本文描述了一种改良的小鼠下颌第一磨牙拔除方法,并与传统方法进行了比较,以评估其操作效率和可重复性。该改良方法提高了操作的一致性,降低了建立小鼠下颌牙槽窝愈合模型时的技术难度。
本文描述了一种改良的小鼠下颌第一磨牙拔除方法,并与传统方法进行了比较,以评估其操作效率和可重复性。该改良方法提高了操作的一致性,降低了建立小鼠下颌牙槽窝愈合模型时的技术难度。
牙槽窝愈合模型(TSHM)是一种广泛用于研究骨再生分子机制的动物模型。尽管小鼠下颌TSHM在研究下颌特异性病理过程方面具有重要价值,但由于下颌磨牙区域的解剖和生物力学特性,该模型的建立在技术上仍具挑战性。本方案介绍了一种改良的小鼠下颌第一磨牙拔除方法,并将其与传统技术进行比较,以提高操作效率和可重复性。在受控实验条件下,改良方法将平均拔牙时间从29分钟显著缩短至10分钟。此外,改良组在拔牙相关并发症(包括牙根和牙槽骨骨折)方面发生率更低,表明操作一致性得到改善。显微计算机断层扫描(μCT)分析进一步显示,在早期愈合过程中,拔牙窝结构的保存更为完整。这些结果表明,改良拔牙方法在降低小鼠下颌牙齿拔除技术难度的同时,提高了操作效率和可重复性。该方案可能有助于更一致地建立小鼠下颌牙槽窝愈合模型,尤其适用于显微外科经验有限的研究人员。
牙槽骨愈合模型(TSHM)是研究骨再生的经典模型1。该模型在牙槽骨内造成一种具有挑战性但未达到临界大小的损伤,可在无需额外干预的情况下实现良好的自然愈合1。小鼠因其遗传背景清晰、骨代谢与人类相似、繁殖成本相对较低且易于饲养,被广泛用作模式生物2。在过去几十年中,基因编辑技术的快速发展使小鼠成为研究骨再生分子机制不可或缺的工具3。因此,转基因小鼠磨牙拔除已被广泛用于建立TSHM,以探究骨再生的调控机制4,5,6。
以往大多数研究均采用上颌骨建立小鼠拔牙后牙槽骨缺损模型4,5,6,因为下颌骨在力学上比上颌骨更坚硬且顺应性更低7,从而增加了拔牙操作的技术难度。此外,上颌磨牙拔除的手术视野相对更易接近,且上颌骨比下颌骨更易于固定,使手术操作的技术要求相对较低。尽管如此,小鼠下颌第一磨牙具有弯曲且增大的根尖形态,增强了其在周围牙槽骨中的机械固位力8,9,进一步加大了拔除难度(图1)。然而,下颌骨拔牙模型对于研究下颌骨特异性的病理过程仍不可或缺,包括骨髓炎、药物相关性颌骨骨坏死、种植体骨整合以及利用生物材料进行骨再生等研究10,11,12。因此,建立一种可重复且可靠的下颌磨牙拔除方法,对于需要下颌骨特异性牙槽窝愈合模型的研究具有重要意义。

图 1.人类与小鼠牙齿形态的示意图比较。
(A)成人人类牙齿的示意图。(B)青少年小鼠下颌第一磨牙的示意图。(C)成年小鼠下颌第一磨牙的示意图。这些图示突出了根部形态和牙骨质分布的差异,这些差异有助于增强成年小鼠下颌第一磨牙在牙槽骨中的机械固位力。釉质、牙本质和牙骨质由图例中相应的颜色标示。解剖学特征基于已发表的描述8,9,15。请点击此处查看此图的放大版本。
我们研究团队先前开发的一种小鼠拔牙技术,利用经改造的注射器作为牙挺13。尽管该方法能够成功拔除小鼠右侧下颌第一磨牙,但其对操作技术的精确性要求较高,学习曲线陡峭,需要大量练习才能掌握。操作经验不足者可能无意中损伤邻近的解剖结构。此外,拔除左侧下颌第一磨牙还需额外进行“镜像”训练以达到操作熟练。这些挑战可能影响拔牙窝的完整性,降低动物间愈合结果的一致性,并限制缺乏显微外科经验的研究人员使用该模型。
