Mesures de microdureté sur les dents et l’os alvéolaire dans des modèles de maladies bucco-dentaires chez les rongeurs
Summary
La microdureté est une propriété mécanique et un paramètre informatif pour l’évaluation de la physiopathologie des tissus durs. Ici, nous démontrons un protocole standardisé (préparation d’échantillons, polissage, surface plane et sites d’indentation) pour l’analyse de la microdureté dans les dents et l’os alvéolaire dans des modèles de maladies bucco-dentaires de rongeurs, à savoir la fluorose dentaire et la résorption osseuse parodontale induite par la ligature.
Abstract
La propriété mécanique, la microdureté, est évaluée dans l’émail dentaire, la dentine et l’os dans des modèles de maladies bucco-dentaires, y compris la fluorose dentaire et la parodontite. La micro-tomodensitométrie (μCT) fournit des informations d’imagerie 3D (volume et densité minérale) et la microscopie électronique à balayage (MEB) produit des images de microstructure (prisme d’émail et os lacuna-canaliculaire). En complément de l’analyse structurelle par μCT et MEB, la microdureté est l’un des paramètres informatifs pour évaluer comment les changements structurels modifient les propriétés mécaniques. Bien qu’il s’agisse d’un paramètre utile, les études sur la microdureté de l’os alvéolaire dans les maladies bucco-dentaires sont limitées. À ce jour, des méthodes de mesure de microdureté divergentes ont été rapportées. Étant donné que les valeurs de microdureté varient en fonction de la préparation de l’échantillon (polissage et surface plane) et des sites d’indentation, divers protocoles peuvent entraîner des divergences entre les études. La normalisation du protocole de microdureté est essentielle pour une évaluation cohérente et précise dans les modèles de maladies buccales. Dans la présente étude, nous démontrons un protocole standardisé pour l’analyse de la microdureté dans les dents et l’os alvéolaire. Les échantillons utilisés sont les suivants : pour le modèle de fluorose dentaire, des incisives ont été prélevées sur des souris traitées avec ou sans eau contenant du fluorure pendant 6 semaines ; pour le modèle de résorption osseuse parodontale induite par la ligature (L-PBR), des os alvéolaires avec résorption osseuse parodontale ont été prélevés sur des souris ligaturées sur la 2emolaire maxillaire. 2 semaines après la ligature, le maxillaire a été prélevé. La dureté Vickers a été analysée dans ces éprouvettes selon le protocole normalisé. Le protocole fournit des matériaux et des méthodes détaillés pour l’incorporation de résine, le polissage en série et les sites d’indentation des incisives et des alvéolaires. À notre connaissance, il s’agit du premier protocole de microdureté standardisé permettant d’évaluer les propriétés mécaniques des dents et de l’os alvéolaire dans des modèles de maladies bucco-dentaires chez les rongeurs.
Introduction
La dureté est l’une des propriétés mécaniques (par exemple, l’élasticité, la dureté, la viscoélasticité et le comportement à la rupture) et est couramment utilisée pour caractériser la capacité à résister à la déformation par compression et à la rupture d’une zone locale d’un matériau. L’essai de dureté par indentation statique est la méthode la plus utilisée, y compris la dureté Vickers et la dureté Knoop1. L’essai de dureté Vickers est réalisé en pressant un pénétrateur diamanté dans la surface sous une charge d’essai fixe. Le pénétrateur est de forme pyramidale, avec une base carrée et un angle de 136° entre les faces opposées. La longueur des deux diagonales formées sur la surface d’essai est mesurée et la moyenne est utilisée pour calculer la dureté, qui est déterminée par le rapport F/A (où F est la force et A est la surface de l’indentation). L’indice de microdureté Vickers (HV=F/A) est généralement exprimé en kilogrammes-force (kgf) par mm2 d’indentation, avec 1 HV ≈ 0,1891 F/d2 (N/mm2). La dureté Knoop se compose également d’un pénétrateur pyramidal carré en diamant formé de deux angles opposés inégaux. L’indice de dureté Knoop (HK) est égal au rapport entre la charge appliquée et la surface de contact projetée. Les essais de dureté sont classés en essais de micro-indentation (microdureté) et en essais de macro-indentation, en fonction de la force appliquée au matériau d’essai. Les essais de micro-indentation utilisent généralement des charges comprises entre 0,01 et 2 N (environ 1 à 203 gf) ; pendant ce temps, les tests de macro-indentation utilisent plus de 10 N (10119 gf)1.
