Mediciones de microdureza en hueso dental y alveolar en modelos de enfermedades orales en roedores
Summary
La microdureza es una propiedad mecánica y un parámetro informativo para evaluar la fisiopatología de los tejidos duros. Aquí, demostramos un protocolo estandarizado (preparación de muestras, pulido, superficie plana y sitios de indentación) para el análisis de microdureza en dientes y huesos alveolares en modelos de enfermedades orales en roedores, a saber, fluorosis dental y resorción ósea periodontal inducida por ligaduras.
Abstract
La propiedad mecánica, la microdureza, se evalúa en el esmalte dental, la dentina y el hueso en modelos de enfermedades orales, incluidas la fluorosis dental y la periodontitis. La micro-TC (μCT) proporciona información de imágenes en 3D (volumen y densidad mineral) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) produce imágenes de microestructura (esmalte, prisma y laguna ósea-canalicular). De forma complementaria al análisis estructural por μCT y SEM, la microdureza es uno de los parámetros informativos para evaluar cómo los cambios estructurales alteran las propiedades mecánicas. A pesar de ser un parámetro útil, los estudios sobre la microdureza del hueso alveolar en las enfermedades orales son limitados. Hasta la fecha, se han reportado métodos de medición de microdureza divergentes. Dado que los valores de microdureza varían en función de la preparación de la muestra (pulido y superficie plana) y de los sitios de indentación, los diversos protocolos pueden causar discrepancias entre los estudios. La estandarización del protocolo de microdureza es esencial para una evaluación consistente y precisa en modelos de enfermedades orales. En el presente estudio, demostramos un protocolo estandarizado para el análisis de microdureza en hueso dental y alveolar. Los especímenes utilizados son los siguientes: para el modelo de fluorosis dental, se recolectaron incisivos de ratones tratados con/sin agua que contenía fluoruro durante 6 semanas; para el modelo de resorción ósea periodontal inducida por ligadura (L-PBR), se recolectaron huesos alveolares con resorción ósea periodontal de ratones ligados en el2º molar maxilar. A las 2 semanas después de la ligadura, se recogió el maxilar. La dureza Vickers se analizó en estos especímenes de acuerdo con el protocolo estandarizado. El protocolo proporciona materiales y métodos detallados para la inclusión de resina, el pulido en serie y los sitios de indentación para incisivos y alveolares. Hasta donde sabemos, este es el primer protocolo de microdureza estandarizado para evaluar las propiedades mecánicas del diente y el hueso alveolar en modelos de enfermedades orales en roedores.
Introduction
La dureza es una de las propiedades mecánicas (por ejemplo, elasticidad, dureza, viscoelasticidad y comportamiento de fractura) y se usa comúnmente para caracterizar la capacidad de resistir la compresión, la deformación y la fractura de un área local de un material. La prueba de dureza de indentación estática es el método más utilizado, incluida la dureza Vickers y la dureza Knoop1. La prueba de dureza Vickers se implementa presionando un penetrador de diamante en la superficie bajo una carga de prueba fija. El penetrador tiene forma piramidal, con una base cuadrada y un ángulo de 136° entre caras opuestas. Se mide la longitud de ambas diagonales formadas en la superficie de ensayo y se utiliza el promedio para calcular la dureza, que se determina mediante la relación F/A (donde F es la fuerza y A es el área superficial de la indentación). El número de microdureza Vickers (HV=F/A) suele expresarse en kilogramos-fuerza (kgf) pormm2 de indentación, con 1 HV ≈ 0,1891 F/d2 (N/mm2). La dureza Knoop también consiste en un indentador piramidal cuadrado de diamante formado por dos ángulos opuestos desiguales. El número de dureza Knoop (HK) es igual a la relación entre la carga aplicada y el área de contacto proyectada. Los ensayos de dureza se clasifican en ensayos de microindentación (microdureza) y ensayos de macroindentación, en función de la fuerza aplicada al material de ensayo. Las pruebas de microindentación suelen utilizar cargas en el rango de 0,01-2 N (aproximadamente 1-203 gf); mientras tanto, las pruebas de macroindentación utilizan más de 10 N (10119 gf)1.
Para evaluar las características de los tejidos duros dentales en las enfermedades orales, incluidos los dientes y el hueso alveolar, se utilizan micro-CT (μCT) y microscopía electrónica de barrido (SEM) para el análisis estructural. La μCT proporciona información de imagen en 3D (volumen y densidad mineral)2, y el SEM produce imágenes de microestructura (prisma de esmalte y laguna canalicular ósea)3. Complementariamente al análisis estructural por μCT y SEM, la microdureza es uno de los parámetros informativos para evaluar cómo los cambios estructurales alteran las propiedades mecánicas del diente y el hueso alveolar en enfermedades orales, por ejemplo, malformación del esmalte y resorción ósea periodontal. El valor de microdureza Vickers del esmalte humano (HV = 283-374) es aproximadamente de 4 a 5 veces mayor que el de la dentina (HV = 53-63)4,5. En modelos de fluorosis dental en roedores, la microdureza del esmalte disminuye significativamente en los incisivos de ratón tratados con fluoruro (HV = 136) en comparación con el esmalte control (HV = 334)6,7. Esto sugiere que el esmalte fluorado es más suave y débil, con un menor contenido de minerales y un mayor contenido de proteínas que el que se encuentra en el esmalte no fluorado. La microdureza se utiliza para evaluar las propiedades mecánicas del hueso. Varios estudios previos han examinado el comportamiento mecánico del hueso humano a partir de diferentes sitios anatómicos, incluida la microdureza del hueso largo 8,9,10. La microdureza media de los fémures humanos fluorados mostró una disminución significativa (HV = 222,4) en comparación con los fémures no fluorados (HV = 294,4)11. A pesar de ser un parámetro útil, existe una escasez de literatura que describa la microdureza (Vickers12 o Knoop 13,14) del hueso alveolar en las enfermedades orales.
Hasta la fecha, se han reportado métodos de medición de microdureza divergentes. Dado que los valores de microdureza varían15 dependiendo de la preparación de la muestra (pulido y superficie plana) y del sitio de indentación, diversos protocolos pueden causar discrepancias entre los estudios. La estandarización del protocolo de pruebas de microdureza es esencial para una evaluación consistente y precisa en modelos de enfermedades orales. En el presente estudio, demostramos un protocolo estandarizado para el análisis de microdureza en hueso dental y alveolar en modelo de fluorosis dental en ratón y modelo de resorción ósea periodontal.
Protocol
Representative Results
Discussion
La microdureza se realiza para evaluar las propiedades mecánicas de tejidos duros como el diente y el hueso. Hasta la fecha, se han reportado métodos de medición de microdureza divergentes. Es probable que la mayor parte de la información de medición, especialmente la preparación de las muestras y los sitios de indentación, sea insuficiente. Este estudio se centró en el protocolo de microdureza para esmalte y hueso alveolar en modelos de fluorosis dental y enfermedades periodontales. Para obtener resultados consi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La investigación reportada en esta publicación fue apoyada por JSPS KAKENHI JP21K09915 (MO) y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales; T34GM145509 (MM) y el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial; R01DE025255 y R21DE032156 (XH); R01DE029709, R21DE028715 y R15DE027851 (CC.TT.); R01DE027648 y K02DE029531 (EM).
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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