अस्थि प्रत्यारोपण लंगर का आकलन करने के लिए एक बेहतर मैकेनिकल परीक्षण विधि
Summary
उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतहों के लिए परीक्षण हड्डी एंकोरेज यंत्रवत् एक बेहतर विधि प्रस्तुत किया है. इस विधि बिल्कुल सीधा, या समानांतर, प्रत्यारोपण सतह के विमान को व्यवधान बल के संरेखण के लिए अनुमति देता है, और एक सटीक पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र के लिए व्यवधान बलों निर्देशित करने के लिए एक सटीक साधन प्रदान करता है.
Abstract
सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में हाल के अग्रिमों एक माइक्रो और नैनो पैमाने पर दोनों प्रत्यारोपण सतहों के स्थलाकृतिक जटिलता में पर्याप्त वृद्धि करने के लिए नेतृत्व किया है. सतह खुरदरापन के अर्थात् संख्यात्मक निर्धारकों – – प्रत्यारोपण सतहों का वर्णन करने के लिए इस तरह, पारंपरिक तरीके के रूप में विवो प्रदर्शन में भविष्यवाणी के लिए अपर्याप्त हैं. Biomechanical परीक्षण biomaterial सतहों के प्रदर्शन का विश्लेषण करने के लिए एक सटीक और तुलनात्मक मंच प्रदान करता है. उम्मीदवार प्रत्यारोपण सतहों के लिए हड्डी के एंकोरेज परीक्षण करने के लिए एक बेहतर यांत्रिक परीक्षण विधि प्रस्तुत किया है. विधि चिकित्सा के दोनों जल्दी और बाद के चरणों के लिए लागू है और रासायनिक या यंत्रवत् संशोधित सतहों के किसी भी श्रेणी के लिए नियोजित किया जा सकता है – लेकिन नहीं चिकनी सतहों. कस्टम आयताकार प्रत्यारोपण पुरुष Wistar चूहों के बाहर का जाँघ की लंबी हड्डी जो ऊपर कूल्हे की हड्डी से तथा नीचे टिबिया एवं टेला से जुड़ी होती है में द्विपक्षीय स्तर पर रखा जाता है और आसपास के हड्डी के साथ एकत्र कर रहे हैं. परीक्षण नमूनों तैयार है और एक उपन्यास टूटे ढालना और विघटन का उपयोग कमरों का कर रहे हैंपरीक्षण एक यांत्रिक परीक्षण मशीन का उपयोग किया जाता है. इस विधि बिल्कुल सीधा, या समानांतर, सतह प्रत्यारोपण के विमान को व्यवधान बल के संरेखण के लिए अनुमति देता है, और परीक्षण के लिए एक सटीक पेरी प्रत्यारोपण क्षेत्र को अलग करने के लिए एक सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य साधन प्रदान करता है.
