Kemirgen Ağız Hastalığı Modellerinde Diş ve Alveol Kemiği Üzerinde Mikrosertlik Ölçümleri
Summary
Mikrosertlik, mekanik bir özelliktir ve sert doku patofizyolojisini değerlendirmek için bilgilendirici bir parametredir. Burada, kemirgen ağız hastalığı modellerinde diş ve alveol kemiğinde mikrosertlik analizi, yani dental florozis ve ligatür kaynaklı periodontal kemik rezorpsiyonu için standart bir protokol (numune hazırlama, parlatma, düz yüzey ve girinti bölgeleri) gösteriyoruz.
Abstract
Mekanik özellik olan mikro sertlik, dental florozis ve periodontitis dahil olmak üzere ağız hastalığı modellerinde diş minesi, dentin ve kemikte değerlendirilir. Mikro-BT (μCT) 3D görüntüleme bilgisi (hacim ve mineral yoğunluğu) sağlar ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) mikroyapı görüntüleri (mine prizması ve kemik lakuna-kanaliküler) üretir. μCT ve SEM ile yapısal analize ek olarak, mikro sertlik, yapısal değişikliklerin mekanik özellikleri nasıl değiştirdiğini değerlendirmek için bilgilendirici parametrelerden biridir. Yararlı bir parametre olmasına rağmen, ağız hastalıklarında alveol kemiğinin mikro sertliği ile ilgili çalışmalar sınırlıdır. Bugüne kadar, farklı mikrosertlik ölçüm yöntemleri rapor edilmiştir. Mikro sertlik değerleri, numune hazırlamaya (parlatma ve düz yüzey) ve girinti bölgelerine bağlı olarak değiştiğinden, çeşitli protokoller çalışmalar arasında tutarsızlıklara neden olabilir. Oral hastalık modellerinde tutarlı ve doğru değerlendirme için mikrosertlik protokolünün standardizasyonu esastır. Bu çalışmada, diş ve alveol kemiğinde mikrosertlik analizi için standart bir protokol gösterilmiştir. Kullanılan örnekler aşağıdaki gibidir: dental florozis modeli için, kesici dişler 6 hafta boyunca florür içeren su ile / florür içermeyen su ile tedavi edilen farelerden toplandı; ligatür ile indüklenen periodontal kemik rezorpsiyonu (L-PBR) modeli için, periodontal kemik rezorpsiyonu olan alveolar kemikler, maksiller 2. azı dişine bağlanan farelerden toplandı. Ligasyondan 2 hafta sonra maksilla toplandı. Vickers sertliği bu örneklerde standartlaştırılmış protokole göre analiz edildi. Protokol, kesici dişler ve alveolar için reçine gömme, seri parlatma ve girinti bölgeleri için ayrıntılı malzemeler ve yöntemler sağlar. Bildiğimiz kadarıyla, bu, kemirgen ağız hastalığı modellerinde diş ve alveol kemiğinin mekanik özelliklerini değerlendirmek için ilk standartlaştırılmış mikrosertlik protokolüdür.
Introduction
Sertlik, mekanik özelliklerden biridir (örneğin, elastikiyet, sertlik, viskoelastisite ve kırılma davranışı) ve yaygın olarak, bir malzemenin yerel bir alanının sıkıştırma deformasyonuna ve kırılmasına direnme yeteneğini karakterize etmek için kullanılır. Statik girinti sertliği testi, Vickers sertliği ve Knoop sertliği1 dahil olmak üzere en çok kullanılan yöntemdir. Vickers sertlik testi, sabit bir test yükü altında yüzeye bir elmas girintinin bastırılmasıyla gerçekleştirilir. Girinti piramit şeklindedir, kare bir tabana ve zıt yüzler arasında 136°’lik bir açıya sahiptir. Test yüzeyinde oluşturulan her iki köşegenin uzunluğu ölçülür ve ortalama, F/A oranı ile belirlenen sertliği hesaplamak için kullanılır (burada F kuvvet ve A, girintinin yüzey alanıdır). Vickers mikro sertlik sayısı (HV = F / A) genellikle mm2 girinti başına kilogram-kuvvet (kgf) cinsinden ifade edilir ve 1 HV ≈ 0.1891 F / d2 (N / mm2) ile. Knoop sertliği ayrıca iki eşit olmayan zıt açıdan oluşan bir elmas kare piramit girintiden oluşur. Knoop sertlik sayısı (HK), uygulanan yükün öngörülen temas alanına oranına eşittir. Sertlik testleri, test malzemesine uygulanan kuvvete bağlı olarak mikro indentasyon (mikro sertlik) testleri ve makro indentasyon testleri olarak sınıflandırılır. Mikro girinti testleri tipik olarak 0.01-2 N (yaklaşık 1-203 gf) aralığındaki yükleri kullanır; bu arada, makro girinti testleri 10 N’nin (10119 gf) üzerinde kullanır1.
