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Biology

L'istituzione di un modello murino di guarigione dell'orbita di estrazione molare mandibolare

Published: January 13, 2023 doi: 10.3791/64855

Summary

Questo protocollo dimostra i dettagli passo-passo su come estrarre il primo molare mandibolare nel topo. Fornisce un metodo alternativo per i ricercatori che si concentrano sulla guarigione e la rigenerazione della mandibola.

Abstract

Questo studio introduce lo sviluppo di un modello di estrazione molare nella mandibola murina per fornire un modello praticabile per lo studio della rigenerazione ossea alveolare e dell'ossificazione intramembranosa. I topi C57/J6 sono stati utilizzati per estrarre il primo molare mandibolare per stabilire questo modello. Sono stati eutanasizzati e le mandibole bilaterali raccolte, rispettivamente a 1 settimana e 4 settimane dopo l'intervento. La successiva raccolta stereoscopica seriale, la valutazione istologica e la colorazione con immunofluorescenza sono state eseguite per dimostrare il successo della chirurgia. Subito dopo l'intervento chirurgico, le immagini stereoscopiche mostravano una presa di estrazione vuota. L'ematossilina e l'eosina (H & E) a 1 settimana e la colorazione Masson a 4 settimane dopo l'intervento chirurgico hanno mostrato che l'area della radice originale era parzialmente e completamente riempita con trabecole ossee, rispettivamente. La colorazione con immunofluorescenza ha mostrato che, rispetto al lato omeostasi, l'espressione di Sp7 è aumentata a 1 settimana dopo l'intervento, suggerendo un'osteogenesi vigorosa nella fossa alveolare. Tutti questi risultati hanno dimostrato un modello praticabile di guarigione dell'alveolo di estrazione del dente murino. I prossimi studi che rivelano i meccanismi di guarigione dei difetti dell'osso mascellare o della guarigione dell'alveolo potrebbero adottare questo metodo.

Introduction

La guarigione dell'alveolo dopo l'estrazione del dente è uno scenario clinico comune, che può causare complicazioni sconvenienti come emorragia dell'orbita, presa secca o persino osteomielite della mascella in caso di guarigione indesiderata 1,2,3. Queste comorbidità possono compromettere la qualità della vita dei pazienti e, peggio ancora, sfidare in modo vitale la riabilitazione protesica a causa della massiccia perdita ossea4. Sebbene le fasi di guarigione dell'alveolo siano state chiarite, sono inadeguate per dirigere l'assistenza clinica post-chirurgia di estrazione dentale quando si incontrano varie sfide prognosi4.

Sono stati condotti diversi studi basati su modelli animali per ottenere una migliore comprensione dei meccanismi sottostanti nel processo di guarigione dell'alveolo e prevenire le situazioni di cui sopra. Sp7 è un regolatore principale nella differenziazione degli osteoblasti, svolgendo un ruolo vitale nello sviluppo dello scheletro, nell'emostasi ossea e nella rigenerazione ossea 5,6. I modelli di guarigione delle prese razionali potrebbero mostrare la ridondanza di Sp7 post-traumatica nella rigenerazione ossea. Inoltre, a differenza della guarigione delle fratture ossee lunghe, solo un singolo processo osteogenico, l'ossificazione intramembranosa, comporta il processo di guarigione della presa di estrazione7. Ciò rende il modello di estrazione del dente animale ottimale per lo studio di terapie basate su impianti, poiché l'osteointegrazione dell'impianto obbedisce alla stessa regola osteogenica8.

Per decenni, il modello di estrazione dei denti è stato eseguito su ratti, conigli e cani, poiché queste specie hanno denti grandi che sono convenienti per operare su 9,10,11. Tuttavia, date le fiorenti richieste di modificazione genetica e come background genetico più adattabile agli esseri umani, i topi vengono sempre più utilizzati per stabilire un modello di estrazione dei denti. Da quel momento in poi, i ricercatori potrebbero svelare il ruolo di una specifica popolazione cellulare nel processo di guarigione della presa usando topi modificati dal genoma invece di osservare fenotipi solo12. Tra i modelli di presa per l'estrazione dei denti murini, studi precedenti hanno dimostrato l'istituzione e il processo di guarigione del dente masculare murino e delle prese di estrazione degli incisivi13,14,15,16. Tuttavia, il modello di guarigione della prognosi e i punti temporali detective e osservativi possono differire tra i protocolli. Questo fa appello a un criterio universale per gli studiosi per stabilire un modello di guarigione della presa murina.