Introduction
Endosseous प्रत्यारोपण सतहों के लिए हड्डी के एंकोरेज का आकलन कई मैकेनिकल परीक्षण तरीकों 1,2 वर्णित किया गया है, जिसके लिए काफी ध्यान का ध्यान केंद्रित किया गया है. सभी तरह के तरीकों नियोजित किया जा रहा हड्डी / प्रत्यारोपण मॉडल को बाधित करने के लिए एक बल थोपना, और मोटे तौर पर कतरनी में बांटा जा सकता है, आम तौर पर धक्का बाहर के रूप में प्रस्तुत या पुल बाहर मॉडल 3,4, टोक़ 3,5, रिवर्स और तन्य प्रकार 6, 7. आमतौर पर हड्डी 8 या सामग्री प्रत्यारोपण (भंगुर चश्मा और मिट्टी के 9,10 के मामले में), हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस बनी हुई है (कम से कम आंशिक रूप से) बरकरार हुई है खंडित और, एंकोरेज के कुछ फार्म मान रही है या तो इस तरह के परीक्षणों में. इस तरह की प्रयोगात्मक परिणामों से न केवल मॉडल के फ्रैक्चर (या व्यवधान) पैदा करने के लिए आवश्यक बल हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस 11,12 अलग करने के लिए आवश्यक बल नहीं है कि, लेकिन यह भी बनाया फ्रैक्चर विमान के जटिल क्षेत्र की सतह सकता है इसका मतलब करने के लिए मचलनासही माप. वे हड्डी में लंगर डाले जा करने के लिए भिन्न सतह के डिजाइन के प्रत्यारोपण की क्षमता का एक तुलनात्मक गेज प्रदान के बाद से फिर भी, इस तरह के परीक्षण, चिकित्सकीय प्रासंगिक हो सकता है. घरनदार या cortical हड्डी मॉडल उपचार, और विभिन्न यांत्रिक, लेकिन, यह भी जांचकर्ताओं परतदार या बुना हड्डी या तो प्रदर्शनी में विभिन्न जानवरों की प्रजातियों का उपयोग करें के बाद से प्रयोगात्मक मॉडल के बीच तुलना कठिनाई से भरा है, जबकि इस तरह की तुलना, एक प्रयोगात्मक मॉडल के भीतर ही मान्य हैं कि ध्यान दिया जाना चाहिए परीक्षण geometries और शर्तों.
हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस की तन्यता ताकत की एक माप प्राप्त करने के प्रयास में, कई जांचकर्ताओं तन्य शक्ति बल प्रति इकाई क्षेत्र के रूप में मापा जाता है, के बाद से एक "तन्य शक्ति" मूल्य प्राप्त करने के प्रत्यारोपण की नाममात्र सतह क्षेत्र का इस्तेमाल किया है. यह हड्डी / प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस विघटन परीक्षण के कई रोजगार में बरकरार है, स्पष्ट रूप से जैसा कि ऊपर बताया, दिए गए एक सन्निकटन हैएड. हालांकि रोनाल्ड एट अल. 13 से चर्चा के रूप में प्रत्यारोपण, विशेष रूप से भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों की सतह क्षेत्र को मापने इसके अलावा, माप तकनीक का संकल्प द्वारा सीमित है, Brunski एट अल. 2, द्वारा समीक्षा के रूप में जब एक प्रत्यारोपण की नाममात्र सतह क्षेत्र ध्यान में रखा जाता है, विभिन्न सतह प्रत्यारोपण डिजाइन के साथ जुड़े "तन्य शक्ति" में स्पष्ट मतभेद उच्च सतह क्षेत्र के साथ प्रत्यारोपण सतहों हड्डी / प्रत्यारोपण संपर्क के बड़े क्षेत्रों प्रदान करते हैं और इस प्रकार मॉडल फ्रैक्चर के बल की आवश्यकता होती है, सुझाव है कि नकार रहे हैं. निहितार्थ यह इसलिए और अधिक भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों अधिक से अधिक हड्डी प्रत्यारोपण संपर्क (बीआईसी) में यह परिणाम है जो संपर्क अस्थिजनन, वृद्धि और यांत्रिक परीक्षण में उच्च व्यवधान मूल्यों परिणामी कर सकते हैं. Osteoconduction और हड्डी गठन: संपर्क अस्थिजनन दो अलग घटना का उत्पाद है. दरअसल, हम topograph पर osteoconduction में बढ़ जाती है कि पता चला हैically जटिल सतहों परिणामी बीआईसी 14 मापने के द्वारा मात्रा निर्धारित है, और इस तरह की सतहों भी उच्च यांत्रिक व्यवधान 12 मूल्यों में होने वाली जा सकता है.
