In situ Tryck Lastning och Korrelat Noninvasive avbildning av ben-parodontal ligament-tand Fibröst Joint

Summary

I denna studie kommer att använda en in situ lastningsanordning i kombination med mikro-Röntgen datortomografi för fibrösa gemensamma biomekanik diskuteras. Experimentella avläsning identifierbara med en total förändring i gemensamma biomekanik kommer att omfatta: 1) reaktionär kraft kontra förskjutning, dvs tandcylindervolymen i alveolära uttag och dess reaktionära svar på belastning, 2) tredimensionella (3D) rumslig konfiguration och Morfometri, dvs geometriska förhållandet av tanden med den alveolära uttag, och 3) förändringar i avläsning 1 och 2 på grund av en ändring i lastaxeln, dvs koncentriska eller excentriska laster.

Abstract

Denna studie visar en roman biomekanik testprotokoll. Fördelen med detta protokoll innefattar användning av en in situ-lastningsanordning som är kopplad till en hög upplösning röntgenmikroskop, vilket möjliggör visualisering av de inre strukturella element under simulerade fysiologiska belastningar och våta förhållanden. Experimentella prover kommer att omfatta intakt ben parodontala ligamentet (PDL)-tand fibrösa lederna. Resultaten kommer att belysa tre viktiga funktioner i protokollet, eftersom de kan tillämpas på organnivå biomekanik: 1) reaktionär kraft kontra förskjutning: tand cylindervolymen i alveolära uttag och dess reaktionära svar lastning, 2) tredimensionella (3D) spatial konfiguration och Morfometri: geometriskt förhållande av tanden med den alveolära uttag, och 3) förändringar i avläsning 1 och 2 på grund av en förändring i lastaxel, dvs från koncentriskt till excentriska belastningar. Effekten av den föreslagna protokollet kommer att utvärderas genom att koppla mekanisk testing avläsning till 3D Morfometri och övergripande biomekanik leden. Vidare kommer denna teknik betonar behovet av att jämvikta experimentella betingelser specifikt reaktionära laster före förvärvande tomogram av fiberförband. Det bör noteras att det föreslagna protokollet är begränsat till att testa prover enligt ex vivo-förhållanden, och att användningen av kontrastmedel för att visualisera mjukdelar mekanisk reaktion kan leda till felaktiga slutsatser om vävnads-och organnivå biomekanik.

Introduction

Flera experimentella metoder att fortsätta att användas för att undersöka biomekanik diarthrodial och fibrösa lederna. Speciella metoder för biomekanik tandorgan innefatta användning av töjningsgivare ^1-3, photoelasticity metoderna ^{4, 5,} Moiré interferometri ^{6, 7,} elektronisk fläckmönster interferometri ⁸ och digitala bildkorrelations (DIC) ^9-14. I denna studie, inkluderar den innovativa tillvägagångssätt icke-invasiv avbildning med röntgen för att avslöja de inre strukturerna i ett fiber gemensamt (mineraliserade vävnader och deras gränssnitt som består av mjukare zoner, och gränssnitt vävnader såsom ligament) vid belastning motsvarande in vivo-förhållanden. En in situ-lastningsanordning som är kopplad till en mikro-röntgenmikroskop kommer att användas. Lasten-tid och lastförskjutningskurvor kommer att samlas in som molar av intresse inom en nyskördade råtta hemi-käken är laddad. Den main Målet med strategin som presenteras i denna studie är att betona effekten av tredimensionella morfologi av tand-ben genom att jämföra villkoren på: 1) ingen last och när den är lastad, och när 2) koncentriskt och excentriskt laddad. Eliminerar behovet av snittprover, samt att utföra experiment på hela intakta organ på vått väglag kommer att möjliggöra maximal bevara 3D-spänningstillstånd. Detta öppnar ett nytt område av utredning för att förstå dynamiska processer i komplexet under olika belastningsscenarier.

I denna studie, de metoder för att testa PDL biomekanik inom en intakt fibrös gemensamt av en Sprague Dawley råtta, ett gemensamt betraktas som en optimal bioteknik modellsystem kommer att presenteras. Experiment kommer att omfatta simulering av tugg laster vid hydratiserade förhållanden för att lyfta fram tre viktiga funktioner i det gemensamma eftersom de hänför sig till organnivå biomekanik. De tre punkter kommer att omfatta: 1) reaktionär kraft kontra förskjutning:tand cylindervolymen i alveolära uttag och dess reaktionära svar på belastning, 2) tredimensionella (3D) rumslig konfiguration och Morfometri: geometriska förhållandet av tanden med den alveolära uttag, och 3) förändringar i avläsning 1 och 2 på grund av en förändring i lastaxel, dvs från koncentriskt till excentriska belastningar. De tre grundläggande avläsning av den föreslagna tekniken kan tillämpas för att undersöka den adaptiva naturen av leder hos ryggradsdjur antingen beroende på förändringar i funktionella krav, och / eller sjukdom. Förändringar i de tidigare nämnda avläsning, speciellt sambandet mellan reaktionära laster med förskjutning, och resulterande bakåtlasttids-och lastförskjutningskurvor vid olika belastningshastigheter kan användas för att markera de totala förändringarna i joint biomekanik. Effekten av den föreslagna protokollet kommer att utvärderas genom att koppla mekaniska provnings avläsning till 3D Morfometri och övergripande biomekanik leden.

Protocol

Djurstallar och eutanasi: Alla djur som används i denna demonstration inhystes i patogenfria förhållanden i enlighet med riktlinjerna i Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) och National Institute of Health (NIH). Ge djur med standardhårdpelletråttfoder och vatten ad lib. Avliva djur via en två-stegsmetod av koldioxid kvävning, bilaterala torakotomi enligt standardprotokollet för UCSF som godkänts av IACUC. Utför biomekaniska tester inom 24 timmar ef…

Representative Results

Uppskattning av lastningsanordningen "dödgång", "stift", stelhet och systemets avdrift under en konstant belastning Glapp: Mellan-och avlastning av delarna av cykeln, det finns en paus på 3 sek under vilken kugghjulen omvända inuti motorn innan sann lossning påbörjas, det vill säga som preparat drar sig undan från den övre klämbacken (Figur 3). Denna period kallas en motreaktion i systemet, vilket utgö…

Discussion

Det första steget i upprättandet av detta protokoll inblandade utvärdera styvhet av lastramen med hjälp av en stel kropp. Baserat på resultaten, styvheten var signifikant högre möjliggör användning av laddningsanordningen för ytterligare testning av prover med betydligt lägre styvhetsvärden. Det andra steget markerat förmåga instrumentet för att skilja olika styvhetsvärden med hjälp av två faser kurvan lastning-lossning som genereras med hjälp av en stel kropp, PDMS material av olika tvär densiteter,…

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