Questo studio mirava a costituire un modello praticabile di guarigione della presa murina per i problemi di cui sopra. I molari della mandibola nei topi hanno tratti morfologici distintivi rispetto ai molari mascellari e agli incisivi, portando vantaggi e svantaggi unici. Poiché i modelli incentrati sulla mandibola murina sono attualmente basati sul vuoto, questo protocollo ha cercato di fornire un metodo compiuto per estrarre il primo molare mandibolare nei topi. Speriamo che questo protocollo illumini i ricercatori di base con nuove idee per scoprire i meccanismi sottostanti della guarigione delle prese e indicare la cura clinica.

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Protocol

Tutte le procedure animali in questo studio sono state esaminate e approvate dal Comitato etico della West China School of Stomatology, Sichuan University (WCHSIRB-D-2017-041). Per il presente studio sono stati utilizzati topi adulti C57BL/6, ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali).

1. Preparazione prechirurgica

  1. Preparazione dello strumento
    1. Preparare vari aghi di siringhe monouso (26G, 25G, 23G; vedi Tabella dei materiali) da utilizzare come ascensori. Inflettere la testa dell'ago di circa 20°-40°, come mostrato nella Figura 1.
    2. Preparare pinzette oftalmiche dentate come pinze. Assicurati che si adatti alle dimensioni dei molari dei topi e possa afferrare saldamente i molari. La dimensione ideale della pinzetta è mostrata in Figura 1A, B3.
    3. Procurarsi un elastico (che può essere strappato da un guanto medico in lattice) da utilizzare come apri bocca, un pannello di schiuma o un sughero come piattaforma chirurgica, una lampada frontale per illuminare l'area chirurgica e una piastra riscaldante per il risveglio postoperatorio. Strappare un batuffolo di cotone asciutto in piccoli pezzi e applicarlo al sito chirurgico se si verifica sanguinamento durante la procedura.
  2. Preparazione all'anestesia
    1. Il topo può essere anestetizzato da qualsiasi protocollo anestetico adatto che raggiunga l'anestesia generale confermata attraverso il metodo "pizzico del piede". Dopo l'anestesia, applicare un unguento veterinario sugli occhi del topo.
      NOTA: Il protocollo di anestesia generale preferito potrebbe essere: induzione e mantenimento con xilazina (10 mg/kg) e ketamina (100 mg/kg) per via intraperitoneale (IP);
      Per questo studio, l'isoflurano e l'1% di pentobarbital sodico (50 mg/kg, IP) sono stati utilizzati per l'induzione e il mantenimento dell'anestesia con dosi aggiuntive secondo necessità.
  3. Preparazione per la disinfezione e la sterilizzazione
    1. Disinfettare la piattaforma operativa e la sostra all'aperto con uno spruzzatore di etanolo al 75%. Prima di ogni procedura del mouse, si raccomanda l'uso di un nuovo set di aghi monouso.
      NOTA: Le pinzette dentate sono riutilizzabili e possono essere sterilizzate utilizzando qualsiasi metodo preferito come la sterilizzazione a vapore.