हालांकि, यह पेरी प्रत्यारोपण हड्डी दो तंत्र द्वारा फार्म कर सकते हैं कि नोट के लिए हितकारी है. Mesenchymal मूल के संपर्क अस्थिजनन कोशिकाओं में सतह प्रत्यारोपण (osteoconduction) की ओर पलायन, अस्थि कोशिकाओं में अंतर, और सतह प्रत्यारोपण (हड्डी गठन) पर नए सिरे से हड्डी मैट्रिक्स प्रकाश डालेंगे. सविस्तार पहले बोनी मैट्रिक्स 15 remodeling सामान्य हड्डी के रूप में देखा एक mineralized सीमेंट लाइन है (कभी कभी 1 संयुक्त राष्ट्र mineralized या हड्डी 16 में सभी इंटरफेस के साथ syncretized है माना जाता है कि इस mineralized जैविक संरचना से संबंधित साहित्य में बहुत भ्रम की स्थिति है – इस विषय पर एक पूरी चर्चा के लिए डेविस और हुसैनी 17) देखें. संपर्क अस्थिजनन हड्डी की घटना के लिए एक आवश्यक शर्त हैसंबंधों, लेकिन हड्डी अंतर्वृद्धि 18 के लिए अनावश्यक है. हड्डी के खनिज सीमेंट लाइन हड्डी 19 की mineralized कोलेजन डिब्बे से यंत्रवत् कमजोर है. प्रत्यारोपण नैनो सुविधाओं के साथ सीमेंट लाइन मैट्रिक्स के interdigitation मैक्रो प्रत्यारोपण सुविधाओं में वृद्धि में अस्थि ऊतक के साथ तुलना की जाती है, तो इस प्रकार, intuitively, तो पूर्व बाधित करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति, यथोचित, हम बाद की तुलना में कम होने की उम्मीद है, और किया जाएगा हाल ही में प्रयोगात्मक 12 यह दिखा दिया है.
पेरी प्रत्यारोपण हड्डी भी दूरी अस्थिजनन द्वारा फार्म कर सकते हैं. इस मामले में, हड्डी पुरानी हड्डी सतह पर जमा और उत्तरोत्तर करीब अनाकार मैट्रिक्स और osteogenic कोशिकाओं 20 की बनी हुई है, जिसमें एक अंतरफलक में जिसके परिणामस्वरूप सतह प्रत्यारोपण हो जाता है. सामान्य में, दूरी अस्थिजनन चिकनी, या machined, endosseous प्रत्यारोपण सतहों के साथ जुड़ा हुआ है और अक्सर cortical हड्डी चिकित्सा में देखा जाता है, जबकि microtopographically जटिल सतहों घरनदार हड्डी चिकित्सा के अधिक विशिष्ट है कि संपर्क अस्थिजनन के साथ जुड़े रहे हैं. चिकनी प्रत्यारोपण सतहों और cortical हड्डी चिकित्सा का उपयोग तनन परीक्षण मॉडल भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों के साथ जुड़े संपर्क अस्थिजनन की इस बेढब जैविक मैट्रिक्स अनुपस्थित के चिपकने वाला गुण का परीक्षण करने में सक्षम है, और तब होता है कि तथाकथित "जैव रासायनिक" संबंध एक प्रदान करता है पता चला है कि भौगोलिक विवरण के अनुसार जटिल सतहों 21 के साथ सूचित "तन्य शक्ति" मूल्यों के छोटे घटक. इसके विपरीत, एक घरनदार हड्डी चिकित्सा मॉडल का उपयोग कर, वाँग एट. 22 प्रत्यारोपण सतह खुरदरापन और धक्का बाहर विफलता लोड के बीच "एक उत्कृष्ट सहसंबंध" पता चला है, और रासायनिक संबंध वास्तव में प्रत्यारोपण के लिए हड्डी के एंकोरेज में एक नगण्य भूमिका निभाई संकेत दिया कि सतह. यह संपर्क और दूरी अस्थिजनन दोनों सब endosseous पेरी impla में, डिग्री भिन्न करने के लिए होते हैं, संभव है कि एक ओर जहांडिब्बों चिकित्सा, microtopographically जटिल सतहों खुद को घरनदार बोनी चिकित्सा में विशेष रूप से लाभप्रद हो चला है NT 23 डिब्बों. उत्तरार्द्ध दंत साहित्य 24 में तीसरी कक्षा या चतुर्थ श्रेणी हड्डी के रूप में वर्गीकृत किया जाता है.
