قياسات الصلابة الدقيقة على الأسنان والعظم السنخي في نماذج أمراض الفم القوارض
Summary
الصلابة الدقيقة هي خاصية ميكانيكية ومعلمة إعلامية لتقييم الفيزيولوجيا المرضية للأنسجة الصلبة. هنا ، نوضح بروتوكولا موحدا (تحضير العينات ، والتلميع ، والسطح المسطح ، ومواقع المسافة البادئة) لتحليل الصلابة الدقيقة في الأسنان والعظام السنخية في نماذج أمراض الفم القوارض ، وهي تسمم الأسنان بالفلور ، وارتشاف عظام اللثة الناجم عن الأربطة.
Abstract
يتم تقييم الخاصية الميكانيكية ، الصلابة الدقيقة ، في مينا الأسنان ، العاج ، والعظام في نماذج أمراض الفم ، بما في ذلك تسمم الأسنان بالفلور والتهاب دواعم السن. يوفر التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT) معلومات التصوير 3D (الحجم والكثافة المعدنية) والمسح المجهري الإلكتروني (SEM) ينتج صورا مجهرية (منشور المينا وقناة ثغرة العظام). بالتكامل مع التحليل الهيكلي بواسطة μCT و SEM ، تعد الصلابة الدقيقة واحدة من المعلمات الإعلامية لتقييم كيفية تغيير التغييرات الهيكلية للخصائص الميكانيكية. على الرغم من كونها معلمة مفيدة ، إلا أن الدراسات حول الصلابة الدقيقة للعظام السنخية في أمراض الفم محدودة. حتى الآن ، تم الإبلاغ عن طرق قياس الصلابة الدقيقة المتباينة. نظرا لأن قيم الصلابة الدقيقة تختلف اعتمادا على تحضير العينة (التلميع والسطح المستوي) ومواقع المسافة البادئة ، يمكن أن تسبب البروتوكولات المتنوعة تناقضات بين الدراسات. يعد توحيد بروتوكول الصلابة الدقيقة أمرا ضروريا للتقييم المتسق والدقيق في نماذج أمراض الفم. في هذه الدراسة ، نوضح بروتوكولا موحدا لتحليل الصلابة الدقيقة في الأسنان والعظام السنخية. العينات المستخدمة هي كما يلي: بالنسبة لنموذج التسمم بالفلور السني ، تم جمع القواطع من الفئران المعالجة بالمياه المحتوية على الفلورايد / بدونها لمدة 6 أسابيع. بالنسبة لنموذج ارتشاف عظم اللثة الناجم عن الرباط (L-PBR) ، تم جمع العظام السنخية مع ارتشاف عظم اللثة من الفئران المربوطةعلى ضرس الفك العلوي 2. في 2 أسابيع بعد الربط ، تم جمع الفك العلوي. تم تحليل صلابة فيكرز في هذه العينات وفقا للبروتوكول الموحد. يوفر البروتوكول مواد وطرق مفصلة لتضمين الراتنج والتلميع التسلسلي ومواقع المسافة البادئة للقواطع والسنخية. على حد علمنا ، هذا هو أول بروتوكول صلابة دقيقة موحد لتقييم الخواص الميكانيكية للأسنان والعظام السنخية في نماذج أمراض الفم القوارض.
Introduction
الصلابة هي إحدى الخصائص الميكانيكية (على سبيل المثال ، المرونة والصلابة والمرونة اللزوجة وسلوك الكسر) وتستخدم بشكل شائع لتوصيف القدرة على مقاومة تشوه الانضغاط وكسر منطقة محلية من المادة. اختبار صلابة المسافة البادئة الثابتة هو الطريقة الأكثر استخداما ، بما في ذلك صلابة فيكرز وصلابة Knoop1. يتم تنفيذ اختبار صلابة فيكرز عن طريق الضغط على مسافة بادئة من الماس في السطح تحت حمل اختبار ثابت. المسافة البادئة على شكل هرم ، مع قاعدة مربعة وزاوية 136 درجة بين الوجوه المتقابلة. يتم قياس طول كلا القطرين المتكونين على سطح الاختبار ، ويتم استخدام المتوسط لحساب الصلابة ، والتي يتم تحديدها من خلال النسبة F / A (حيث F هي القوة و A هي مساحة سطح المسافة البادئة). عادة ما يتم التعبير عن رقم صلابة فيكرز الدقيقة (HV = F / A) بالكيلوجرام قوة (kgf) لكل مسافة بادئةمم 2 ، مع 1 HV ≈ 0.1891 F / d2 (N / mm2). تتكون صلابة Knoop أيضا من مسافة بادئة هرمية مربعة من الماس تتكون من زاويتين متقابلتين غير متساويتين. رقم صلابة Knoop (HK) يساوي نسبة الحمل المطبق إلى منطقة التلامس المتوقعة. تصنف اختبارات الصلابة إلى اختبارات المسافة البادئة الدقيقة (الصلابة الدقيقة) واختبارات المسافة البادئة الكلية ، اعتمادا على القوة المطبقة على مادة الاختبار. عادة ما تستخدم اختبارات المسافة البادئة الدقيقة الأحمال في النطاق 0.01-2 نيوتن (حوالي 1-203 gf) ؛ وفي الوقت نفسه ، تستخدم اختبارات المسافة البادئة الكلية أكثر من 10 N (10119 gf) 1.