2. Processo chirurgico

  1. Fissazione del topo e della sua mandibola
    1. Legare il mouse a una piattaforma chirurgica in posizione supina usando del nastro adesivo. Appuntare due aghi da 26 G in linea con il piano orbitale dell'orecchio e altri due aghi da 26 G a proprio agio sotto la mandibola.
    2. Applicare l'elastico intorno agli aghi e incrociare gli incisivi per tenere la bocca aperta. Tirare leggermente fuori la lingua e fissarla sotto l'elastico opposto al lato chirurgico, per evitare che ostruisca il campo visivo (Figura 1C).
  2. Eliminazione della resistenza distale
    1. Tenere il molare con una pinzetta mesialmente, forzare un ago da 23 G nell'osso alveolare buccale della radice distale e rendere un intervallo.
      NOTA: Questo passaggio deve essere preso con molta cautela, poiché un ago che è incorporato troppo in profondità probabilmente farà scattare la radice.
    2. Quindi, passare a un ago da 25 G per continuare ad espandere l'intervallo e progredire delicatamente verso l'area periapicale mentre si ruota lentamente l'ago in avanti e lingualmente (con la posizione anatomica del topo) per premere la radice fuori dalla fossa alveolare.
  3. Eliminazione della resistenza mesiale
    1. Quando c'è abbastanza spazio, utilizzare un ago da 23 G da inserire nella forcella della radice e sollevare occlusalmente il molare. Dopo aver tenuto saldamente il molare, prendere un altro ago da 23 G e forzarlo nella membrana parodontale mesiale linguale per creare un intervallo.
    2. Quindi, sostituire con un ago da 25 G e ruotare lentamente in avanti e buccalmente. Se alcuni ostacoli sottostanti impediscono la lussazione del molare, utilizzare un ago da 26 G per penetrare nell'apice della radice e ripetere le operazioni.
  4. Estrazione finale
    1. Estrarre il dente e, durante l'estrazione, assicurarsi che la corona si alzi in alto sopra il piano occlusale e che due radici intatte possano essere chiaramente visibili.
      NOTA: La lussazione (lussazione) del dente è considerata il momento più doloroso e angosciante della procedura. Prima di dislocare il dente, la profondità dell'anestetico deve essere rivalutata utilizzando il test del pizzicamento della punta e, di conseguenza, deve essere somministrata una dose moderata di un agente anestetico, se necessario.
  5. Assistenza post-operatoria
    1. Dopo aver estratto il dente, applicare cotone asciutto per fermare il sanguinamento, riposizionare la lingua, somministrare carprofen (5 mg / kg) per via sottocutanea e mettere il topo su una piastra riscaldante a temperatura costante fino al recupero dall'anestesia.

3. Imaging della mandibola del topo e della presa di estrazione

  1. Preparazione dei campioni
    1. Eutanasia del topo per dislocazione cervicale. Usa le forbici oftalmiche per tagliare i muscoli dello scheletro attaccati alla mandibola e all'arco zigomatico. Tagliare dalla gola lungo il bordo inferiore della mandibola fino al ramo ascendente e poi alla parte posteriore del condilo, quindi tirare la mandibola verso il basso e tagliare lungo la linea mediana dell'incisivo inferiore. In questo modo, vengono raccolte le due mandibole separate.
    2. Eseguire fissazione, demineralizzazione e disidratazione seguendo la procedura standard17. Quando incorporate17, assicuratevi che il piano occlusale sia parallelo al bordo della cassetta (vedere Tabella dei materiali). Fissare la mandibola sul fondo della cassetta, con il bordo inferiore armato (Figura 2).
      NOTA: Questo protocollo offre il piano sagittale dell'area della mandibola.
  2. Fissaggio del campione sul microtomo
    1. Regolare il morsetto del campione nel microtomo per sporgere il condilo e il lato della corona di 5°-20° in più, per ottenere un'immagine integrata della polpa della corona concomitante con la polpa della radice (Figura 2).
  3. Preparazione delle sezioni
    NOTA: Il condilo è sempre la prima struttura anatomica ad essere tagliata. Quando svanisce, l'area molare può essere tagliata in diverse fette.
    1. Spostare l'intervallo del microtomo a 5 μm, raccogliere ogni otto fette e cercare la dentina nell'ultima fetta. Se la dentina corona appare per la prima volta senza alcuna dentina apicale della radice, regolare il morsetto del campione per far sporgere l'area della radice e viceversa.
  4. Raccolta delle sezioni
    NOTA: L'angolo di taglio è appropriato fino a quando la dentina non è ugualmente raggiunta sia nella corona che nell'area apicale.
    1. Tagliare lungo questa direzione e guardare le fette al microscopio fino a quando la polpa dentale appare sia nella corona che nelle radici. Raccogliere le sezioni quando un contorno oscuro di molari appare sulla superficie del campione di paraffina17.

