בבדיקות כאלה, או עצם ⁸ או חומר שתל (במקרה של משקפיים פריכים וקרמיקה ^9,10) הוא שבר, ובהנחת צורה כלשהי של מעגן התרחש, שרידי ממשק עצם / שתל (לפחות חלקית) בשלמותה. תוצאות ניסוי כזה אומר לא רק שהכח הנדרש כדי לגרום לשבר (או הפרעה) של המודל הוא לא את הכוח הדרוש כדי להפריד את ממשק עצם / שתל ^11,12, אלא גם שיכול פני השטח המורכב של מטוס שבר שנוצר להיות עקשןמדידה מדויקת. עם זאת, בדיקות כאלה יכולים להיות רלוונטיות מבחינה קלינית, מכיוון שהם מספקים מד השוואתי של היכולת של שתלים של עיצובי משטח שונות להיות מעוגנות בעצמות. עם זאת, זה צריך להיות גם ציין כי השוואות כגון תקפות רק במודל ניסיוני, תוך השוואות בין דגמים הניסיוניים הן כרוכות בקשיים שכן חוקרים משתמשים בזנים שונים של בעלי חיים בתערוכה או שבשבת או עצם ארוג; הטרבקולות או עצם קליפת המוח ריפוי מודלים, ומכאני שונה גיאומטריות בדיקה ותנאים.

במאמץ להפיק מדידת חוזק המתיחה של ממשק עצם / שתל, חוקרים רבים השתמשו בשטח הנומינלי של השתל כדי להפיק ערך "חוזק מתיחה", שכן חוזק מתיחה נמדד ככוח ליחידת שטח. זה ברור קירוב נתון, כפי שהוסבר לעיל, כי ממשק עצם / השתל נותר בשלמותה ברבים של בדיקות השיבוש מעסיקיםed. בנוסף מדידת שטח פני השטח של שתלים, במיוחד משטחים טופוגרפיים מורכבים, הוא מוגבל על ידי הרזולוציה של טכניקת המדידה כפי שפורט על ידי רונלד et al. ¹³ עם זאת, כפי שנסקר על ידי Brunski et al. ^2, כאשר את פני השטח הנומינלי של שתל נלקח בחשבון, הבדלים נראות לעין ב" חוזק מתיחה "מזוהה עם עיצובי פני השטח שתל שונים שללו, טוענים כי משטחי שתל עם שטח פנים גבוה יותר לספק שטחים גדולים יותר של מגע עצם / שתל ולכן דורשים יותר כוח כדי לשבר את המודל. המשמעות היא אפוא שיותר מבחינה טופוגרפית מורכבת משטחים יכולים להגדיל osteogenesis קשר, שתוצאתה קשר שתל עצם גדול יותר (BIC) ותוצאת ערכי הפרעה גבוהות יותר בבדיקות מכאניות. osteogenesis קשר הוא התוצר של שתי תופעות שונות: osteoconduction והיווצרות עצם. ואכן, יש לנו הראינו שמגדילה בosteoconduction על topographניתן לכמת משטחי ically מורכבים על ידי מדידת BIC תוצאת ^14, וכי משטחים כאלה גם לגרום להפרעה מכאנית גבוהה יותר ערכים ^12.

עם זאת, זה מועיל לציין כי עצם פרי שתל יכול להיווצר על ידי שני מנגנונים. בתאי osteogenesis קשר ממוצא mesenchymal להגר אל פני השטח השתל (osteoconduction), להתמיין לתאי עצם, ולפרט דה נובו העצם מטריקס על פני השטח השתל (היווצרות עצם). מטריקס הגרמי הראשון פירט הוא קו בטון mineralized כפי שראה בעצם נורמלי שיפוץ ¹⁵ (יש הרבה בלבול בספרות הנוגעת למבנה ביולוגי mineralized זה לפעמים הוא חשב שזה יהיה בלתי mineralized ¹ או syncretized עם כל הממשקים בעצמות ¹⁶ – לדיון מלא בנושא זה ראו דייויס וחוסייני ^17). osteogenesis לתקשר הוא תנאי הכרחי לתופעה של עצםמליטה, אלא הוא חיוני לingrowth עצם ^18. קו מלט mineralized של עצם הוא מכאני חלש יותר מתא קולגן mineralized של עצם ^19. לכן, באופן אינטואיטיבי, אם interdigitation של מטריצת שורת מלט עם תכונות ננו שתל בהשוואה לרקמת עצם בצמיחה לתכונות שתל מאקרו ולאחר מכן את הכוח המכני הנדרש כדי לשבש לשעבר הייתי, באופן סביר, צפוי להיות פחות מ האחרון, ואנחנו הוכיחו את זה לאחרונה בניסוי ^12.

