Misurazioni di microdurezza su dente e osso alveolare in modelli di malattia orale dei roditori
Summary
La microdurezza è una proprietà meccanica e un parametro informativo per la valutazione della fisiopatologia dei tessuti duri. Qui, dimostriamo un protocollo standardizzato (preparazione del campione, lucidatura, superficie piana e siti di indentazione) per l’analisi della microdurezza nell’osso dentale e alveolare in modelli di malattia orale dei roditori, vale a dire, fluorosi dentale e riassorbimento osseo parodontale indotto dalla legatura.
Abstract
La proprietà meccanica, la microdurezza, viene valutata nello smalto dentale, nella dentina e nell’osso nei modelli di malattie orali, tra cui la fluorosi dentale e la parodontite. La micro-CT (μCT) fornisce informazioni di imaging 3D (volume e densità minerale) e la microscopia elettronica a scansione (SEM) produce immagini di microstruttura (prisma dello smalto e lacuna-canalicolare ossea). A complemento dell’analisi strutturale mediante μCT e SEM, la microdurezza è uno dei parametri informativi per valutare come i cambiamenti strutturali alterano le proprietà meccaniche. Nonostante sia un parametro utile, gli studi sulla microdurezza dell’osso alveolare nelle malattie orali sono limitati. Ad oggi, sono stati segnalati metodi di misurazione della microdurezza divergenti. Poiché i valori di microdurezza variano a seconda della preparazione del campione (lucidatura e superficie piana) e dei siti di indentazione, protocolli diversi possono causare discrepanze tra gli studi. La standardizzazione del protocollo di microdurezza è essenziale per una valutazione coerente e accurata nei modelli di malattia orale. Nel presente studio, dimostriamo un protocollo standardizzato per l’analisi della microdurezza nei denti e nell’osso alveolare. I campioni utilizzati sono i seguenti: per il modello di fluorosi dentale, gli incisivi sono stati raccolti da topi trattati con/senza acqua contenente fluoro per 6 settimane; per il modello di riassorbimento osseo parodontale indotto dalla legatura (L-PBR), le ossa alveolari con riassorbimento osseo parodontale sono state raccolte da topi legati sul 2° molare mascellare. A 2 settimane dalla legatura, la mascella è stata raccolta. La durezza Vickers è stata analizzata in questi campioni secondo il protocollo standardizzato. Il protocollo fornisce materiali e metodi dettagliati per l’inclusione della resina, la lucidatura seriale e i siti di indentazione per incisivi e alveolari. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo protocollo standardizzato di microdurezza per valutare le proprietà meccaniche del dente e dell’osso alveolare nei modelli di malattia orale dei roditori.
Introduction
La durezza è una delle proprietà meccaniche (ad esempio, elasticità, durezza, viscoelasticità e comportamento alla frattura) ed è comunemente usata per caratterizzare la capacità di resistere alla deformazione da compressione e alla frattura di un’area locale di un materiale. Il test di durezza dell’indentazione statica è il metodo più utilizzato, inclusa la durezza Vickers e la durezza Knoop1. Il test di durezza Vickers viene implementato premendo un penetratore di diamante nella superficie sotto un carico di prova fisso. Il penetratore è a forma piramidale, con una base quadrata e un angolo di 136° tra le facce opposte. Viene misurata la lunghezza di entrambe le diagonali formate sulla superficie di prova e la media viene utilizzata per calcolare la durezza, che è determinata dal rapporto F/A (dove F è la forza e A è la superficie dell’impronta). Il numero di microdurezza Vickers (HV=F/A) è solitamente espresso in chilogrammi-forza (kgf) per mm2 indentazione, con 1 HV ≈ 0,1891 F/d2 (N/mm2). La durezza Knoop consiste anche in un penetratore a piramide quadrata diamantata formato da due angoli opposti disuguali. Il numero di durezza Knoop (HK) è uguale al rapporto tra il carico applicato e l’area di contatto proiettata. Le prove di durezza sono classificate in prove di microindentazione (microdurezza) e prove di macroindentazione, a seconda della forza applicata al materiale di prova. I test di microindentazione utilizzano tipicamente carichi nell’intervallo 0,01-2 N (circa 1-203 gf); nel frattempo, i test di macroindentazione utilizzano oltre 10 N (10119 gf)1.