Pour évaluer les caractéristiques des tissus durs dentaires dans les maladies bucco-dentaires, y compris les dents et l’os alvéolaire, la micro-TDM (μCT) et la microscopie électronique à balayage (MEB) sont utilisées pour l’analyse structurelle. La tomodensitométrie fournit des informations d’imagerie 3D (volume et densité minérale)2, et la MEB produit des images de microstructure (prisme d’émail et os lacuna-canaliculaire)3. En complément de l’analyse structurale par μCT et MEB, la microdureté est l’un des paramètres informatifs pour évaluer comment les changements structurels modifient les propriétés mécaniques de la dent et de l’os alvéolaire dans les maladies bucco-dentaires, par exemple, la malformation de l’émail et la résorption osseuse parodontale. La valeur de microdureté Vickers de l’émail humain (HV = 283-374) est environ 4 à 5 fois supérieure à celle de la dentine (HV = 53-63)4,5. Dans les modèles de fluorose dentaire de rongeur, la microdureté de l’émail diminue significativement dans les incisives de souris traitées au fluorure (HV = 136) par rapport à l’émail témoin (HV = 334)6,7. Cela suggère que l’émail fluorosé est plus doux et plus faible, avec une teneur en minéraux plus faible et une teneur en protéines plus élevée que celle trouvée dans l’émail non fluorosé. La microdureté est utilisée pour évaluer les propriétés mécaniques osseuses. Plusieurs études antérieures ont examiné le comportement mécanique de l’os humain à partir de différents sites anatomiques, y compris la microdureté de l’os long 8,9,10. La microdureté moyenne des fémurs fluorés humains a montré une diminution significative (HV = 222,4) par rapport aux fémurs non fluorés (HV = 294,4)11. Bien qu’il s’agisse d’un paramètre utile, il existe une rareté de la littérature décrivant la microdureté (soit Vickers12 ou Knoop 13,14) de l’os alvéolaire dans les maladies bucco-dentaires.
À ce jour, des méthodes de mesure de microdureté divergentes ont été rapportées. Étant donné que les valeurs de microdureté varient de15 en fonction de la préparation de l’échantillon (polissage et surface plane) et du site d’indentation, divers protocoles peuvent entraîner des divergences entre les études. La normalisation du protocole d’essai de microdureté est essentielle pour une évaluation cohérente et précise dans les modèles de maladies buccales. Dans la présente étude, nous démontrons un protocole standardisé pour l’analyse de la microdureté dans la dent et l’os alvéolaire dans un modèle de fluorose dentaire de souris et un modèle de résorption osseuse parodontale.
Protocol
Representative Results
Discussion
La microdureté est réalisée pour évaluer les propriétés mécaniques des tissus durs comme les dents et les os. À ce jour, des méthodes de mesure de microdureté divergentes ont été rapportées. La plupart des informations de mesure, en particulier les préparations d’échantillons et les sites d’indentation, sont probablement insuffisantes. Cette étude s’est concentrée sur le protocole de microdureté de l’émail et de l’os alvéolaire dans des modèles de fluorose dentaire et de maladies parodontal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les recherches dont il est rendu compte dans cette publication ont été soutenues par JSPS KAKENHI JP21K09915 (MO) et l’Institut national des sciences médicales générales ; T34GM145509 (MM) et l’Institut national de recherches dentaires et craniofaciales ; R01DE025255 et R21DE032156 (XH) ; R01DE029709, R21DE028715 et R15DE027851 (TK) ; R01DE027648 et 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 |
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