עצם פרי שתל יכול גם להיווצר על ידי osteogenesis מרחק. במקרה זה, עצם מופקד על פני השטח עצם הישנים ומקבל בהדרגה קרובה יותר אל פני השטח השתל וכתוצאה מכך ממשק הכולל מטריצת אמורפי והשרידים של תאי osteogenic ^20. באופן כללי, osteogenesis מרחק קשור למשטחים חלקים, או במכונה, endosseous שתל ונתפס לעתים קרובות בריפוי עצם קליפת המוח, בעוד microtopographicaמשטחי lly מורכבים הקשורים לקשר osteogenesis שהוא יותר אופייני לריפוי עצם הטרבקולות. דגמי מבחן מתיחה באמצעות משטחים חלקים שתל וריפוי עצם קליפת המוח היו יכולים לבדוק את מאפייני ההדבקה של נעדר מטריצה ​​הביולוגית הזה אמורפי של osteogenesis הקשר הקשורים למשטחים טופוגרפיים מורכבים, והראו כי המליטה מה שנקרא "ביוכימי" שמתרחשת מספקת מרכיב קל של הערכים "חוזק מתיחה" דיווחו עם משטחים טופוגרפיים מורכבים ^21. להיפך, תוך שימוש במודל ריפוי עצם הטרבקולות, וונג et al. ²² הראו "קשר מצוין" בין חספוס פני השטח שתל ולדחוף החוצה עומס כישלון, והצביעו על כך שקשר כימי אכן שיחק תפקיד זניח במעגן של עצם לשתל פני השטח. אמנם זה סביר שגם המגע וosteogenesis המרחק להתרחש, לדרגות שונות, בכל פרי impla endosseousNT ריפוי תאים, משטחי microtopographically מורכבים הוכיחו את עצמם להיות יתרון במיוחד בריפוי גרמי הטרבקולות מלתחות ^23. האחרון מסווגים כסוג III או עצם המעמד הרביעי בספרות השיניים ^24.

המטרה שלנו הייתה להתמקד במנגנונים של osteogenesis קשר ומעגן עצם / שתל כתוצאה שיכול להתחולל בסביבת עצם ריפוי הטרבקולות. המעגן הזה, שהוא תלוי בטופוגרפיה של פני השטח השתל (ראה לעיל), יכול להתרחש בקנה מידה טווחים שונים. מצד אחד, רק תכונות שתל submicron הם מעורבים עצם מליטה – כפי שתוארו על ידי interdigitation של מטריצת שורת המלט הגרמית עם משטחים כאלה, וראו את המשקפיים ביו, קרמיקה ותחמוצות reticulate מתכת. על הרקמה (לעתים להשלים עם כלי דם דם) האחרות, העצם יכול לגדול לתוך רב מיקרון, או מאקרו בקנה מידה, תכונות של שתל משטחים ^18. שני מיל מקריםult בצורה של מעגן עצם אל פני השטח השתל, אם כי המנגנונים הם בבירור שונים. עם זאת, כישלון משותף של רוב שיטות בדיקה מכאניות שצוינו לעיל הוא ליישר כוח השיבוש במטוס בדיוק בניצב, או מקביל לזה של פני שטח השתל (תלוי אם מצב מתיחה או גזירה הוא מועסק). אנו מדווחים בזאת שיטה שמתגברת על מגבלה זו.

Protocol

1. שתל עיצוב, ייצור, וטיפול שטח ייצור שתלים מלבני (מידות 4 מ"מ x 2.5 מ"מ x 1.3 מ"מ; גובה x רוחב x אורך) מטיטניום טהור מבחינה מסחרית (cpTi). לקדוח חור במרכז את הציר של השתל (קוטר = 0.7 מ"מ) הארוך כדי להקל על יציבות שתל מוקדם בתו?…

Representative Results

כל בעלי החיים הפעילות מוגברים אמבולטורי שלהם עם זמן בעקבות התאוששותם מניתוח. זה חשוב כי עומס יש השפעות שונות על טופוגרפיות של טווחים בקנה מידה שונים, כפי שדיווחנו 12 לאחרונה. כוח עקום / עקירת נציג לדגימות בדיקה הבאות בדיקות מכאניות מוצג באיור 9A, ונתוני ה…

Discussion

מודל הבדיקות מכאניות המוצג כאן מספק שיטה משופרת להערכת המעגן של עצם לשתל משטחי מועמד, שכן הוא מאפשר לניצב מדויק, או במקביל, יישור של מדגם הבדיקה עם ציר כוח השיבוש מיושם, ומגביל את אזור השבר כדי בתוך חצי מילימטר של פני השטח השתל. המודל משולב בקלות לתוך מחקרים שהשוו את הא…

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