Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

הקמת מודל אורתודונטי מקסילרי מורין

Published: October 27, 2023 doi: 10.3791/66033
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2
1State Key Laboratory of Oral Diseases and National Clinical Research Center for Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 2Department of Endodontics, West China Stomatology Hospital, Sichuan University

Summary

כאן אנו מדגימים שלב אחר שלב פרוטוקול תנועת שיניים אורתודונטי הניתן לניהול המופעל על פי מודל מקסילרי מורין. עם הסבר מפורש של כל שלב והדגמה חזותית, החוקרים יכולים לשלוט במודל זה וליישם אותו על צרכי הניסוי שלהם עם כמה שינויים.

Abstract

בשל היעדר פרוטוקולים הניתנים לשחזור להקמת מודל אורתודונטי מקסילרי מורין, אנו מציגים פרוטוקול אמין וניתן לשחזור כדי לספק לחוקרים כלי אפשרי לניתוח עיצוב מחדש של עצם הקשור לעומס מכני. מחקר זה מציג תרשים זרימה מפורט בנוסף לסוגים שונים של דיאגרמות סכמטיות, תמונות פעולה וסרטוני וידאו. ביצענו את הפרוטוקול הזה על 11 עכברים בוגרים מסוג C57/B6J רחב ואספנו דגימות בימים 3, 8 ו-14 לאחר הניתוח. מיקרו-CT ונתונים היסטופתולוגיים הוכיחו את ההצלחה של תנועות שיניים יחד עם עיצוב מחדש של העצם באמצעות פרוטוקול זה. יתר על כן, על פי תוצאות המיקרו-CT בימים 3, 8 ו-14, חילקנו את מידול העצם לשלושה שלבים: שלב ההכנה, שלב ספיגת העצם ושלב היווצרות העצם. שלבים אלה צפויים לסייע לחוקרים העוסקים בשלבים שונים לקבוע זמן איסוף דגימה סביר. פרוטוקול זה יכול לצייד חוקרים בכלי לביצוע ניתוח רגנרטיבי של עיצוב מחדש של עצם.

Introduction

עצם היא רקמה משוחזרת פעילה מאוד המתאימה את גודלה, צורתה ותכונותיה לאורך חייו של הפרט 1,2. בנוסף להורמונים, הזדקנות, תזונה וגורמים ביולוגיים או ביוכימיים אחרים3, הרעיון שעומס מכני הוא הגורם הקובע ביותר זכה להסכמה כללית 4,5. בנסיבות מסוימות עם עומס מכני חריג, חוסר האיזון בין ספיגת עצם לבין היווצרות עצם עלול להוביל לעיצוב מחדש לא תקין של העצם והפרעות עצם. מחלות עצם כגון חוסר שימוש, אוסטאופורוזיס ואובדן עצם במהלך מנוחה ארוכת טווח במיטה, או בנוכחות מיקרו-כבידה בטיסה לחלל, יש קשר הדוק עם עומס מכני חריג 6,7,8.

עומס מכני שימש גם לטיפול במחלות הקשורות לעצם כגון טיפול בהסחת דעת וטיפול אורתודונטי. טיפול בהסחת דעת שימש במחלות התפתחותיות כגון קרניוסינוסטוזיס והיפופלזיה מנדיבולרית 9,10, בעוד שטיפול אורתודונטי נמצא בשימוש נרחב לתיקון מיקום שיניים לא תקין וכל חסימה11. ליבת הטיפול האורתודונטי היא גם ניהול עומס מכני. כאשר רקמת העצם נתונה לעומס מכני, תהליך שיפוץ עצם מתואם מאוד נגרם על ידי צימוד של ספיגת עצם ואחריו היווצרות עצם, אשר יכול להזיז שיניים כדי להשיג את המטרה האורתודונטית12,13.