本方案描述了一种改良的小鼠下颌第一磨牙拔除方法,旨在提高操作的可及性与可重复性。该方案在8周龄雄性C57BL/6小鼠中进行了验证,用于建立下颌第一磨牙牙槽骨保留模型(TSHM)。通过系统比较改良法与传统技术,评估了操作效率、拔牙成功率及与操作相关的并发症。此外,还分析了在方法学习过程中常见的技术失败模式,为建立小鼠下颌TSHM的研究人员提供实用的操作指导。
所有操作均经四川大学华西口腔医学院伦理委员会(WCHSIRB-D-2025-188)批准,并按照机构动物护理指南进行。
注意:使用8周龄雄性C57BL/6小鼠,体重为22–29 g。在标准饲养条件下(21°C–24°C,湿度40%–60%,12小时光照-黑暗循环),给予标准饲料并自由饮水。使用材料表中列出的试剂和仪器。为进行比较评估并展示失败案例,需使用24只小鼠。在开展比较实验前,另需使用额外小鼠进行操作者培训。
1. 术前准备
2. 手术过程

图 2.传统与改良小鼠下颌第一磨牙拔除方法的比较。
(A)传统拔牙方法的示意图,将一根弯曲的25 G针头插入牙周韧带,并用作杠杆松动牙齿。(B)改良拔牙方法的示意图,使用带齿眼科镊夹住牙冠,并沿牙齿长轴方向施加牵引力。(C)用作牙挺的弯曲25 G针头尖端的代表性图像。(D)用作微型拔牙钳的带齿眼科镊的代表性图像。(E)下颌第一磨牙拔除后即刻的术中图像;虚线轮廓表示拔牙窝。(F)成功拔除的下颌第一磨牙的颊侧观。(G)同一颗拔除下颌第一磨牙的舌侧观。比例尺 = 2 mm(C,D)和 400 µm(E–G)。 请点击此处查看该图的放大版本。
3. 检查拔除的牙齿及拔牙窝
4. 术后护理
5. 操作人员培训
6. 样品制备
7. µCT 及分析
与下颌第一磨牙拔除相关的解剖特征如图1所示,传统与改良拔牙方法的示意图见图2A、B。制备好的针头和带齿眼科镊子、新鲜拔牙窝以及拔下的下颌第一磨牙的代表性图像见图2C–G。完整的操作流程总结于图3。为比较两种方法在操作效率和一致性方面的差异,两名在小鼠操作经验上相当的研究人员被随机分配,分别采用传统或改良方法进行下颌第一磨牙拔除。所有实验小鼠均为8周龄雄性C57BL/6小鼠。拔牙时间及操作相关并发症在拔牙后立即记录,而拔牙窝则在愈合2周后通过µCT进行评估。拔牙时间在操作过程中记录,因此无法进行盲法评估;而拔除的牙齿和µCT数据集在评估前进行编码,以确保评估者对所采用的拔牙方法保持盲态。

图3.传统与改良小鼠下颌第一磨牙拔除术的操作流程。
操作流程始于器械准备、麻醉、消毒灭菌以及小鼠固定。随后,操作分为传统拔牙法与改良拔牙法两种路径。传统方法包括在拔牙前依次去除远中和近中的阻力,而改良方法则可选择性地先行松解牙周膜,随后使用有齿眼科镊通过摇动动作完成牙齿拔除。两种方法均以检查拔除的牙齿及牙槽窝为终末步骤,之后进行术后护理。 请点击此处查看该图的放大版本。
提取后立即获取以及愈合2周后的代表性µCT图像如图4A–D所示。与传统方法相比,改良方法显著缩短了平均拔牙时间(10分钟 vs. 29分钟,p = 0.0006;图4E)。改良组中有2/6只小鼠(33.3%)发生牙根折断,传统组中有4/6只小鼠(66.7%)发生牙根折断,两组间差异无统计学意义(p = 0.5455;图4F)。改良组中0/6只小鼠出现牙槽窝壁缺损,而传统组中为4/6只小鼠(66.7%);该差异亦无统计学显著性(p = 0.0606;图4G)。愈合2周后,µCT分析显示,改良组的骨密度(BMD)和骨体积/总体积(BV/TV)值均显著高于传统组(p = 0.0188 和 p = 0.0253,分别对应;图4H,I)。这些结果表明,在本研究所测试的实验条件下,采用改良方法可缩短拔牙时间,并可能提高拔牙操作的一致性。