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Representative Results

Per chiarire l'uso pratico di questo metodo, il primo molare mandibolare destro di due topi C57BL / 6 sani (3 mesi, entrambi femmine) è stato estratto e seguito per 1 settimana e 4 settimane, rispettivamente. Le mandibole sinistre non danneggiate sono state utilizzate come controlli sani. La figura 1A mostra le caratteristiche specifiche dell'apparecchio chirurgico, tra cui aghi da 26-23 G e una pinzetta oftalmica dentata. L'ago da 26 G viene rimosso e piegato. L'ago da 25 G è piegato a circa 25° nel punto di riferimento. Gli aghi da 23 G sono il perno dell'intervento chirurgico e sono piegati a circa 25° e 35°, rispettivamente, nel punto di riferimento (Figura 1B1,B2). Le pinzette hanno un dente lungo 1 mm che si adatta alla forma dei molari murini (Figura 1B3). La figura 1C mostra lo stato del topo prima dell'intervento chirurgico. I punti chiave sono la posizione dei quattro perni intorno alla testa e il fissaggio della linguetta sotto l'elastico a sinistra.

La figura 3A mostra la posizione e la morfologia del primo molare mandibolare destro. La figura 3B indica che l'alveolo del dente viene immediatamente riempito con il coagulo post-estrazione. A 1 settimana e 2 settimane, i topi sono stati eutanasizzati, e le mandibole sono state demineralizzate, incorporate nella paraffina17 e sezionate a fette. La Figura 4A mostra il processo di guarigione della presa a 1 settimana. Si formarono alcune ossa trabecolari simili a spugna, ma il coagulo rimase. Nel processo di guarigione a 2 settimane (Figura 4B), la presa era completamente riempita con ossa di spugna, il che significa che la rigenerazione era approssimativamente completata. La colorazione con immunofluorescenza (IF) ha anche confermato i risultati della colorazione istopatologica. Nella Figura 5, la Sp7 è stata ampiamente espressa nelle cellule del midollo osseo, specialmente nel margine, che è il fronte di formazione ossea. Sotto lo stato di omeostasi, le ossa trabecolari erano coerenti e confluenti, con blocchi di cellule del midollo osseo cosparsi come isole. Tuttavia, a 1 settimana dopo l'intervento, numerose cellule che esprimono Sp7 hanno riempito la presa di estrazione, con osso trabecolare appena formato cosparso intorno. A 4 settimane dopo l'intervento chirurgico, la condizione si è invertita e si è trasformata di nuovo in osso trabecolare in gran parte fuso, e l'attività delle cellule che esprimono Sp7 è diminuita a un livello che si avvicina allo stato di omeostasi.