למרות שטיפול אורתודונטי יושם באופן נרחב בפרקטיקה הקלינית, מכיוון שהידע שלנו על ההשפעות הביולוגיות של עומס מכני מוגבל, תוצאות הטיפול האורתודונטי אינן ניתנות לשליטה. כדי להתגבר על מגבלות אלה, הוקמו מספר מודלים של בעלי חיים כגון עכבר, חולדה, ארנבת, חתול, כלב, קוף וחזיר כדי לחקור את המנגנון הבסיסי של עיצוב מחדש של עצם הנגרמת על ידי עומס מכני (טבלה 1)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32. לבעלי חיים גדולים כמו כלבים, קופים וחזירים יש כמה יתרונות על פני בעלי חיים קטנים בניתוח אורתודונטי - יש להם שיניים ושיניים דומות יותר לבני אדם, כך שקל לשכפל את ההליך הכירורגי בבני אדם. בנוסף, ראייה רחבה יכולה להפחית את קושי הניתוח ולאפשר ליישם מגוון תוכניות אורתודונטיות33,34. עם זאת, בעלי חיים גדולים קשים להשגה, מה שמוביל לאתגרים הקשורים לגודל המדגם, והם כפופים למגבלות אתיות35. יתר על כן, הליכי חילוץ שגרתיים ומכשירים מורכבים מקשים על ביצוע הניסויים שבגללם נעשה שימוש נדיר בבעלי חיים גדולים.

בנסיבות כאלה, מכרסמים משמשים בעיקר כדי להקים מודלים אורתודונטיים. בין המודלים הללו, לחולדות ולארנבים יש קושי פעולה נמוך יותר ויותר סכמות תנועת שיניים בהשוואה לעכברים. עם זאת, למודל מורין יש יתרון ייחודי בכך שיש מספר רב של עכברים מהונדסים גנטית זמינים, וזה חיוני במיוחד לחקר המנגנונים הבסיסיים36. עם זאת, מודל מורין הוא המודל הקשה ביותר למניפולציה בגלל גודלו הקטן. בסקירת השיטות הנוכחיות, הזזת הטוחנת הראשונה לכיוון המסיאלי היא השיטה המעשית היחידה למודל אורתודונטי. שני מכשירים משמשים בעיקר להזזת קפיץ סליל השן והרצועה האלסטית. השימוש ברצועה אלסטית קל יותר, אך הכוח האורתודונטי משתנה מאוד, מה שמקשה על השגת תוצאות יציבות.

שו ואחרים 15 הקימו מודל מורין עם קפיץ סליל על הלסת התחתונה. עם זאת, בשל הניידות של הלסת התחתונה ואת האופי החסימתי של הלשון, פעולה על מקסילה היא תמיד הבחירה הראשונה הן בתוך הניתוח והן לאחר הניתוח. Taddei et al.16 תיארו פרוטוקול מפורט יותר על מקסילה מורין לפני 10 שנים ויש להוסיף פרטים חזותיים וצלולים יותר. לסיכום, פרוטוקול זה תיאר באופן שיטתי פרוטוקול מפורט של תנועות שיניים אורתודונטיות במודל מקסילרי מורין כדי לסייע לחוקרים לשלוט בשיטת המידול בצורה סטנדרטית ולאפשר הערכה השוואתית בין מחקרים שונים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

נהלי בעלי החיים במחקר זה נבדקו ואושרו על ידי הוועדה האתית של בית הספר לסטומטולוגיה של מערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן (WCHSIRB-D-2017-041). במחקר זה נעשה שימוש בעכברי C57BL/6 בוגרים (ראו טבלת חומרים). פרוטוקול זה מוסיף עומס מכני לטוחנת הראשונה המקסילרית הימנית (M1) עבור תנועה מזיאלית, שבה תהליך עיצוב מחדש של עצם מתואם מאוד נגרם על-ידי צימוד של ספיגת עצם והיווצרות עצם (איור 1).

1. הכנה טרום ניתוחית

  1. פריטים כירורגיים
    1. הכינו את הפריטים הכירורגיים הבאים לניתוח: פלטפורמה כירורגית (איור 2A), מהדק (איור 2B), כלי ניתוח (איור 2C ואיור משלים S1), ציוד אורתודונטי (איור 2C) וציוד לשיקום שיניים (איור 2D).
      הערה: קפיץ הסליל המותאם אישית מיוצר בהתאמה אישית ומספק כוח של 10cN כאשר הוא נמתח עד 10 מ"מ.
  2. עיקור
    1. לעקר את כלי הניתוח על ידי autoclaving ואת כל הפריטים הכירורגיים עם קרינה אולטרה סגולה לפחות 30 דקות.
  3. הרדמה
    1. מרדימים את העכבר על ידי מתן קטמין (100 מ"ג / ק"ג) ודיאזפם (5 מ"ג / ק"ג) על ידי הזרקה intraperitoneal.
    2. יש למרוח משחה וטרינרית על עיני המורין עם צמר גפן כדי למנוע יובש בעיניים.
    3. המשך בניתוח רק כאשר העכבר אינו מגיב כאשר אצבעות רגליו נצבטות במלקחיים.

