설치류 구강 질환 모델에서 치아 및 폐포골에 대한 미세 경도 측정
Summary
미세경도는 기계적 특성이며 경질 조직 병태생리학을 평가하기 위한 정보 매개변수입니다. 여기에서는 설치류 구강 질환 모델에서 치아 및 치조골의 미세 경도 분석, 즉 치아 불소증 및 인자 유도 치주 골 흡수를 위한 표준화된 프로토콜(샘플 준비, 연마, 평평한 표면 및 압흔 부위)을 보여줍니다.
Abstract
기계적 특성인 미세 경도는 치아 불소증 및 치주염을 포함한 구강 질환 모델에서 치아 법랑질, 상아질 및 뼈에서 평가됩니다. Micro-CT(μCT)는 3D 이미징 정보(부피 및 미네랄 밀도)를 제공하고 주사전자현미경(SEM)은 미세구조 이미지(법랑질 프리즘 및 뼈 열공-수관)를 생성합니다. μCT 및 SEM에 의한 구조 분석을 보완하는 미세경도는 구조 변화가 기계적 특성을 어떻게 변화시키는지 평가하기 위한 정보 파라미터 중 하나입니다. 유용한 매개변수임에도 불구하고 구강 질환에서 치조골의 미세 경도에 대한 연구는 제한적입니다. 현재까지 다양한 미세경도 측정 방법이 보고되었습니다. 미세경도 값은 시료 전처리(연마 및 평평한 표면)와 압흔 부위에 따라 다르기 때문에 다양한 프로토콜로 인해 연구 간에 불일치가 발생할 수 있습니다. 미세경도 프로토콜의 표준화는 구강 질환 모델에서 일관되고 정확한 평가를 위해 필수적입니다. 본 연구에서는 치아 및 치조골의 미세경도 분석을 위한 표준화된 프로토콜을 보여줍니다. 사용된 표본은 다음과 같다: 치아 불소증 모델의 경우, 불소 함유 물을 6주 동안 처리하거나 사용하지 않은 마우스에서 앞니를 수집하였다; L-PBR(ligature-induced periodontal bone resorption) 모델의 경우, 치주골 흡수가 있는 치조골은 상악 2번째 어금니에 결찰된 마우스에서 수집되었습니다. 결찰 후 2주에 상악골을 채취했습니다. 비커스 경도는 표준화된 프로토콜에 따라 이 시편에서 분석되었습니다. 이 프로토콜은 수지 매립, 연속 연마 및 앞니와 치조골의 압흔 부위에 대한 자세한 재료와 방법을 제공합니다. 우리가 아는 한, 이것은 설치류 구강 질환 모델에서 치아와 치조골의 기계적 특성을 평가하기 위한 최초의 표준화된 미세경도 프로토콜입니다.
Introduction
경도는 기계적 특성(예: 탄성, 경도, 점탄성 및 파괴 거동) 중 하나이며 일반적으로 재료의 국소 영역의 압축 변형 및 파괴에 저항하는 능력을 특성화하는 데 사용됩니다. 정적 압입 경도 시험은 비커스 경도 및 누프 경도1을 포함하여 가장 많이 사용되는 방법입니다. 비커스 경도 시험은 고정 시험 하중 하에서 다이아몬드 압자를 표면으로 밀어 넣어서 구현됩니다. 압자는 피라미드 모양이며 바닥이 정사각형이고 반대쪽면 사이의 각도가 136°입니다. 시험 표면에 형성된 두 대각선의 길이를 측정하고 평균을 사용하여 경도를 계산하며, 이는 F/A 비율(여기서 F는 힘이고 A는 압흔의 표면적)에 의해 결정됩니다. 비커스 미세 경도 수 (HV = F / A)는 일반적으로 1 HV ≈ 0.1891 F / d2 (N / mm2)와 함께 mm2 압흔 당 킬로그램 힘 (kgf)으로 표시됩니다. Knoop 경도는 또한 두 개의 불균등한 대각으로 형성된 다이아몬드 정사각형 피라미드 압자로 구성됩니다. 누프 경도 번호(HK)는 투영된 접촉 면적에 적용된 하중의 비율과 같습니다. 경도 시험은 시험 재료에 가해지는 힘에 따라 마이크로 압입(microhardness) 시험과 거시 압입 시험으로 분류됩니다. 마이크로 압흔 시험은 일반적으로 0.01-2 N (약 1-203 gf) 범위의 하중을 사용합니다. 한편, 매크로 압흔 테스트는 10N(10119gf) 이상을 사용합니다1.