Figure 1
Figura 1: Le immagini degli oggetti degli apparecchi chirurgici e dei topi preparati alla chirurgia. (A) Gli apparecchi chirurgici consistevano principalmente di aghi da 26, 25 e 23 G e una pinzetta dentata. (B) Gli aghi erano piegati al punto preciso a 20°-40° (B1,2). Il dente delle pinzette deve avere una dimensione di circa 1 mm (B3). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Il diagramma di flusso della procedura dall'estrazione del dente al sezionamento. Questa immagine mostra un flusso schematico dall'estrazione del dente al sezionamento. Il primo molare mandibolare destro è stato estratto secondo il protocollo, quindi il topo è stato eutanasia e la mandibola è stata raccolta. Al momento della raccolta, la mandibola è stata immersa in POM al 4% per 24 ore, quindi nuovamente immersa in EDTA al 10%; Il fluido è stato rinnovato ogni giorno per 14 giorni. Successivamente, i campioni sono stati disidratati e incorporati in paraffina seguendo un protocollo universale. Il lato buccale o linguale deve essere rivolto verso il basso, poiché le fette del piano sagittale dovrebbero essere sezionate. Infine, quando si fissa il campione sul morsetto del campione, i lati del condilo e della corona devono essere sporgenti di 5°-20°. Abbreviazioni: POM = paraformaldeide; EDTA = acido etilendiamminamnico tetraacetico. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Immagini stereoscopiche del primo molare mandibolare del topo e della presa di estrazione. (A) Immagine stereoscopica del primo molare mandibolare destro, indicata dalla freccia gialla. (B) L'orbita di estrazione del primo molare mandibolare destro post-operatorio, indicata dalla freccia gialla. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Colorazione H&E. Colorazione H&E della presa di estrazione a (A) 1 settimana e (B) 4 settimane dopo l'intervento. Le frecce gialle indicano il secondo molare mandibolare in prossimità della guarigione della prima presa di estrazione molare. La linea rettangolare tratteggiata indica l'area della presa di estrazione molare di guarigione. Barre scala: 500 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Rilevamento di Sp7 tramite colorazione IF. Questa immagine mostra la distribuzione dell'espressione di Sp7 nelle cellule del midollo osseo della mandibola del topo e nell'osso trabecolare circostante in uno stato di omeostasi (controllo sano), rispettivamente 1 settimana e 4 settimane dopo l'intervento. La linea tratteggiata bianca contornava la scala stimata dell'osso trabecolare. Le frecce gialle indicavano le tipiche cellule che esprimono Sp7. Barre della scala: 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

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Discussion

Il modello di guarigione della presa murina è un metodo importante per svelare i meccanismi sottostanti nella guarigione e nella rigenerazione ossea, risolvendo in definitiva le sfide cliniche. Gli studi esistenti hanno dimostrato la possibilità del modello di estrazione degli incisivi e del modello di estrazione molare mascellare, mentre gli studi non hanno utilizzato il modello mandibolare del primo molare13,17,18. Tuttavia, gli incisivi sono cruciali per la vita dei roditori e la loro compromissione può essere fatale. Inoltre, poiché l'osso nella mascella è più spugnoso della mandibola, potrebbe esserci qualche dissomiglianza nei meccanismi sottostanti durante il processo di guarigione. Quindi, è necessario stabilire un modello fattibile di estrazione mandibolare del primo molare.

La considerazione più importante nell'estrazione del dente è evitare rotture alla radice19. I molari murini sono piccoli e vulnerabili e le radici residue nella mandibola non possono essere estratte. In questo protocollo, tuttavia, il rischio di rottura della radice esiste durante l'intero intervento chirurgico. Pertanto, è fondamentale tenere saldamente il molare e controllare rigorosamente la forza. Per essere specifici, quando si elimina la resistenza distale, bisogna fare attenzione a non scricchiolare la corona; quando si elimina la resistenza mesiale, è necessario essere cauti in modo che l'ago non salga dalla forcella della radice; Quando si utilizzano aghi per rendere gli intervalli, è importante ricordare che gli intervalli dovrebbero essere tra la radice e il processo alveolare, quindi non si dovrebbe applicare molta forza rotazionale, in quanto ciò può portare ad un alto rischio di rottura della radice.