2. תהליך כירורגי

  1. מורחים ומהדביקים את גפיו של העכבר המורדם במצב שכיבה למשטח הניתוח באמצעות סרט הדבקה.
  2. הצמידו מחט 27G מכל צד מעל הראש ועוד מחט 27G מכל צד מתחת לבית השחי.
  3. סובב גומייה סביב שתי המחטים הנ"ל והחותכות העליונות ועוד אחת סביב עוד שתי מחטים והחותכות התחתונות. שנו את מיקומי המחטים כדי לשלוט במידת הפתיחה ובכיוון הפה (איור 3A).
    הערה: עבור ניתוח תנועות שיניים אורתודונטי, יש לשמור על פה פתוח במידה המקסימלית לפני שהבוצ'ינטור הופך להיות הדוק לחלוטין. יש למשוך את הלשון לכיוון הצד הלא ניתוחי כדי לחשוף את שדה הניתוח ולמנוע איסכמיה.
  4. כופפו את הקצה בקוטר 1.5 מ"מ של חוט נירוסטה בקוטר 304 ס"מ ודחפו את הקצה הכפוף דרך החלל הבין-פרוקסימטי שבין M1 לטוחנת השנייה המקסילרית (M2) מהצד הבוקאלי בעזרת פינצטה אופתלמית מעוקלת (איור 3B). כאשר רואים את קצה החיך של חוט הליגטורה מהצד הפלטאלי, משכו אותו החוצה עד כמחצית מאורכו והעבירו אותו דרך קצה אחד של קפיץ הסליל המותאם אישית.
  5. קשרו קשר מרובע עם שני הקצוות של חוט הליגטורה בכיוון המזיאלי של M1 המקסילרי עד שהקפיץ מקובע היטב לשן (איור 3C). החסר את החוט העודף.
  6. באופן דומה, נקב חוט נירוסטה נוסף בגודל 3 ס"מ 304 דרך הקצה השני של קפיץ הסליל.
  7. נקו וייבשו את משטחי החותכות בעזרת כדורי צמר גפן. מרחו דבקים על כל המשטחים האלה עם מקלות צמר גפן ומרפאים אותם באור.
  8. דחפו את חוט הנירוסטה השני דרך החלל הקרוב בין החותכות המקסילריות וקשרו קשר החלקה בכיוון השפתיים (איור 3D). הפחת את החוט העודף והפוך את שאר החוט קרוב לפני השטח של השן.
  9. להזריק שרף נרפא אור כדי לכסות את הקשר ואת החותכות; מרפאים באור את השרף (איור 3E).

3. ניהול לאחר הניתוח

  1. לאחר הניתוח, להזריק את העכברים עם 0.05 מ"ג / ק"ג buprenorphine intraperitoneally עבור שיכוך כאבים לאחר הניתוח.
  2. הניחו את העכבר המורדם על שמיכה חשמלית תרמוסטטית בטמפרטורה של 37°C. כאשר המורין חוזר להכרה עם אמבולציה, להחזיר אותו לכלוב דיור נפרד.
  3. בשל תפקודן המוגבל של החותכות לאחר הניתוח, יש להחליף את המספוא הקשה הרגיל בתזונה רכה בלבד.
  4. בדוק את המכשירים האורתודונטיים מדי יום. אם נצפה מצב כלשהו במהלך הבדיקה המשפיע על הולכת הכוח האורתודונטי, כגון עיוות קפיץ, התרופפות קפיץ ונפילת המכשיר, יש להוציא את העכבר מהניסוי.
  5. על מנת לשמור על השוואת הניסויים, להעריך את משקל העכברים מדי יום לאחר הניתוח. כל עכבר המציג ירידה במשקל העולה על 30% ממשקלם לפני הניתוח חייב להיות מחוץ לניסוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ביצענו את ניתוח OTM ב-11 עכברים זכרים בוגרים (C57/BL6, בני 3 חודשים). הם הומתו לקבלת תוצאות בימים 3, 8 ו-14 לאחר הניתוח. בניסויים אלה, הצד המקסילרי הימני הוא צד הניתוח, ואילו הצד המקסילרי השמאלי הוא צד הבקרה. המיקרו-CT הראה שהייתה עלייה רצופה זמנית במרחק בין M1 ל-M2: 30 מיקרומטר, 70 מיקרומטר ו-110 מיקרומטר בימים 3, 8 ו-14 לאחר הניתוח, בהתאמה (איור 4). רצועת החניכיים בצפיפות נמוכה הראתה התרחבות בצד הדיסטלי והיצרות בצד המזיאלי של השורשים כתוצאה מהעומס המכני (איור 5). יתר על כן, רצועת החניכיים הייתה רציפה ולא הייתה ספיגה בשום שורש. תוצאות אלה מוכיחות כי זה אפשרי ובטוח להזיז את M1 פיזית עם פרוטוקול זה.