हमारा उद्देश्य संपर्क अस्थिजनन के तंत्र और एक घरनदार हड्डी चिकित्सा वातावरण में शुरू कर सकते हैं कि परिणामी हड्डी / प्रत्यारोपण एंकोरेज पर ध्यान केंद्रित करने के लिए किया गया है. प्रत्यारोपण सतह की स्थलाकृति पर निर्भर है जो इस Anchorage, (ऊपर देखें), अलग पैमाने पर्वतमाला में हो सकता है. ऐसे सतहों के साथ बोनी सीमेंट लाइन मैट्रिक्स के interdigitation द्वारा वर्णित के रूप में, और bioactive चश्मे, मिट्टी और जालीदार धातु आक्साइड पर देखा – एक तरफ, केवल submicron प्रत्यारोपण सुविधाओं बोन संबंध में फंसा रहे हैं. (रक्त वाहिका संरचना के साथ कभी कभी पूर्ण) अन्य, अस्थि ऊतकों पर बहु – माइक्रोन के रूप में विकसित, या वृहद पैमाने पर, प्रत्यारोपण की सुविधाओं 18 सतहों सकते हैं. मामलों को छोड़कर दोनोंसतह प्रत्यारोपण हड्डी एंकोरेज के एक फार्म में ULT, तंत्र स्पष्ट रूप से अलग कर रहे हैं. हालांकि, ऊपर संदर्भित मैकेनिकल परीक्षण तरीकों के बहुमत के एक आम असफल होने (तन्यता या कतरनी मोड कार्यरत है पर निर्भर करता है) प्रत्यारोपण सतह की है कि एक बिल्कुल सीधा, या समानांतर विमान में व्यवधान बल पंक्ति में है. हम herein इस सीमा काबू कि एक विधि रिपोर्ट.
Protocol
Representative Results
Discussion
और करने के लिए अस्थिभंग क्षेत्र की सीमा है, यह सही सीधा के लिए, या समानांतर लागू व्यवधान बल की धुरी के साथ परीक्षण के नमूने के संरेखण की अनुमति देता है के बाद से यहाँ प्रस्तुत यांत्रिक परीक्षण मॉडल, उम्म?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों उनके निरंतर वित्तीय सहायता के लिए Biomet 3i का शुक्रिया अदा करना, और कस्टम भागों के डिजाइन और निर्माण में मदद के लिए विशेष रूप से रैंडी गुडमैन होगा. स्पेंसर बेल राष्ट्रीय विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल (NSERC) द्वारा उपलब्ध कराए गए एक औद्योगिक स्नातकोत्तर छात्रवृत्ति के एक प्राप्तकर्ता है. हम भी पांडुलिपि तैयार करने के दौरान उसकी बहुत मूल्यवान प्रतिक्रिया के लिए डॉ. जॉन Brunski धन्यवाद देना चाहूंगा.
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 |
Referências
- Brunski, J. B. In vivo bone response to biomechanical loading at the bone-dental implant interface. Adv. Dental Res. 13, 99-119 (1999).
- Brunski, J. B., Glantz, P. -. O., Helms, J. A., Nanci, A., Brånemark, P. I., Chien, S., Gröndahl, H. G., Robinson, K. . Transfer of mechanical load across the interface. In: The Osseointegration Book. , 209-249 (2005).
- Brånemark, R., Ohrnell, L. O., Nilsson, P., Thomsen, P. Biomechanical characterization of osseointegration during healing: an experimental in vivo study in the rat. Biomaterials. 18 (14), 969-978 (1997).
- Itälä, A., Koort, J., Ylänen, H. O., Hupa, M., Aro, H. T. Biologic significance of surface microroughing in bone incorporation of porous bioactive glass implants. J. Biomed. Mater. Res. A. 67 (2), 496-503 (2003).