Per valutare le caratteristiche dei tessuti duri dentali nelle malattie orali, inclusi denti e osso alveolare, per l’analisi strutturale vengono utilizzate la micro-TC (μCT) e la microscopia elettronica a scansione (SEM). La μCT fornisce informazioni di imaging 3D (volume e densità minerale)2 e il SEM produce immagini di microstruttura (prisma dello smalto e lacuna-canalicolare ossea)3. Parallelamente all’analisi strutturale mediante μCT e SEM, la microdurezza è uno dei parametri informativi per valutare come i cambiamenti strutturali alterano le proprietà meccaniche del dente e dell’osso alveolare nelle malattie orali, ad esempio la malformazione dello smalto e il riassorbimento osseo parodontale. Il valore di microdurezza Vickers dello smalto umano (HV = 283-374) è da 4 a 5 volte superiore a quello della dentina (HV = 53-63)4,5. Nei modelli di fluorosi dentale dei roditori, la microdurezza dello smalto diminuisce significativamente negli incisivi di topo trattati con fluoro (HV = 136) rispetto allo smalto di controllo (HV = 334)6,7. Ciò suggerisce che lo smalto fluorurato è più morbido e più debole con un contenuto di minerali inferiore e un contenuto proteico più elevato rispetto a quello che si trova nello smalto non fluoro. La microdurezza viene utilizzata per valutare le proprietà meccaniche dell’osso. Diversi studi precedenti hanno esaminato il comportamento meccanico dell’osso umano da diversi siti anatomici, inclusa la microdurezza dell’osso lungo 8,9,10. La microdurezza media dei femori fluorurati umani ha mostrato una diminuzione significativa (HV = 222,4) rispetto ai femori non fluorosati (HV = 294,4)11. Nonostante sia un parametro utile, c’è una scarsità di letteratura che descrive la microdurezza (Vickers12 o Knoop 13,14) dell’osso alveolare nelle malattie orali.
Ad oggi, sono stati segnalati metodi di misurazione della microdurezza divergenti. Poiché i valori di microdurezza varianodi 15 a seconda della preparazione del campione (lucidatura e superficie piana) e del sito di indentazione, protocolli diversi possono causare discrepanze tra gli studi. La standardizzazione del protocollo di test di microdurezza è essenziale per una valutazione coerente e accurata nei modelli di malattie orali. Nel presente studio, dimostriamo un protocollo standardizzato per l’analisi della microdurezza nel dente e nell’osso alveolare nel modello di fluorosi dentale murino e nel modello di riassorbimento osseo parodontale.
Protocol
Representative Results
Discussion
La microdurezza viene eseguita per valutare le proprietà meccaniche dei tessuti duri come denti e ossa. Ad oggi, sono stati segnalati metodi di misurazione della microdurezza divergenti. La maggior parte delle informazioni di misurazione, in particolare le preparazioni dei campioni e i siti di indentazione, sono probabilmente insufficienti. Questo studio si è concentrato sul protocollo di microdurezza per lo smalto e l’osso alveolare nei modelli di fluorosi dentale e malattie parodontali. Per ottenere risultati coerent…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata supportata da JSPS KAKENHI JP21K09915 (MO) e dal National Institute of General Medical Sciences; T34GM145509 (MM) e l’Istituto Nazionale di Ricerca Dentale e Craniofacciale; R01DE025255 e R21DE032156 (XH); R01DE029709, R21DE028715 e R15DE027851 (TK); R01DE027648 e 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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