יתר על כן, ניתחנו את אזור העצם התחום בתוך שורשי M1 באמצעות פרמטרים המוצגים באיור 6. אחוז נפח העצם וצפיפות המינרלים בעצם בצד הניתוח ביום 8 הראה ירידה משמעותית בהשוואה לצד הביקורת (איור 6A,B). לעומת זאת, אחוז נפח העצם בצד הניתוח בימים 3 ו-14 הראה עלייה משמעותית בהשוואה לצד הניתוח ביום 8 (תרשים 6A). תוצאות אלה מצביעות על כך שעיצוב מחדש של העצם אינו פעיל לפני היום השלישי שלאחר הניתוח. לאחר יום 3 לאחר הניתוח, ספיגת העצם מתחילה לשלוט בתהליך עיצוב העצם. לאחר יום 8 לאחר הניתוח, היווצרות העצם מקבלת יתרון בעיצוב מחדש של העצם והעצם הנאדית כמעט חוזרת לרמה הפיזיולוגית, מה שמרמז גם על כך שתנועת השיניים כמעט נעצרת. ביום ה-14 של פרוטוקול זה, שיפוץ העצם המוקף בשורשי M1 עובר שלושה שלבים, אותם ניתן לחלק באופן גס לשלבי ההכנה, ספיגת העצם והיווצרות העצם. חוקרים יכולים אפוא לחקור שלבים שונים של עיצוב מחדש של העצם באמצעות מודל זה.

איור 7 מראה את התוצאות של צביעת המטוקסילין-אאוסין וצביעה של מאסון-טריכרום. בחרנו בעצם הנאדית בין השורש הבוקאלי המזיאלי (MB) לבין השורש הבוקאלי הדיסטלי (DB) של M1 כאזור העניין. רצועות החניכיים בקצה הדיסטלי של ה-MB והקצה המזיאלי של ה-DB הן חזיתות העברת הכוח של אזור העצם המעניין. צד הבקרה של כל קבוצה הראה ביטוי דומה: רצועות חניכיים אלה חלקו רוחב דומה עם סיבים דמויי גל ותאים בצורת ציר ביישור, ופני השטח של עצם הנאדית היו ליניאריים שלמים. זה מצביע על כך שרקמות החניכיים הסגורות בתוך שורשי M1 לא היו נתונות לעומס מכני לא מאוזן ומוגזם בתנאים פיזיולוגיים.

ביום השלישי לאחר הניתוח, סיב הרצועה החניכיים נמתח בחוזקה בצד המתח, בעוד שסיב הרצועה החניכיים נדחס בעמימות מורפולוגית. היאליניזציה נצפתה בתחום הלחץ הגדול ביותר. פני השטח של עצם הנאדית עדיין שמרו על שלמותם משני הצדדים. בהתאם לתוצאות המיקרו-CT, בשלושת הימים הראשונים שלאחר הניתוח, M1 נע בתוך שקע הנאדיות על ידי דחיסת רצועת החניכיים בצד הלחץ, בעוד ספיגת עצם או היווצרות עדיין לא נצפתה.

ביום 8 לאחר הניתוח, רצועות החניכיים משני הצדדים הראו את אותם מאפיינים כמו אלה ביום 3, למרות שפני השטח של עצם הנאדית החלו להיראות מחוספסים . יתר על כן, חלל המח הוגדל ונראה כי מספר העצמות הטרבקולריות פחת כפי שניתן לראות בנתוני ה- CT. לכן, ביום 8 לאחר הניתוח, הפנוטיפ ההיסטופתולוגי של עיצוב מחדש של העצם מראה עלייה בספיגת עצם. עצם הנאדית גם מציינת כי M1 נע במהירות גבוהה.

