뼈 이식 앵커리지 평가하는 향상된 기계적 시험 방법
Summary
후보 임플란트 표면에 테스트 뼈 고정 장치를 기계적으로하는 개선 된 방법이 제공됩니다. 이 방법은 정확하게 수직 또는 병렬, 임플란트 표면의 평면에 중단 힘의 정렬이 가능하고, 정확한 임플란트 지역으로 중단 힘을 지시하는 정확한 방법을 제공합니다.
Abstract
재료 과학의 최근 발전은 마이크로 및 나노 크기의 두 임플란트 표면의 지형의 복잡성에 상당한 증가를 이끌고있다. 표면 거칠기, 즉 수치 결정 – – 임플란트 표면을 설명하는 등, 전통적인 방법으로 생체 성능을 예측하기위한 불충분하다. 생체 역학 시험은 생체 재료 표면의 성능을 분석하기 위해 정확한 비교 용 플랫폼을 제공한다. 후보 임플란트 표면에 뼈의 고정 장치를 테스트하기 위해 개선 된 기계적 시험 방법이 제시된다. 이 방법은 치료의 모두 초기 및 후기 단계에 적용 화학적 또는 기계적으로 변형 된 표면의 범위에 이용 될 수있다 -하지만 부드러운없는 표면. 정의 직사각형 임플란트는 남성의 Wistar 쥐의 원위 대퇴골의 양측에 배치하고 주위의 뼈를 수집하고 있습니다. 시험편 준비 및 소설 이탈 금형 및 중단을 사용하여 화분된다시험은 기계적 시험기를 사용하여 수행된다. 이 방법은 정확하게 수직, 또는 병렬, 임플란트 표면의 평면에 중단 힘의 정렬이 가능하고, 테스트를 위해 정확한 임플란트 영역을 분리하는 정확하고 재현성있는 방법을 제공합니다.
Introduction
골내 임플란트 표면에 뼈의 정박을 평가하는 것은 많은 기계적 시험 방법은 1,2 설명되어있는, 상당한 관심의 초점을했습니다. 이러한 모든 방법이 사용되는 뼈 / 임플란트 모델을 방해 할 수있는 힘을 부여하고, 광범위하게 가위로 분류 할 수 있으며, 일반적으로 푸시 아웃으로 표시 또는 철수 모델 3,4, 토크 3,5 반전, 인장 유형 6, 7. 일반적으로 뼈 8 임플란트 재료 (부서지기 쉬운 유리 및 세라믹 9,10의 경우), 뼈 / 임플란트 인터페이스 유적 (적어도 부분적으로) 손상을 발생 골절과, 앵커리지의 형태를 가정 한 것입니다 하나 이러한 테스트에서. 이러한 실험 결과는 단지 모델의 골절 (또는 분열)을 유발하는 데 필요한 힘이 뼈 / 임플란트 인터페이스에게 11,12을 분리 시키는데 필요한 힘이 아니라고, 또한 생성 골절면의 복잡한 표면적 수있는 것은 에 불응정확한 측정. 그들은 뼈에 고정되는 : 서로 다른 표면 디자인의 임플란트의 능력의 비교 게이지를 제공하기 때문에 그럼에도 불구하고, 이러한 테스트는 임상 적으로 관련이있을 수 있습니다. 소주 또는 피질골 모델을 치유하고, 다른 기계, 그러나, 그것은 또한 조사관 층상 또는 길쌈 된 뼈 하나를 나타내는 다른 동물 종을 사용하기 때문에 실험 모델 간의 비교가 어려움을 내포하는 동안 이러한 비교는, 실험 모델 내에서만 유효 주목해야한다 시험 형상 및 조건.
뼈 / 임플란트 계면의 인장 강도의 측정 값을 도출하기위한 노력으로, 수많은 연구자는 인장 강도가 단위 면적당 힘으로 측정되기 때문에, "인장 강도"값을 도출하기 위해 임플란트의 공칭 표면적을 이용했다. 이것은 뼈 / 임플란트 인터페이스 붕괴 시험의 대부분이 고용에 그대로 남아 있음을 명확하게 상술 한 바와 같이, 주어진 근사ED. 그러나 로널드 외. 13에서 논의 된 바와 같이 임플란트, 특히 지형적 복잡한 표면의 표면적을 측정하는 또, 측정 기술의 해상도에 의해 제한되고, Brunski 외. 2, 심사로서 때 임플란트의 공칭 표면적 고려, 다른 임플란트 표면의 디자인과 관련 "인장 강도"의 명백한 차이는 높은 표면적을 가진 임플란트 표면이 뼈 / 임플란트 접촉의 큰 영역을 제공하여 모델을 파괴하기 위해 더 많은 힘을 필요로한다는 제안, 부정된다. 의미는 따라서 더 많은 지형적으로 복잡한 표면 큰 뼈 임플란트 접촉 (BIC) 결과 접촉 골 형성을 증가 및 기계적 시험에서 더 높은 중단 값의 결과물 할 수 있다는 것입니다. osteoconduction 및 골 형성 : 연락처 골 형성은 두 가지 현상의 제품입니다. 사실, 우리는 토포에 osteoconduction에 증가하는 것으로 나타났습니다ically 복잡한 표면은 결과 BIC (14)을 측정하여 정량화하고 표면도 높은 기계적 중단 (12) 값의 원인이 될 수있다.