치아 및 치조골을 포함한 구강 질환에서 치아 경조직의 특징을 평가하기 위해 마이크로 CT(μCT) 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 구조 분석을 수행합니다. μCT는 3D 이미징 정보(부피 및 미네랄 밀도)2를 제공하고 SEM은 미세 구조 이미지(법랑질 프리즘 및 뼈 열공-수관)3를 생성합니다. μCT 및 SEM에 의한 구조 분석을 보완하는 미세 경도는 구조적 변화가 구강 질환에서 치아 및 치조골의 기계적 특성(예: 법랑질 기형 및 치주골 흡수)을 어떻게 변화시키는지 평가하기 위한 정보 매개변수 중 하나입니다. 인간 법랑질(HV = 283-374)의 비커스 미세경도 값은 상아질(HV = 53-63)4,5보다 약 4-5배 높습니다. 설치류 치과불소증 모델에서, 대조군 법랑질(HV = 334)에 비해 불소로 처리된 마우스 앞니(HV = 136)에서 법랑질 미세경도가 현저히 감소합니다6,7. 이것은 불소화된 법랑질이 불소화되지 않은 법랑질에서 발견되는 것보다 더 부드럽고 약하며 미네랄 함량이 낮고 단백질 함량이 높다는 것을 시사합니다. 미세 경도는 뼈의 기계적 특성을 평가하는 데 사용됩니다. 이전의 여러 연구에서는 긴 뼈 미세 경도 8,9,10을 포함하여 다양한 해부학적 부위에서 인간 뼈의 기계적 거동을 조사했습니다. 인간 형광화 대퇴골의 평균 미세경도는 비불소화 대퇴골(HV = 294.4)에 비해 유의한 감소(HV = 222.4)를 보였습니다11. 유용한 매개 변수임에도 불구하고 구강 질환에서 폐포골의 미세 경도 (Vickers12 또는 Knoop 13,14)를 설명하는 문헌은 부족합니다.
현재까지 다양한 미세경도 측정 방법이 보고되었습니다. 미세경도 값은 시료 전처리(연마 및 평평한 표면)와 압흔 부위에 따라15 달라지기 때문에 다양한 프로토콜로 인해 연구 간에 불일치가 발생할 수 있습니다. 미세경도 검사 프로토콜의 표준화는 구강 질환 모델에서 일관되고 정확한 평가를 위해 필수적입니다. 본 연구에서는 마우스 치아 불소증 모델 및 치주골 흡수 모델에서 치아 및 치조골의 미세경도 분석을 위한 표준화된 프로토콜을 보여줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
미세경도는 치아 및 뼈와 같은 경질 조직의 기계적 특성을 평가하기 위해 수행됩니다. 현재까지 다양한 미세경도 측정 방법이 보고되었습니다. 대부분의 측정 정보, 특히 시료 전처리 및 압흔 부위는 불충분할 수 있습니다. 이 연구는 치과 불소증 및 치주 질환 모델에서 법랑질 및 폐포 뼈에 대한 미세 경도 프로토콜에 중점을 두었습니다. 일관되고 정확한 결과를 얻기 위해 이 프로토콜의 중요한 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 간행물에 보고된 연구는 JSPS KAKENHI JP21K09915(MO) 및 National Institute of General Medical Sciences의 지원을 받았습니다. T34GM145509 (MM) 및 국립 치과 및 두개안면 연구소 (National Institute of Dental and Craniofacial Research); R01DE025255 및 R21DE032156(XH); R01DE029709, R21DE028715 및 R15DE027851(TK); R01DE027648 및 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
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