ביום ה-14 שלאחר הניתוח, רוחב רצועות החניכיים משני הצדדים נראה כמעט שווה. פני השטח של עצם הנאדית נעשו הרבה יותר מחוספסים בהשוואה לזה ביום 8 לאחר הניתוח. עם זאת, העצם שוחזרה לרמה הפיזיולוגית בצד הביקורת, אשר צוין גם על ידי נתוני CT. שלב זה מראה כי היווצרות העצם שלטה בתהליך מידול העצם. מכיוון שהעומס המכני הופעל רק פעם אחת בזמן הפעולה, העומס פחת ככל שהמרחק הנע גדל. כאשר עצם הנאדית חזרה לקדמותה, נעצרה גם התנועה של M1.

Figure 1
איור 1: ייצוג סכמטי של תנועת שיניים. כאשר עומס מכני מוחל על הטוחנת, ניתן להגדיר את הצדדים המתיחה והדחיסה של שיפוץ העצם הנאדית. החץ העבה מציין את כיוון העומס המכני. חצים דקים מציינים את המתיחה ואת הצדדים הדחוסים של חזית שיפוץ העצם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: פריטים כירורגיים. (א) (1) פלטפורמה כירורגית: לוח קצף או לוח שעם עטוף בבד רפואי לא ארוג. (ב) מחברים: (2) שתי גומיות, (3) סרט דבק ו-(4) ארבע מחטים של 27 גרם. (ג) מכשירים כירורגיים וציוד אורתודונטי: (5) מספריים כירורגיים, (6) פינצטה אופתלמית, (7) מחזיקי מחט, (8) חוט נירוסטה 304, ו-(9) קפיץ סליל מותאם אישית. המלבן הלבן מתייחס לקפיץ הסליל המותאם אישית. גרסאות מוגדלות של הקפיץ עם ובלי כוח מוצגות באיור משלים S1. (ד) ציוד לשיקום שיניים: (10) בקבוק משאבת אוויר, (11) מרפא אור, (12) כדורי צמר גפן, (13) מקלות צמר גפן, (14) שרף נוזל שנרפא באור, ו-(15) דבקים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תהליך כירורגי. (A) הדקו את העכבר למשטח הניתוח. (B) דחפו את חוט הנירוסטה 304 דרך החלל הקרוב בין M1 ל-M2 מהצד הבוקאלי. (ב1) נוספה דיאגרמה סכמטית כדי לסייע בהבנה. (C) קפיץ סליל מהודק ל-M1 ולא מתרחשת הפרעה סמויה ב-M1. (ג1) נוספה דיאגרמה סכמטית כדי לסייע בהבנה. (D) הקצה השני של קפיץ הסליל מהודק לחתך העליון האיפסילטרלי. (ד1) נוספה דיאגרמה סכמטית כדי לסייע בהבנה. (E) יש למרוח שרף נוזלי כדי לעטוף את החותכות ונירוסטה יחד. (ו) התצוגה הסופית של כל המכשירים האורתודונטיים. קיצורים: M1 = הטוחנת הראשונה המקסילרית; M2 = הטוחנת השנייה המקסילרית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: תמונות תלת-ממדיות מייצגות של מיקרו-CT וניתוח סטטיסטי של שלבים שונים של תנועת M1. (A) בנסיבות פיזיולוגיות, אין רווח בין M1 ל-M2. (ב-ד) M1 מתחיל לנוע והמרחק הנע גדל בהתאם ליחסי המיקום ההדדיים בין M1 ו-M2 לאורך זמן. התיבה האדומה מתייחסת למרחק בין M1 ל- M2. החץ השחור מתייחס לכיוון העומס המכני. (E) ניתוח סטטיסטי של מרחק נע M1. קיצורים: M1 = הטוחנת הראשונה המקסילרית; M2 = הטוחנת השנייה המקסילרית; OTM = תנועת שיניים אורתודונטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: תמונות דו-ממדיות מייצגות של מיקרו-CT מתצוגות אופקיות וסגיטליות של שלבים שונים של תנועת M1. (A,B) בנסיבות פיזיולוגיות, הרצועה הפריודונטלית בצפיפות נמוכה היא אקווילטוס ותופסת ברציפות מקום במקום להידחס ופני השטח של עצם הנאדית שלמים ליניאריים. (ג,ד) רצועת החניכיים מתרחבת בצד הדיסטלי ומצטמצמת בצד המזיאלי של השורשים, דבר שניתן לראות ביום השלישי לאחר הניתוח. (ה-ה) רצועת החניכיים המשופעת מתחילה לחזור לאחור ופני השטח של עצם הנאדית הופכים מחוספסים כתוצאה מספיגה ושקיעת עצם בימים 8 ו -14 לאחר הניתוח. חיצים צהובים מתייחסים לרצועת החניכיים הדחוסה. חיצים אדומים מתייחסים למשטח המחוספס של עצם מכתשית לספיגה ושקיעה של עצם. * P < 0.05; P < 0.005. ANOVA חד-כיוונית. הנתונים הם ממוצעים ± SD, n ≥ 3. סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר. קיצורים: M1 = הטוחנת הראשונה המקסילרית; M2 = הטוחנת השנייה המקסילרית; OTM = תנועת שיניים אורתודונטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: ניתוח סטטיסטי של עצם מכתשית סגורה בתוך שורשי M1 בשלבים שונים של תנועת M1 ממיקרו-CT. (A) הירידה המשמעותית באחוז נפח העצם ביום 8 מצביעה על ספיגת עצם פעילה בין יום 3 ליום 8. העלייה המשמעותית באחוז נפח העצם ביום ה-14 מעידה על היווצרות עצם פעילה בין היום ה-8 ליום ה-14. (B) ההבדל המשמעותי ביום 8 בצפיפות המינרלים בעצם לעומת צד הביקורת. תומך גם במסקנה הנ"ל. (ג-ה) שלושה אינדיקטורים משלימים שימשו להערכה. נמצאו הבדלים משמעותיים מעטים, אך המגמה עדיין תומכת במסקנות הנ"ל. *P < 0.05. ANOVA חד-כיוונית. הנתונים הם ממוצעים± SD, n ≥ 3. קיצורים: M1 = הטוחנת הראשונה המקסילרית; OTM = תנועת שיניים אורתודונטית; BV/TV = אחוז נפח עצם; BMD = צפיפות מינרלים עצם; Tb. N = מספר trabecular; Tb. Th = עובי טרבקולרי; Tb. Sp = הפרדה טרבקולרית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: תוצאות מייצגות של צביעת המטוקסילין-אאוסין וצביעה של מאסון-טריכרום בשלבים השונים של תנועת M1. (A,B) בתנאים פיזיולוגיים, סיבי הרצועה החניכיים נתונים לכוחות מסוימים בעלי צורה דמוית גל מובהקת כמו "~", ופני השטח של עצם הנאדית שלמים ליניאריים. כאשר M1 נתון לעומס מכני, (C,E,G,I,K,M) סיבים נמתחו בחוזקה בצד המתח, בעוד (D,F,H,J,L,N) סיבי רצועות חניכיים נדחסו בעמימות מורפולוגית. (ג-נ) פני השטח של עצם הנאדית הופכים יותר ויותר לא אחידים ככל שדוגמנות העצם מתקדמת. סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. קיצורים: M1 = הטוחנת הראשונה המקסילרית; OTM = תנועת שיניים אורתודונטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