그러나, 임플란트 뼈는 두 가지 메커니즘에 의해 형성 할 수있는 것을주의하는 것이 유익한 것입니다. 중간 엽 기원의 접촉 골 형성 세포에서 임플란트 표면 (osteoconduction)로 이주, 뼈 세포로 분화하고, 임플란트 표면 (골 형성)에 새로이 뼈 매트릭스 정교한. 정교 첫 번째 뼈 매트릭스는 15 개조 정상적인 뼈에서와 같이 광물 시멘트 라인 (때로는 1 않은 광물 뼈 (16)의 모든 인터페이스와 syncretized되는 것으로 생각이 광물 생물학적 구조에 관한 문헌에서 많은 혼란이 – 이 주제에 대한 논의 데이비스 호세 이니 (17))를 참조하십시오. 연락처 골 형성은 뼈의 현상을위한 필수적인 전제 조건입니다본딩,하지만 뼈 안쪽으로의 성장 18 불필요한이다. 뼈의 광물 시멘트 라인은 뼈 (19)의 광물 콜라겐 함보다 기계적으로 약하다. 임플란트 나노 기능 시멘트 라인 매트릭스의 맞물가 매크로 임플란트의 특징에 성장 뼈 조직과 비교되고있는 경우, 직관적으로, 다음 이전을 방해하기 위해 필요한 기계적인 힘이 합리적으로, 우리는 후자보다 작을 것으로 예상 될 것이다 최근 실험적으로 12이 증명하고있다.
임플란트 뼈는 거리 골 형성에 의해 형성 할 수있다. 이 경우, 뼈는 오래된 뼈 표면에 증착하고 단계적 접근 비정질 매트릭스 및 조골 세포 (20)의 나머지를 포함 인터페이스 초래 임플란트 표면에 붙어있다. 일반적으로, 거리 골 형성은 매끄 럽거나 가공, 골내 임플란트 표면과 연결되어 종종 피질골 치유 볼 동안 microtopographica베드로 복잡한 표면은 소주 골의 치유의 더 많은 전형적인 접촉 골 형성과 연관됩니다. 부드러운 임플란트 표면과 피질골 치유를 사용하여 인장 시험 모델은 지형적으로 복잡한 표면과 관련된 접촉 골 형성이 비정질 생물학적 매트릭스 부재의 접착 성을 테스트 할 수 있었다, 그리고 발생하는 소위 "생화학"접합을 제공하는 것으로 나타났습니다 지형적으로 복잡한 표면 (21)에보고 된 "인장 강도"값의 작은 구성 요소입니다. 반대로, 소주 골의 치유 모델을 사용하여, 웡 등. (22)은 임플란트 표면 거칠기 및 푸시 아웃 실패 부하 사이의 "우수한 상관 관계를"보여, 화학 결합이 실제로 임플란트에 뼈의 앵커리지 무시할 역할을 한 것으로 나타났다 면. 그것은 접촉과 거리 골 형성 모두 모두 골내 요정 impla에서 각기 다른도에 발생할 가능성이 있지만구획을 치유 microtopographically 복잡한 표면 자체가 소주 뼈 치료에 특히 유리한 것으로 나타났습니다 NT (23)을 구획. 후자는 치과 문헌 24의 클래스 III 또는 클래스 IV 뼈로 분류됩니다.
우리의 목적은 접촉 골 형성의 메커니즘과 소주 골 치유 환경에서 계속 일어날 수있는 결과 뼈 / 임플란트 앵커리지에 집중하고있다. 임플란트 표면의 지형에 따라 달라집니다이 앵커리지 (위 참조), 다른 스케일 범위에서 발생할 수 있습니다. 이러한 표면과 뼈 시멘트 라인 매트릭스의 맞물에 의해 설명 된대로, 및 생체 활성 유리, 세라믹, 그물 모양의 금속 산화물에서 볼 – 한 손으로 만 서브 마이크론 임플란트 기능은 뼈 접합에 연루되어있다. (혈액 혈관 때로 완료) 다른, 뼈 조직에 멀티 미크론으로 성장, 또는 매크로 스케일, 임플란트의 특징은 표면 (18) 할 수 있습니다. 경우 입술 모두임플란트 표면에 뼈 앵커리지의 형태로 ULT, 메커니즘은 분명 다르지만. 그러나, 위에서 언급 한 기계적 테스트 방법의 대부분의 일반적인 실패는 (인장 또는 전단 모드를 사용하는지에 따라) 임플란트 표면의 것과 정확히 수직 또는 평행 한 평면에서 분열 력을 정렬하는 것이다. 우리는 여기에서이 제한을 극복하는 방법을보고한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
및에 파괴 구역을 제한 그것은 정확한 수직 대 또는 병렬 적용된 중단 력의 축과 시험 샘플의 배향 수 있기 때문에 여기에 제시된 기계적 시험 모델은 후보 임플란트 표면에 뼈의 앵커리지를 평가하는 개선 된 방법을 제공한다 임플란트 표면의 절반 mm 이내. 이 모델은 쉽게 화학적 또는 기계적으로 변형 된 표면의 모든 범위의 효과를 비교하는 연구에 포함입니다 만,이 쉽게 조작 표본 동안 뼈에?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 지속적인 재정 지원을 Biomet는 3I에게 감사하고, 사용자 정의 부품의 설계 및 제조에 도움을 특히 랜디 굿맨 것이다. 스펜서 종은 국립 과학 및 캐나다의 공학 연구위원회 (NSERC)에서 제공하는 산업 대학원 장학금받는 사람입니다. 우리는 또한 원고 준비하는 동안 자신의 매우 귀중한 의견을 닥터 존 Brunski에게 감사의 말씀을 전합니다.
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 |
References
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