لتقييم ميزات الأنسجة الصلبة للأسنان في أمراض الفم ، بما في ذلك الأسنان والعظام السنخية ، يتم استخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للتحليل الهيكلي. يوفر μCT معلومات التصوير ثلاثية الأبعاد (الحجم والكثافة المعدنية)2 ، وينتج SEM صورا مجهرية (منشور المينا وفجوة عظمية قنوية)3. استكمالا للتحليل الهيكلي بواسطة μCT و SEM ، تعد الصلابة الدقيقة واحدة من المعلمات المفيدة لتقييم كيفية تغيير التغييرات الهيكلية للخصائص الميكانيكية للأسنان والعظام السنخية في أمراض الفم ، على سبيل المثال ، تشوه المينا وارتشاف العظام اللثوية. قيمة صلابة فيكرز الدقيقة للمينا البشرية (HV = 283-374) أعلى بحوالي 4 إلى 5 مرات من قيمة العاج (HV = 53-63) 4,5. في نماذج تسمم الأسنان بالفلور القوارض ، تنخفض صلابة المينا الدقيقة بشكل كبير في قواطع الفئران المعالجة بالفلورايد (HV = 136) مقارنة بمينا التحكم (HV = 334) 6,7. هذا يشير إلى أن المينا المفلورة أكثر ليونة وأضعف مع محتوى معدني أقل ومحتوى بروتين أعلى من الموجود في المينا غير المفلورة. يستخدم الصلابة الدقيقة لتقييم الخواص الميكانيكية للعظام. فحصت العديد من الدراسات السابقة السلوك الميكانيكي للعظام البشرية من مواقع تشريحية مختلفة ، بما في ذلك الصلابة الدقيقة للعظامالطويلة 8،9،10. أظهر متوسط الصلابة الدقيقة لعظم الفخذ المفلور البشري انخفاضا كبيرا (HV = 222.4) مقارنة بعظم الفخذ غير المفلور (HV = 294.4)11. على الرغم من كونها معلمة مفيدة ، إلا أن هناك ندرة في الأدبيات التي تصف الصلابة الدقيقة (إما فيكرز12 أو Knoop 13,14) للعظام السنخية في أمراض الفم.
حتى الآن ، تم الإبلاغ عن طرق قياس الصلابة الدقيقة المتباينة. نظرا لأن قيم الصلابة الدقيقة تختلفبمقدار 15 اعتمادا على تحضير العينة (التلميع والسطح المستوي) وموقع المسافة البادئة ، يمكن أن تسبب البروتوكولات المتنوعة تناقضات بين الدراسات. يعد توحيد بروتوكول اختبار الصلابة الدقيقة أمرا ضروريا للتقييم المتسق والدقيق في نماذج أمراض الفم. في هذه الدراسة ، نوضح بروتوكولا موحدا لتحليل الصلابة الدقيقة في الأسنان والعظام السنخية في نموذج تسمم الأسنان بالفلور في الفئران ونموذج ارتشاف العظام اللثوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
يتم إجراء الصلابة الدقيقة لتقييم الخواص الميكانيكية للأنسجة الصلبة مثل الأسنان والعظام. حتى الآن ، تم الإبلاغ عن طرق قياس الصلابة الدقيقة المتباينة. من المحتمل أن تكون معظم معلومات القياس ، وخاصة مستحضرات العينات ومواقع المسافة البادئة غير كافية. ركزت هذه الدراسة على بروتوكول الصلابة ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم البحث الوارد في هذا المنشور من قبل JSPS KAKENHI JP21K09915 (MO) والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة. T34GM145509 (MM) والمعهد الوطني لأبحاث الأسنان والقحف الوجهي ؛ R01DE025255 و R21DE032156 (XH) ؛ R01DE029709 و R21DE028715 و R15DE027851 (المعارف التقليدية)؛ R01DE027648 و K02DE029531 (MS).