מינים שן נעה אנקורג' מכשיר הזזת כיוון הפניה
מורין טוחנת ראשונה שיניים חותכות קפיץ סליל מזיאל 14,15
טוחנת ראשונה טוחנת שנייה רצועה אלסטית מזיאל 16
חולדה טוחנת ראשונה מיני שתל קפיץ סליל מזיאל 17
טוחנת ראשונה שיניים חותכות קפיץ סליל מזיאל 18
טוחנת שנייה ושלישית שיניים הומונימיות קונטרלטרליות מכשיר להרחבת קפיץ בוקאל 19
טוחנת ראשונה טוחנת שנייה חוט אורתודונטי מזיאל 20
ארנב קדם-טוחנת ראשונה שיניים חותכות קפיץ סליל מזיאל 21
קדם-טוחנת ראשונה מיני שתל קפיץ סליל מזיאל 22
חותכת שיניים הומונימיות קונטרלטרליות קפיץ סליל דיסטלי 23
חותכת שיניים הומונימיות קונטרלטרליות לולאת אומגה דיסטלי 24
כלב טוחנת קדם-טוחנת שנייה וטוחנת ראשונה מיני שתל קפיץ סליל מזיאל 25
קדם-טוחנת שנייה כלב קפיץ סליל מזיאל 26
קדם-טוחנת ראשונה מיני שתל רצועה אלסטית דיסטלי 27
חותכת לרוחב כלב רצועה אלסטית דיסטלי 28
חזיר טוחנת ראשונה נשיר שלישי טוחנת ומיני שתל קפיץ סליל מזיאל 29
טוחנת ראשונה טוחנת שנייה חוט אורתודונטי בוקאל 30
קוף חותכת מרכזית החותכת הטוחנת, הקדם-טוחנת, הכלבית והצידית הראשונה קפיץ סליל וחוט אורתודונטי לאביאל 31
חתול כלב מיני שתל קפיץ סליל מזיאל 32

טבלה 1: סיכום המודלים האורתודונטיים הקיימים לבעלי חיים. הטבלה מפרטת את המודלים הנפוצים של חיות מעבדה קונבנציונליות המתמקדים בתנועת שיניים אורתודונטית פשוטה. הם תמיד מורכבים משלושה אלמנטים: שן המטרה הנעה, העיגון ומכשיר החיבור להוספת עומס מכני. תוכניות אורתודונטיות שונות נגזרו על ידי שינוי שלושת האלמנטים. תנועות שיניים אורתודונטיות מורכבות עם שיניים מרובות נשללו.

איור משלים S1: גרסאות מוגדלות של הקפיץ. (A) ללא ו-(B) עם עומס מכני. סרגל קנה מידה = 5 מ"מ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

איור משלים S2: שיטת הידוק חוט הרצועה במלקחיים. במהלך שלב הפרוטוקול 2.4., הדרך הבטוחה והנוחה ביותר להדק את כיפוף חוט הליגטורה לפני הפירסינג מוצגת כאן. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים S3: היקף ציפוי השרף. במהלך שלב פרוטוקול 2.9, קצה החותכת של הקפיץ (A) ללא ו-(B) עם כיסוי עם שרף מוצג כאן. אין להוסיף את השרף לחלק האלסטי. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

במאמר זה, ניסינו לתאר את פרוטוקול תנועת השיניים האורתודונטי הפשוט ביותר במודל מקסילרי מורין צעד אחר צעד כדי לחקור את המנגנונים הסמויים של עיצוב מחדש של עצם הנגרמת על ידי עומס מכני. מלבד מחקר על עיצוב מחדש של עצם, ישנם כמה יישומים נפוצים אחרים של שיטה זו: 1) מחקר מתודולוגי על האצת תנועת שיניים אורתודונטית; 2) מחקר על ספיגת שורשים אורתודונטית; 3) מנגנונים ביולוגיים של תנועת שיניים אורתודונטית וכאב; 4) מחקר על המודל המהונדס.

בהשוואה לטיפולים אחרים הקשורים להעמסה מכנית כגון אוסטאוגנזה37 של הסחת דעת מנדיבולרית, תנועת שיניים אורתודונטית היא השיטה הפשוטה והקלה ביותר ללא פצע ודימום. יתר על כן, מודל murine יש את היתרונות של להיות קל לתפעול עם פחות זמן ופחות עלות38. המודל המקסילרי יכול לספק שדה ראייה רחב וקיבוע יציב במהלך הפעולה והפרעה מינימלית למכשיר מהלשון לאחר פעולה14.

בהתבסס על המודל שנקבע כאן, תיארנו עוד שלוש נקודות זמן מייצגות. ניתן למדוד את תנועת השיניים באופן מאקרוסקופי מהיום השלישי שלאחר הניתוח ומרחק התנועה גדל עם הזמן. ביום השלישי לאחר הניתוח נוסף עומס מכני לעצם דרך סיב הרצועה הפריודונטלית ללא שינויים ברורים בעצם. ביום ה-8 לאחר הניתוח, שיפוץ העצם כבר החל וספיגת העצם הייתה במצב הדומיננטי, בעוד שהיווצרות העצם הייתה דומיננטית ביום ה-14 לאחר הניתוח. מודל זה יכול להראות את המאפיינים של שלבים שונים של עיצוב עצם במהלך טיפול שיניים אורתודונטי.

