لتحسين طرق الاختبارات الميكانيكية لتقييم العظم زرع مرسى

Summary

ويقدم وسيلة لتحسين ميكانيكيا اختبار مرسى العظام على الأسطح زرع مرشح. يسمح هذا الأسلوب للمحاذاة من قوة التعطيل بالضبط عمودي، أو موازية، إلى الطائرة من سطح الزرع، ويوفر وسيلة دقيقة لتوجيه القوات تعطل منطقة شبه زرع وجه الدقة.

Abstract

وقد أدت التطورات الحديثة في العلوم المادية إلى زيادة كبيرة في تعقيد الطوبوغرافية من السطوح الزرع، سواء على والصغرى مقياس النانو. على هذا النحو الطرق التقليدية، واصفا من أسطح زرع – المحددات وهي العددية للخشونة السطح – غير كافية للتنبؤ في أداء الجسم الحي. يوفر اختبار النشاط الحيوي منصة دقيقة والمقارنة لتحليل أداء السطوح مادة بيولوجية. ويرد على تحسين طريقة اختبار الميكانيكية لاختبار رسو العظام على الأسطح زرع مرشح. الأسلوب ينطبق على كل المراحل المبكرة، وبعد الشفاء ويمكن استخدامها لأية مجموعة من الأسطح معدلة كيميائيا أو ميكانيكيا – ولكن ليس على نحو سلس السطوح. يتم وضعها يزرع العرف مستطيلة ثنائيا في أفخاذ؛ فخذان البعيدة من فئران ويستار الذكور وجمعها مع العظم المحيطة بها. تم إعداد عينات الاختبار وبوعاء باستخدام قالب الرواية الانفصالية وتعطيلويجري اختبار باستخدام آلة الاختبار الميكانيكية. يسمح هذا الأسلوب للمحاذاة من قوة التعطيل بالضبط عمودي، أو موازية، إلى الطائرة من سطح الزرع، ويوفر وسيلة دقيقة وقابلة للتكرار لعزل منطقة شبه زرع المحدد للاختبار.

Introduction

وقد تم تقييم رسو العظام على الأسطح زرع داخل العظم محط اهتمام كبير، والتي كثير من طرق الاختبار الميكانيكية وقد وصفت ^1،2. كل هذه الأساليب فرض القوة لتعطيل نموذج العظم / زرع يجري استخدامها، ويمكن تصنيفها على نطاق واسع في القص، وقدمت عموما كما دفع بها أو نماذج سحب ^{3،4، 3،5} عكس عزم الدوران، وأنواع الشد ^{6، 7.} عادة في مثل هذه التجارب، إما العظام ⁸ أو مواد الزرع (في حالة هشة من النظارات والسيراميك ^9،10) وكسر و، على افتراض شكل من أشكال مرسى حدث، وبقايا العظام واجهة / زرع (على الأقل جزئيا) سليمة. مثل هذه النتائج التجريبية تعني ليس فقط أن القوة المطلوبة للتسبب في كسر (أو تعطيل) من هذا النموذج هو ليس القوة المطلوبة لفصل واجهة العظام / زرع ^11،12، ولكن أيضا أن مساحة المعقدة للطائرة كسر إنشاؤها يمكن يكون صهر لالقياس الدقيق. ومع ذلك، يمكن أن تكون مثل هذه الاختبارات ذات الصلة سريريا، نظرا لأنها توفر مقياس مقارن لقدرة يزرع من التصاميم سطح متفاوتة لأن ترسو في العظام. ومع ذلك، تجدر الإشارة أيضا إلى أن مثل هذه المقارنات هي صالحة فقط داخل نموذج تجريبي، في حين المقارنات بين النماذج التجريبية محفوفة صعوبة منذ المحققين استخدام أنواع الحيوانات المختلفة واظهار إما رقائقي أو العظام منسوجة؛ تربيقية العظام القشرية أو الشفاء النماذج، ومختلفة الميكانيكية هندستها الاختبار والظروف.