- Brånemark, R., Emanuelsson, L., Palmquist, A., Thomsen, P. Bone response to laser-induced micro- and nano-size titanium surface features. Nanomedicine. 7 (2), 220-227 (2011).
- Kato, H., et al. Bonding of Alkali- and Heat-Treated Tantalum Implants to Bone. J. Biomed. Mater. Res. 53, 28-35 (2000).
- Hong, L., Xu, H. C., de Groot, K. Tensile strength of the interface between hydroxyapatite and bone. J. Biomed. Mater. 26 (1), 7-18 (1992).
- Currey, J. D. Mechanical properties of bone tissues with greatly different functions. J. Biomech. 9 (12), 313-319 (1979).
- Nakamura, T., Yamamuro, T., Higashi, S., Kokubo, T., Itoo, S. A new glass-ceramic for bone replacement: evaluation of its bonding to bone tissue. J. Biomed. Mater. Res. 19 (6), 685-698 (1985).
- Hench, L. L., Splinter, R. J., Allen, W. C., Greenlee, T. K. Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials. J. Biomed. Mater. Res. Symp. 1, 117-141 (1972).
- Edwards, J. T., Brunski, J. B., Higuchi, H. W. Mechanical and morphologic investigation of the tensile strength of a bone-hydroxyapatite interface. J. Biomed. Mater. Res. 36 (4), 454-468 (1997).
- Davies, J. E., Ajami, E., Moineddin, R., Mendes, V. C. The roles of different scale ranges of surface implant topography on the stability of the bone/implant interface. Biomaterials. 34, 3535-3546 (2013).
- Rønold, H. J., Lyngstadaasb, S. P., Ellingsen, J. E. Analysing the optimal value for titanium implant roughness in bone attachment using a tensile test. Biomaterials. 24, 4559-4564 (2003).
- Mendes, V. C., Moineddin, R., Davies, J. E. The effect of discrete calcium phosphate nanocrystals on bone-bonding to titanium surfaces. Biomaterials. 28 (32), 4748-4755 (2007).
- Skedros, J. G., Holmes, J. L., Vajda, E. G., Bloebaum, R. D. Cement lines of secondary osteons in human bone are not mineral deficient: new data in a historical perspective. Anat Rec. 286, 781-803 (2005).
- McKee, M. D., Nanci, A. Osteopontin and the bone remodelling sequence: colloidal-gold immunocytochemistry of an interfacial extracellular matrix protein. Ann. N.Y. Acad. Sci. 760, 177-189 (1995).
- Davies, J. E., Hosseini, M. M., Davies, J. E. . Histodynamics of endosseous wound healing In: Bone Engineering. , 1-14 (2000).
- Welsh, R. P., Pilliar, R. M., Macnab, I. Surgical implants. The role of surface porosity in fixation to bone and acrylic. J. Bone Joint Surg. Am. 53 (5), 963-977 (1971).
- O’Brien, F. J., Taylor, D., Clive, L. T. The effect of bone microstructure on the initiation and growth of microcracks. J. Orthop. Res. 23 (2), 475-480 (2005).
- Steflik, , et al. Ultrastructural analyses of the attachment (bonding) zone between bone and implanted biomaterials. J. Biomed. Mater. Res. 39 (4), 611-620 (1998).
- Sul, Y. -. T., Johansson, C., Albrektsson, T. A novel in vivo method for quantifying the interfacial biochemical bond strength of bone implants. J. Royal Soc. 7 (42), 81-90 (2010).
- Wong, M., et al. Effect of surface topography on the osseointegration of implant materials in trabecular bone. J. Biomed. Mater. Res. 29 (12), 1567-1575 (1995).
- Gotfredsen, K., et al. Anchorage of titanium implants with different surface characteristics: an experimental study in rabbits. Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2 (3), 120-128 (2000).
- Lekholm, U., Zarb, G. A., Albrektsson, T. . Patient selection and preparation. In: Tissue integrated prostheses. , 199-209 (1985).
