Hier zeigen wir Schritt für Schritt ein überschaubares, kieferorthopädisches Zahnbewegungsprotokoll, das an einem murinen Oberkiefermodell operiert wird. Mit der expliziten Erklärung jedes Schritts und der visuellen Demonstration können Forscher dieses Modell beherrschen und es mit einigen Modifikationen auf ihre experimentellen Bedürfnisse anwenden.
Aufgrund des Mangels an reproduzierbaren Protokollen für die Erstellung eines kieferorthopädischen Modells der Maus präsentieren wir ein zuverlässiges und reproduzierbares Protokoll, um Forschern ein praktikables Werkzeug zur Analyse des mechanischen belastungsassoziierten Knochenumbaus an die Hand zu geben. Diese Studie enthält ein detailliertes Flussdiagramm sowie verschiedene Arten von schematischen Diagrammen, Betriebsfotos und Videos. Wir führten dieses Protokoll an 11 erwachsenen Breittyp-C57/B6J-Mäusen durch und sammelten Proben an den postoperativen Tagen 3, 8 und 14. Die Mikro-CT und die histopathologischen Daten haben den Erfolg von Zahnbewegungen in Verbindung mit dem Knochenumbau unter Verwendung dieses Protokolls bewiesen. Darüber hinaus haben wir gemäß den Mikro-CT-Ergebnissen an den Tagen 3, 8 und 14 die Knochenmodellierung in drei Phasen unterteilt: Vorbereitungsphase, Knochenresorptionsphase und Knochenaufbauphase. Es wird erwartet, dass diese Phasen Forschern, die sich mit verschiedenen Phasen befassen, helfen, die Probenentnahmezeit angemessen festzulegen. Dieses Protokoll kann Forschern ein Werkzeug an die Hand geben, um regenerative Analysen des Knochenumbaus durchzuführen.
Knochen ist ein hochaktives rekonstruiertes Gewebe, das seine Größe, Form und Eigenschaften während der gesamten Lebensdauer des Individuums anpasst 1,2. Neben Hormonen, Alterung, Ernährung und anderen biologischen oder biochemischen Faktoren3 hat sich die Vorstellung, dass die mechanische Belastung der bestimmendste Faktor ist, allgemein durchgesetzt 4,5. Unter bestimmten Umständen kann das Ungleichgewicht zwischen Knochenabbau und Knochenbildung bei abnormaler mechanischer Belastung zu abnormalem Knochenumbau und Knochenerkrankungen führen. Knochenerkrankungen wie Nichtgebrauch, Osteoporose und Knochenschwund während langfristiger Bettruhe oder in der Schwerelosigkeit bei Raumflügen stehen in engem Zusammenhang mit abnormaler mechanischer Belastung 6,7,8.
Mechanische Belastungen wurden auch zur Behandlung von Knochenerkrankungen wie Distraktionsbehandlungen und kieferorthopädischen Behandlungen eingesetzt. Die Distraktionsbehandlung wurde bei Entwicklungskrankheiten wie Kraniosynostose und Unterkieferhypoplasie eingesetzt 9,10, während die kieferorthopädische Behandlung häufig eingesetzt wurde, um abnormale Zahnstellungen und Zahnfehlstellungen zu korrigieren11. Der Kern der kieferorthopädischen Behandlung ist auch das Management der mechanischen Belastung. Wenn das Knochengewebe mechanisch belastet wird, wird ein hochgradig koordinierter Knochenumbauprozess durch Kopplung von Knochenresorption gefolgt von Knochenaufbau induziert, der Zähne bewegen kann, um den kieferorthopädischen Zweck zu erreichen12,13.
Obwohl die kieferorthopädische Behandlung in der klinischen Praxis weit verbreitet ist, sind die Ergebnisse der kieferorthopädischen Behandlung unkontrollierbar, da unser Wissen über die biologischen Auswirkungen mechanischer Belastungen begrenzt ist. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden mehrere Tiermodelle wie Maus, Ratte, Kaninchen, Katze, Hund, Affe und Schwein etabliert, um den zugrunde liegenden Mechanismus des mechanisch belastungsinduzierten Knochenumbaus zu untersuchen (Tabelle 1)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32. Große Tiere wie Hunde, Affen und Schweine haben bei kieferorthopädischen Operationen einige Vorteile gegenüber kleinen Tieren – sie haben menschenähnlichere Zähne und Gebisse, so dass der chirurgische Eingriff beim Menschen leicht zu replizieren ist. Darüber hinaus kann eine weite Sicht die Operationsschwierigkeit verringern und die Anwendung einer Vielzahl von kieferorthopädischen Schemata ermöglichen33,34. Große Tiere sind jedoch schwer zu bekommen, was zu Herausforderungen im Zusammenhang mit der Stichprobengröße führt, und sie unterliegen ethischen Einschränkungen35. Darüber hinaus erschweren routinemäßige Extraktionsverfahren und komplexe Instrumente die Durchführung der Experimente, wodurch große Tiere selten verwendet werden.