Materials
| Braided Silk Suture 6-0 | Teleflex | ||
| Canica Small Animal Surgery System | Kent Scientific Corporation | SURGI 5001 | |
| CarbiMet PSA 120/P120 | Buehler | 30080120 | |
| CarbiMet PSA 60/P60 | Buehler | 36080060 | |
| CarbiMet PSA 600/P1200 | Buehler | 36080600 | |
| Castroviejo Micro Needle hilder | F.S.T | 12060-01 | |
| Epofix cold setting embeding Resin | Electron Microscopey Science | CAT-1237 | |
| Fisherbrand 112xx Series Advanced Ultrasonic Cleaner | Fisher Brand | FB11201 | |
| Fluoride-free Rodent diet | Bio Serv | F1515 | AIN-76A, 1/2" Pellets |
| in-vivo microCT Skyscan 1176 | Bruker | ||
| Isomet 1000 Precison saw | Buehler | MA112180 | |
| Lapping film 0.3µm | Maruto instrument co, LTD. Japan | 26-4203 | Alternative A3-0.3 SHT, 3M USA |
| Lapping film 1µm | Maruto instrument co, LTD. Japan | 26-4206 | Alternative A3-1 SHT, 3M USA |
| Lapping film 12µm | Maruto instrument co, LTD. Japan | 26-4211 | Alternative A3-12 SHT, 3M USA |
| Lapping film 3µm | Maruto instrument co, LTD. Japan | 26-4204 | Alternative A3-3 SHT, 3M USA |
| Lapping film 9µm | Maruto instrument co, LTD. Japan | 26-4201 | Alternative A3-9 SHT, 3M USA |
| Leica wild microscope | Leica | LEIC M690 | |
| Metaserv 2000 Variable speed Grinder polisher | Buehler | No: 557-MG1-1160 | |
| MicroCut PSA 1200/P2500 | Buehler | 36081200 | |
| MicroCut PSA P4000 | Buehler | 36084000 | |
| Microhardness tester, ALPHA-MHT-1000Z | PACE Technologies | ||
| SamplKups 1 inch | Buehler | No: 209178 | |
| Sodium Fluoride | Fisher Scientific | S299-100 | |
| West cott Stitch Scissor | JEDMED | Cat. #25-1180 | |
| ZooMed Repti Thern Undertank heater (U.T.H) | Zoo Med Laboratories, Inc. | RH-4 |
References
- Broitman, E. Indentation hardness measurements at macro-, micro-, and nanoscale: A critical overview. Tribol Lett. 65 (1), 23 (2017).
- Lee, M. J., et al. Sirt6 activation ameliorates inflammatory bone loss in ligature-induced periodontitis in mice. Int J Mol Sci. 24 (13), 10714 (2023).
- Min, J., et al. Investigation on the gradient nanomechanical behavior of dental fluorosis enamel. Nanoscale Res Lett. 13 (1), 347 (2018).
- Craig, R. G., Peyton, F. A. The micro-hardness of enamel and dentin. J Dent Res. 37 (4), 661-668 (1958).
- Chun, K., Choi, H., Lee, J. Comparison of mechanical property and role between enamel and dentin in the human teeth. J Dent Biomech. 5, (2014).
- Suzuki, M., Everett, E. T., Whitford, G. M., Bartlett, J. D. 4-phenylbutyrate mitigates fluoride-induced cytotoxicity in alc cells. Front Physiol. 8, 302 (2017).
- Sharma, R., et al. Assessment of dental fluorosis in mmp20 +/- mice. J Dent Res. 90 (6), 788-792 (2011).
- Wu, W. W., et al. Bone hardness of different anatomical regions of human radius and its impact on the pullout strength of screws. Orthop Surg. 11 (2), 270-276 (2019).
- Li, S., et al. Atlas of human skeleton hardness obtained using the micro-indentation technique. Orthop Surg. 13 (4), 1417-1422 (2021).
- Ibrahim, A., et al. Hardness an important indicator of bone quality, and the role of collagen in bone hardness. J Funct Biomater. 11 (4), 85 (2020).
- Vandana, K. L., Srishti Raj, B., Desai, R. Dental fluorosis and periodontium: An original research report of in vitro and in vivo institutional studies. Biol Trace Elem Res. 199 (10), 3579-3592 (2021).
- Xia, P. F., et al. Microcarriers containing "hypoxia-engine" for simultaneous enhanced osteogenesis and angiogenesis. Chemical Engineering Journal. 456, 141014 (2023).
- Chiu, R., et al. Effects of biglycan on physico-chemical properties of ligament-mineralized tissue attachment sites. Arch Oral Biol. 57 (2), 177-187 (2012).
- Leong, N. L., et al. Age-related adaptation of bone-pdl-tooth complex: Rattus-norvegicus as a model system. PLoS One. 7 (4), e35980 (2012).
- Johnson, W. M., Rapoff, A. J. Microindentation in bone: Hardness variation with five independent variables. J Mater Sci Mater Med. 18 (4), 591-597 (2007).
- Kweon, Y. S., et al. Effects of fam83h overexpression on enamel and dentine formation. Arch Oral Biol. 58 (9), 1148-1154 (2013).
- Boivin, G., et al. The role of mineralization and organic matrix in the microhardness of bone tissue from controls and osteoporotic patients. Bone. 43 (3), 532-538 (2008).
- Okamoto, M., et al. Microstructural evaluation of the mineralized apical barrier induced by a calcium hydroxide paste containing iodoform: A case report. J Endod. 2 (2), 243-251 (2024).
- Wang, Y., et al. B10 cells alleviate periodontal bone loss in experimental periodontitis. Infect Immun. 85 (9), e00335 (2017).
- Chen, Y., et al. Nlrp3 regulates alveolar bone loss in ligature-induced periodontitis by promoting osteoclastic differentiation. Cell Prolif. 54 (2), e12973 (2021).
- Robinson, J. W., et al. Male mice with elevated c-type natriuretic peptide-dependent guanylyl cyclase-b activity have increased osteoblasts, bone mass and bone strength. Bone. 135, 115320 (2020).
