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.