图4小鼠下颌第一磨牙拔除及其牙槽愈合过程中传统与改良方法的比较
(A–D)代表性显微计算机断层扫描(µCT) 拔牙后即刻(A,B)及拔牙后2周(C,D)的拔牙窝影像,采用传统(A,C)或改良(B,D)方法。图中1–3列分别为矢状面、冠状面和横断面视图,第4列为相应的三维重建图像。红色虚线标示原始牙根轮廓。白色虚线和红色箭头指示拔牙窝壁缺损。A1、B1、C1和D1中的实心橙色线表示相应横断面视图的位置。C1、C2、D1和D2中的蓝色虚线表示拔牙窝内新生骨的范围。三维重建图中(C4,D4)新生骨以红色高亮显示。(E–I)拔牙操作效果与早期拔牙窝愈合的定量比较,包括拔牙时间(E)、牙根折裂发生率(F)、拔牙窝壁缺损发生率(G)、骨密度(BMD;H)及骨体积/组织体积比(BV/TV;I)。对于操作相关结局指标(E–G), n 每组 6 只小鼠;用于 µCT 牙槽窝愈合分析(H,I), n 每组3只小鼠。以单只小鼠及其对应的拔牙窝为实验单位。E、H和I中的连续性结果以均值±标准差表示,组间比较采用非配对双尾Student’s t检验。 t 测试。F 和 G 中的分类结果以原始计数和百分比表示,并使用 Fisher 确切检验进行比较。根折在传统组中发生于 6 只小鼠中的 4 只(66.7%),在改良组中发生于 6 只小鼠中的 2 只(33.3%)。牙槽骨壁缺损在传统组中发生于 6 只小鼠中的 4 只(66.7%),在改良组中未发生(0/6)。统计学显著性:* p < 0.05; ***, p < 0.001. 请点击此处查看此图的放大版本。
成功拔除定义为完整移除下颌第一磨牙且无残留牙根碎片,同时保留牙槽窝结构以供后续愈合评估,如图所示 图 4A–D当牙齿未能完全拔除或操作相关损伤影响了对拔牙窝愈合情况的后续评估时,视为提取失败。典型的失败结果如图所示。 图 5A–F. 牙冠折断如图所示 图 5A,远端根折 图5B,以及近中根部缺损 图 5C残留的牙根碎片和根尖折断显示在 图 5D,E,分别。下牙槽神经管区域附近的结构损伤如图所示 图 5F这些不成功的操作结果与进针角度或深度控制不当、提取路径选择不当、施力过大或操作过于频繁有关。成功与不理想结果的并列呈现,展示了实施该操作流程时可能出现的结果范围,并为判断提取成功与否提供了依据。

图5.小鼠下颌第一磨牙拔除失败的代表性实例。
(A–F)代表性µCT图像及三维重建图,展示常见的与拔牙相关的并发症。(A)牙冠折断。(B)远中根折断。(C)近中根缺损。(D)残留牙根碎片。(E)根尖折断。(F)周围解剖结构的损伤。红色虚线标示原始牙根轮廓。白色虚线标示骨缺损或邻近的解剖结构。红色箭头指示损伤部位或残留的牙根碎片。在A、B、D和E图的三维重建图中,折断的牙根和邻近牙齿以红色突出显示。C和F图包含三维重建图的代表性横截面视图。所有样本均在拔牙后2周采集。比例尺 = 200 µm。缩写:µCT,显微计算机断层扫描。 请点击此处查看该图的放大版本。