Unter solchen Umständen werden Nagetiere hauptsächlich zur Erstellung kieferorthopädischer Modelle verwendet. Unter diesen Modellen haben Ratten und Kaninchen im Vergleich zu Mäusen geringere Bedienschwierigkeiten und mehr Zahnbewegungsschemata. Das Mausmodell hat jedoch den einzigartigen Vorteil, dass eine große Anzahl genetisch veränderter Mäuse zur Verfügung steht, was besonders für die Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen entscheidend ist36. Das Mausmodell ist jedoch aufgrund seiner geringen Größe das am schwierigsten zu manipulierende Modell. Bei der Überprüfung der aktuellen Methoden ist das Verschieben des ersten Molaren in mesialer Richtung die einzige praktische Methode für ein kieferorthopädisches Modell. Zwei Vorrichtungen werden hauptsächlich verwendet, um die Zahnschraubenfeder und das Gummiband zu bewegen. Die Verwendung eines Gummibandes ist einfacher, aber die kieferorthopädische Kraft variiert stark, was es schwierig macht, stabile Ergebnisse zu erzielen.
Xu et al.15 haben ein Mausmodell mit einer Schraubenfeder am Unterkiefer etabliert. Aufgrund der Beweglichkeit des Unterkiefers und der obstruktiven Natur der Zunge ist die Operation am Oberkiefer jedoch sowohl intraoperativ als auch postoperativ immer die erste Wahl. Taddei et al.16 beschrieben vor 10 Jahren ein detaillierteres Protokoll am murinen Oberkiefer und es sollten mehr visuelle und durchsichtige Details hinzugefügt werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Protokoll systematisch ein detailliertes kieferorthopädisches Zahnbewegungsprotokoll in einem murinen Oberkiefermodell beschrieben hat, um den Forschern zu helfen, die Modellierungsmethode auf standardisierte Weise zu beherrschen und die vergleichende Bewertung zwischen verschiedenen Studien zu ermöglichen.
In dieser Arbeit haben wir versucht, das einfachste kieferorthopädische Zahnbewegungsprotokoll am murinen Oberkiefermodell Schritt für Schritt zu beschreiben, um die latenten Mechanismen des mechanisch belastungsinduzierten Knochenumbaus zu untersuchen. Neben der Forschung zum Knochenumbau gibt es einige andere Mainstream-Anwendungen dieser Methode: 1) methodische Forschung zur Beschleunigung der kieferorthopädischen Zahnbewegung; 2) Forschung zur kieferorthopädischen Wurzelresorption; 3) biologische Mechanismen der …
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde durch das Stipendium der National Natural Science Foundation of China unterstützt 82100982 an F.L.
Experimental Models: Mouse Lines | |||
C57/B6J | Gempharmatech Experimental Animals Company | C57/B6J | |
Critical Commercial Assays | |||
Hematoxylin and Eosin Stain Kit | Biosharp | BL700B | |
Masson’s Trichrome Stain Kit | Solarbio | G1340 | |
Instruments | |||
27 G needle | Chengdu Xinjin Shifeng Medical Apparatus & Instruments Co. LTD. | SB1-074(IV) | |
Adhesives | Minnesota Mining and Manufacturing Co., Ltd. | 41282 | |
Corkboard | DELI Group Co., Ltd. | 8705 | |
Cotton balls | Haishi Hainuo Group Co., Ltd. | 20120047 | |
Cotton sticks | Lakong Medical Devices Co., Ltd. | M6500R | |
Customized coil spring | Chengdu Mingxing Spring Co., Ltd. | 1109-02 | |
Forceps | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | none | |
Light-cured fluid resin | Shofu Dental Trading (SHANGHAI) Co., Ltd. | 518785 | |
Light curer | Liang Ya Dental Equipment Co., Ltd. | LY-A180 | |
Medical adhesive tapes | Haishi Hainuo Group Co., Ltd. | 0008-2014 | |
Medical non-woven fabric | Henan Yadu Industrial Co., Ltd. | 01011500018 | |
Needle holders | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | none | |
Rubber bands | Haishi Hainuo Group Co., Ltd. | 32X1 | |
Surgical scissors | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | none | |
Tweezers | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | none |