L'estrazione del primo molare mandibolare murino è ardua e richiede un allenamento sufficiente per padroneggiarla. Durante l'operazione, possono verificarsi emergenze tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo: (1) Gli strumenti di estrazione dei denti tendono a scivolare e pugnalare i tessuti molli a causa della mobilità della mandibola e della lingua, che può causare sanguinamento da lieve a grave. In questo caso, si può depositare un batuffolo di cotone asciutto pulito in bocca, rilasciare l'elastico e lasciarlo chiudere spontaneamente per un po '. La compressione per fermare il sanguinamento non è suggerita, in quanto ciò può causare lacerazioni e sanguinamenti più ampi. (2) Gli operatori si trovano spesso di fronte a una scelta binaria sulla riserva della piastra ossea alveolare o sulla riserva della radice molare, poiché i primi molari sono strettamente uniti alla mandibola. Per alleviare questa forza di legame, l'operatore potrebbe rompere la placca ossea linguale o buccale; Altrimenti, una forza di rotazione feroce nella presa porta alla rottura delle radici. Se si sceglie di preservare la placca ossea dipende dall'obiettivo della ricerca. (3) L'estrazione del primo molare mandibolare può essere più traumatica del primo molare mascellare o dell'incisivo. Suggeriamo di guardare con attenzione fino a quando il topo non si sveglia dopo l'intervento chirurgico. (4) La radice mesiale del secondo molare mandibolare è vulnerabile a causa della limitata sala operatoria nell'area buccale; A volte, anche la corona del secondo molare può essere distrutta. Poiché l'assenza del secondo molare non influisce sull'osservazione della guarigione della prima presa di estrazione molare, questo incidente può essere ignorato. (5) Monitorare attentamente la profondità dell'anestesia del topo durante l'estrazione del dente, poiché questa è una procedura dolorosa sia per gli esseri umani che per i roditori. Somministrare agenti anestetici secondo necessità per mantenere un piano chirurgico di anestesia fino al completamento dell'estrazione. Inoltre, la pressione prolungata dall'elastico può causare privazione di ossigeno nella lingua, caratterizzata da membrane pallide. In questi casi, le operazioni devono essere immediatamente interrotte, con gli strumenti rimossi, consentendo al mouse di recuperare il tempo.
Nel loro insieme, gli operatori non qualificati possono inavvertitamente infliggere lesioni indesiderate ai topi, come elencato al punto 1. Al fine di garantire la sicurezza e il benessere di tutti gli animali da laboratorio, si raccomanda vivamente di condurre un'ampia pratica sui cadaveri murini prima di padroneggiare questa abilità ed eseguire procedure dal vivo su topi reali.

Sebbene questo protocollo fornisca un metodo alternativo per i ricercatori che si concentrano sulla guarigione e la rigenerazione della mandibola, presenta diversi inconvenienti. (1) La mandibola non può essere fissata e ha un'ampia flessibilità. Di conseguenza, gli ascensori sono difficili da mantenere un punto di azione costante sull'osso alveolare, causando alcune emergenze. (2) I topi maschi adulti hanno intensificato le ossa della mandibola, quindi eliminare la resistenza mesiale può essere difficile. (3) Il presente protocollo non si applica all'estrazione del primo molare mandibolare sinistro.

In conclusione, sebbene questo protocollo abbia dimostrato i dettagli dell'estrazione del primo molare mandibolare murino, gli operatori hanno ancora bisogno di molta pratica e cautela per eseguire un intervento chirurgico di successo.

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Disclosures

Tutti i dati e le immagini originali sono inclusi in questo documento. Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

Acknowledgments

Questo lavoro è supportato dalla National Natural Science Foundation of China 81825005 (L.Y.), 82201045 (F.Y.) e 82100982 (F.L.) e dal Sichuan Province Science and Technology Program 2021JDRC0144 (F.L.), 2022JDRC0130 (F.Y.).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
23/25/26 G needle Chengdu Xinjin Shifeng Medical Apparatus & Instruments Co. LTD. SB1-074(IV)
C57/B6J  Gempharmatech Experimental Animals Company, Chengdu, China C57/B6J
DAPI Staining Solution  Beyotime  Cat#C1005
Embedding Cassettes CITOTEST Scientific 80106-1100-16
Hematoxylin and Eosin Stain Kit Biosharp BL700B
Isoflurane RWD Life Science Co.,Ltd R510-22-10
Masson’s Trichrome Stain Kit Solarbio G1340
Microtome  Leica RM2235
Pentobarbital Sodium Huaxia Chemical Reagent Co., Ltd 2018042001
Rabbit polyclonal  anti-Sp7  Abcam Cat# ab22552
Tweezers Chengdu Xinjin Shifeng Medical Apparatus & Instruments Co. LTD. SB2-115

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Yu, C., Yu, F., Li, F., Ye, L. The Establishment of a Murine Mandibular Molar Extraction Socket Healing Model. J. Vis. Exp. (191), e64855, doi:10.3791/64855 (2023).

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