成功建立TSHM需要在保留周围牙槽骨结构的同时完全拔除牙齿,因为拔牙相关的损伤可能会影响后续的骨再生16。因此,拔牙操作的可重复性是模型可靠性的一个关键决定因素17。在本研究中,在标准化培训条件下,系统比较了一种改良的钳夹式下颌第一磨牙拔除法与传统的杠杆式技术。改良方法在操作效率和可重复性方面表现更优,表现为显著缩短的拔牙时间以及更少的拔牙相关并发症。具体而言,在相同的两周培训期后,采用传统方法的平均拔牙时间为29分钟,而采用改良方法则缩短至10分钟。此外,在改良组中未观察到牙槽窝壁缺损,而该并发症在传统组中频繁出现。尽管两组间牙根折断的发生率无显著差异,但改良方法所观察到的较低发生频率提示在当前实验条件下操作的一致性更佳。此外,拔牙窝结构的更好保留与两周后的早期骨愈合增强相关。综上所述,这些结果表明,改良技术可能在模型建立过程中减少操作者依赖的变异性。
直接检查拔除的牙齿及牙槽窝足以常规识别明显的牙根折断和主要的牙槽窝缺损。在本项对比研究中,微计算机断层扫描(µCT)被用作客观验证工具,以识别残留的牙根碎片和细微的牙槽骨壁缺损,并量化早期牙槽窝愈合结果。改良方法性能的提升可能归因于牙齿拔除过程中所采用的机械策略差异。传统的小鼠下颌磨牙拔除技术通常依赖于松解操作13,18,即通过将器械插入磨牙周围,逐步施加机械力以松动牙齿。然而,由于小鼠下颌第一磨牙具有增大的根尖形态且手术通路受限9,此类操作可能在器械插入部位及其周围的牙槽骨结构中产生局部机械应力。相比之下,改良方法将主要受力点从牙根区域转移至更为稳定的牙冠部位。在拔牙过程中,沿牙齿长轴施加可控牵引力的同时稳定下颌骨,该策略可能有助于牙槽窝的渐进性扩张,并减少不可控的应力集中。重要的是,这一改良还简化了拔牙过程中的主要力学控制步骤,可能降低对显微外科经验有限的研究人员的技术要求。
尽管具有这些优势,但在成功实施该方案时仍需考虑若干技术要点,因为操作结果仍依赖于操作者的技术。首先,施加的力应保持与牙齿长轴平行,以增强对牙冠的夹持效果,并尽量减少因偏离轴线施力而导致的不必要的应力集中和牙根断裂。其次,应避免带齿镊子插入过深或过度操作,因为这两种情况均可能影响拔牙窝的完整性。第三,在可选的牙周膜预松解步骤中,应将针头平行于牙根长轴插入,以最大限度地减少对周围牙槽骨的损伤,这与作者先前的报道一致13。因此,尽管改良方法提高了操作的可及性,充分的培训和标准化的操作处理对于获得稳定一致的结果仍然至关重要。
解释这些发现时应考虑若干局限性。首先,用于显微计算机断层扫描(µCT)评估的样本量相对有限。因此,早期骨愈合中观察到的差异应被视为模型建立更优的支持性证据,而非愈合增强的确凿证据。其次,本研究仅纳入了两名操作者。因此,对操作者间变异性的评估有限,可能引入了与操作者相关的偏倚。第三,该方案仅在8周龄雄性小鼠的右侧下颌第一磨牙中得到验证。尚未在不同年龄组之间对拔牙成功率、操作相关并发症及牙槽窝愈合情况进行定量比较。因此,所观察到的优势是否可推广至不同年龄或性别的动物,仍有待进一步研究。
综上所述,本研究提出了一种优化的小鼠下颌第一磨牙拔除方法,并通过与传统技术的直接比较验证了其性能。改进后的方法在降低初学者技术门槛的同时,更有利于建立可重复性更高的小鼠下颌牙槽骨组织工程模型(TSHM)。这些结果为研究人员建立下颌牙槽愈合模型提供了实用的操作指导。
作者声明无利益冲突。
本工作得到国家自然科学基金(项目编号:82571084)和四川省科技计划项目(项目编号:2024JDKXJ0001)的资助。
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