في محاولة لاستخلاص قياس قوة الشد واجهة العظام / الزرع، وقد استخدمت العديد من المحققين مساحة الاسمية للزرع لاشتقاق "الشد" القيمة، منذ يقاس قوة الشد كقوة في وحدة المساحة. ومن الواضح أن هذا التقريب معينة، كما هو موضح أعلاه، أن واجهة العظام / زرع لا تزال سليمة في كثير من الاختبارات تعطيل توظيفأد. بالإضافة قياس المساحة السطحية للزراعة، وخاصة الأسطح المعقدة الطوبوغرافي، يقتصر بقرار من تقنية القياس كما نوقش من قبل رونالد آخرون ¹³ ومع ذلك، على النحو الذي استعرضه Brunski وآخرون. ^2، عندما مساحة الاسمية للزرع يؤخذ بعين الاعتبار، وانتفى الفروق الظاهرة في "الشد" المرتبطة تصاميم سطح زرع مختلفة، مما يشير إلى أن الأسطح زرع مع مساحة سطح أكبر توفير مساحات أكبر من العظم / زرع الاتصال وبالتالي تتطلب المزيد من القوة لكسر النموذج. وبالتالي وهذا يعني أن أكثر تعقيدا الطوبوغرافي أسطح يمكن أن تزيد من تكون العظم الاتصال، مما يؤدي إلى زيادة الاتصال الزرع في العظام (BIC) والناتجة القيم تعطل أعلى في الاختبارات الميكانيكية. الاتصال تكون العظم هو نتاج ظاهرتين متميزتين: osteoconduction وتكوين العظام. في الواقع، لقد أظهرنا أن يزيد في osteoconduction على topographالأسطح المعقدة ically يمكن كميا بقياس الناتجة بيك ¹⁴ وأن يؤدي مثل الأسطح أيضا التعطيل الميكانيكية أعلى تثمن ¹²

ومع ذلك، فإنه هو مفيد أن نلاحظ أن العظم شبه الزرع يمكن أن تشكل من قبل اثنين من الآليات. في خلايا المنشأ تكون العظم الاتصال الوسيطة تهاجر إلى السطح زرع (osteoconduction)، تفرق في خلايا العظام، ووضع دي نوفو مصفوفة العظام على سطح زرع (تكوين العظام). أول مصفوفة عظمي وضعت هو خط الاسمنت المعدنية كما رأينا في العظام العادي إعادة عرض ¹⁵ (هناك كثير من الالتباس في الكتابات حول هذا الهيكل البيولوجية المعادن التي يعتقد في بعض الأحيان إلى أن تكون الامم المتحدة والمعادن ¹ أو syncretized مع جميع الواجهات في العظام ¹⁶ – لمناقشة كاملة حول هذا الموضوع راجع ديفيز وحسيني ^17). الاتصال تكون العظم هو شرط أساسي لظاهرة العظام-الترابط، ولكن غير الأساسية لنشوب العظام ^18. خط الأسمنت المعادن من العظام أضعف ميكانيكيا من المقصورة الكولاجين المعدنية للعظم ^19. وبالتالي، حدسي، إذا تم مقارنة تشابك الاسمنت خط مصفوفة مع ميزات زرع نانو مع أنسجة العظام في النمو إلى ميزات زرع الكلي ثم القوة الميكانيكية اللازمة لتعطيل السابق من شأنه، إلى حد معقول، من المتوقع أن تكون أقل من هذا الأخير، ونحن وقد أثبتت هذه التجربة مؤخرا ^12.