Diş ve alveol kemiği dahil olmak üzere ağız hastalıklarında diş sert dokularının özelliklerini değerlendirmek için yapısal analiz için mikro-BT (μCT) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılır. μCT, 3D görüntüleme bilgisi (hacim ve mineral yoğunluğu) sağlar2 ve SEM, mikroyapı görüntüleri (mine prizması ve kemik lakuna-kanaliküler) üretir3. μCT ve SEM ile yapılan yapısal analize ek olarak, mikro sertlik, yapısal değişikliklerin diş ve alveol kemiğinin mekanik özelliklerini nasıl değiştirdiğini değerlendirmek için bilgilendirici parametrelerden biridir, örneğin mine malformasyonu ve periodontal kemik rezorpsiyonu. İnsan minesinin Vickers mikrosertlik değeri (HV = 283-374), dentininkinden (HV = 53-63) yaklaşık 4 ila 5 kat daha yüksektir4,5. Kemirgen dental florozis modellerinde, florür ile tedavi edilen fare kesici dişlerinde (HV = 136) mine mikro sertliği, kontrol minesine (HV = 334) kıyasla önemli ölçüde azalır6,7. Bu, florlu minenin, florozlu olmayan minede bulunandan daha düşük mineral içeriği ve daha yüksek protein içeriği ile daha yumuşak ve daha zayıf olduğunu göstermektedir. Mikrosertlik, kemiğin mekanik özelliklerini değerlendirmek için kullanılır. Önceki birkaç çalışma, uzun kemik mikrosertliği 8,9,10 dahil olmak üzere farklı anatomik bölgelerden insan kemiğinin mekanik davranışını incelemiştir. İnsan florlu uyluk kemiğinin ortalama mikro sertliği, florsuz uyluk kemiğine (HV = 294.4) kıyasla önemli bir azalma (HV = 222.4) göstermiştir11. Yararlı bir parametre olmasına rağmen, ağız hastalıklarında alveol kemiğinin mikrosertliğini (Vickers12 veya Knoop 13,14) tanımlayan literatür azdır.
Bugüne kadar, farklı mikrosertlik ölçüm yöntemleri rapor edilmiştir. Mikrosertlik değerleri, numune hazırlamaya (parlatma ve düz yüzey) ve girinti yerine bağlı olarak15 derece değiştiğinden, çeşitli protokoller çalışmalar arasında tutarsızlıklara neden olabilir. Oral hastalık modellerinde tutarlı ve doğru değerlendirme için mikrosertlik test protokolünün standardizasyonu esastır. Bu çalışmada, fare dental florozis modeli ve periodontal kemik rezorbsiyon modelinde diş ve alveol kemiğinde mikrosertlik analizi için standart bir protokol gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikrosertlik, diş ve kemik gibi sert dokuların mekanik özelliklerini değerlendirmek için yapılır. Bugüne kadar, farklı mikrosertlik ölçüm yöntemleri rapor edilmiştir. Ölçüm bilgilerinin çoğunun, özellikle numune hazırlıklarının ve girinti yerlerinin yetersiz olması muhtemeldir. Bu çalışmada dental florozis ve periodontal hastalıklar modellerinde mine ve alveol kemiği için mikrosertlik protokolü üzerinde durulmuştur. Tutarlı ve doğru sonuçlar elde etmek için, bu protokoldeki kritik ad…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu yayında bildirilen araştırmalar JSPS KAKENHI JP21K09915 (MO) ve Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü tarafından desteklenmiştir; T34GM145509 (MM) ve Ulusal Diş ve Kraniyofasiyal Araştırma Enstitüsü; R01DE025255 ve R21DE032156 (XH); R01DE029709, R21DE028715 ve R15DE027851 (TK); R01DE027648 ve 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).