يمكن العظم شبه زرع تشكل أيضا عن طريق تكون العظم بعد. في هذه الحالة، وتودع العظام على سطح العظام القديمة ويحصل تدريجيا أقرب إلى السطح مما أدى إلى زرع واجهة تضم مصفوفة غير متبلور وبقايا الخلايا المكونة للعظم ^20. بشكل عام، ويرتبط مع تكون العظم مسافة نحو سلس، أو تشكيله، الأسطح زرع داخل العظم وغالبا ما ينظر في التئام العظام القشرية، في حين microtopographicaوترتبط السطوح المعقدة مع LLY تكون العظم اتصال وهذا هو أكثر نموذجية من تربيقي التئام العظام. وكانت نماذج اختبار الشد باستخدام الأسطح الملساء وزرع القشرية التئام العظام قادرة على اختبار خصائص لاصقة من هذا متبلور غائبة مصفوفة البيولوجية من تكون العظم الاتصال المرتبطة أسطح معقدة الطوبوغرافي، وأظهرت أن ما يسمى الرابطة "الكيمياء الحيوية" التي تحدث يوفر عنصرا ضئيلا من القيم "الشد" ذكرت مع الأسطح المعقدة الطوبوغرافي ^21. على العكس من ذلك، وذلك باستخدام نموذج تربيقي التئام العظام، وونغ وآخرون ²² وأظهرت "وجود علاقة ممتازة" بين زرع خشونة السطح وطرد الحمل الفشل، وأشار إلى أن الروابط الكيميائية لعبت بالفعل دورا يذكر في المرسى من العظام إلى زرع السطح. في حين أنه من المحتمل أن كلا من الاتصال وتكون العظم مسافة تحدث، بدرجات متفاوتة، في جميع داخل العظم شبه implaالإقليم الشمالي الشفاء مقصورات، أظهرت السطوح معقدة microtopographically لنفسها ان تكون مفيدة بشكل خاص في الشفاء العظمية تربيقي المقصورات ^23. وتصنف هذه الأخيرة على أنها من الفئة الثالثة أو الدرجة الرابعة العظام في الأدب الأسنان ^24.

هدفنا كان التركيز على آليات الاتصال وتكون العظم الناتجة المرسى العظام / التي يمكن أن تترتب على ذلك زرع في بيئة العظام الشفاء تربيقية. هذا المرسى، والذي يعتمد على تضاريس سطح الزرع (انظر أعلاه)، يمكن أن تحدث في مختلف نطاقات-الحجم. من جهة، وتورط فقط ميزات زرع submicron في العظام الرابطة – كما وصفها تشابك من الاسمنت العظمي خط المصفوفة مع هذه السطوح، وينظر إليه على النظارات النشطة بيولوجيا، والسيراميك وأكاسيد المعادن شبكي. من جهة أخرى، وأنسجة العظام (أحيانا كاملة مع الأوعية الدموية في الدم) يمكن أن تنمو لتصبح متعددة ميكرون، أو المستوى الكلي، ملامح زرع السطوح ^18. كلتا الحالتين الدقةULT في شكل من أشكال مرسى العظام على سطح الزرع، على الرغم من أن الآليات بوضوح مختلفة. ومع ذلك، فإن الفشل المشترك للغالبية طرق الاختبار الميكانيكية المشار إليها أعلاه هو لمحاذاة قوة اضطراب في طائرة عمودية تماما، أو موازية لتلك التي على سطح زرع (اعتمادا على ما إذا كان يعمل أو الشد القص واسطة). نحن هنا تقرير الأسلوب الذي يتغلب على هذا القيد.

Protocol

1. زرع تصميم وتصنيع، والمعالجة السطحية تصنيع يزرع مستطيلة (أبعاد 4 مم × 2.5 مم × 1.3 مم؛ طول × عرض × ارتفاع) من التيتانيوم النقي تجاريا (cpTi). حفر حفرة مركزيا أسفل محور طويل من زرع (قطر = 0.7 مم) لتسهيل الاستقرار زرع في وقت مبكر دا…

Representative Results

زيادة جميع الحيوانات نشاطهم الإسعافية مع مرور الوقت بعد استردادها من الجراحة. هذا أمر مهم لأن الحمل له آثار مختلفة على نطاق وتصاميم نطاقات مختلفة، ونحن قد ذكرت مؤخرا 12. ويرد منحنى القوة / النزوح ممثل لعينات الاختبار التالي الاختبار الميكانيكي في الشكل 9A،</st…

Discussion

نموذج اختبار الميكانيكية المقدمة هنا يوفر طريقة محسنة لتقييم رسو العظام على الأسطح زرع مرشح، لأنه يسمح للدقيقة متعامدة، أو متوازية، والمحاذاة من عينة الاختبار مع محور القوة تعطل تطبيق، ويحد منطقة الكسر ل في غضون نصف ملليمتر من سطح الزرع. أدرج نموذج بسهولة في الدراس?…

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