ישנם כמה שלבי פעולה קריטיים שיש לקחת בחשבון. לפני שלב הפרוטוקול 2.7, ראש העכבר צריך להיות לכיוון המפעיל לשדה ראייה כירורגי טוב יותר. לאחר שלב פרוטוקול 2.4, אזור הפעולה נמצא ליד החותכות וזנב העכבר חייב להיות לכיוון המפעיל. כאשר יש לדחוף את חוט הנירוסטה דרך החלל הקרוב בין M1 ל- M2 מהצד הבוקאלי, יש צורך בכיפוף מראש כדי לאתר את אזור המטרה בבטחה ולהקטין את השטח שנכבש על ידי המכשירים בפה. זווית הכיפוף צריכה להיות >45° כדי לוודא שחוט הנירוסטה לא יוכל לחדור את החניכיים בעת המעבר דרך החלל הקרוב. פירסינג באופן מקביל הוא הדרך עם הכי פחות התנגדות. את פירסינג החוט הסתימה בזווית קטנה ניתן להוביל גם לצד החיך על ידי משטח השן החלק והקשוח. הקצה של פינצטה אופתלמית מעוקלת צריך להדק את העיקול כדי להקטין את החלל הכבוש בפה ולהפוך אותו לנוח למאמץ (איור משלים S2).

מכיוון שחוט הנירוסטה לא יוכל לעבור דרך החלל הקרוב בין החותכות המקסילריות, פינצטה אופתלמית עם שיניים מועילה להפרדת החותכות. בנוסף, קשר מרובע אינו הכרחי מכיוון שמליטת שרף היא שיטת השימור העיקרית כאן. קשר החלקה יכול להתבצע כמעט קרוב לפני השטח של השן שם קשר מרובע יגדיל את נפח שרף הציפוי.

עם זאת, מודל זה יש חסרונות שלה גם כן. המכשירים האורתודונטיים עלולים להיהרס על ידי העכברים בגלל תחושת נוכחות של חומר זר בפה. החלק של הצד המולרי נשאר מתחת למישור החסימה, שקשה להרוס. עם זאת, החותכות התחתונות נוגסות בדיוק בחלק המקבע של הצד החותך, כולל קצה קפיץ הסליל. לכן, אנו מציעים שכל המשטחים של שתי החותכות העליונות צריכים להיות עטופים בשרף כדי להגדיל את כוח השמירה. קצה החותכת של הקפיץ - החלק החלש ביותר - עשוי להיות מכוסה בשרף (איור משלים S3). לסיכום, פרוטוקול זה הדגים את פרטי תנועת השן האורתודונטית המנותחת במודל המקסילרי של מורין צעד אחר צעד. עם הסבר מפורש של כל שלב והדגמה חזותית, החוקרים יכולים לשלוט במודל זה וליישם אותו על צרכי הניסוי שלהם עם כמה שינויים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין 82100982 מענק ל- F.L.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kenkre, J. S., Bassett, J. The bone remodeling cycle. Annals of Clinical Biochemistry. 55 (3), 308-327 (2018).
  2. Feng, X., McDonald, J. M. Disorders of bone remodeling. Annual Review of Pathology. 6 (1), 121-145 (2011).
  3. Alliston, T. Biological regulation of bone quality. Current Osteoporosis Reports. 12 (3), 366-375 (2014).
  4. Duncan, R. L., Turner, C. H. Mechanotransduction and the functional response of bone to mechanical strain. Calcified Tissue International. 57 (5), 344-358 (1995).
  5. García-Aznar, J. M., Nasello, G., Hervas-Raluy, S., Pérez, M. Á, Gómez-Benito, M. J. Multiscale modeling of bone tissue mechanobiology. Bone. 151 (10), 1-12 (2021).
  6. Rolvien, T., Amling, M. Disuse osteoporosis: clinical and mechanistic insights. Calcified Tissue International. 110 (5), 592-604 (2022).
  7. Vico, L., Hargens, A. Skeletal changes during and after spaceflight. Nature Reviews Rheumatology. 14 (4), 229-245 (2018).
  8. Iwaniec, U. T., Turner, R. T. Influence of body weight on bone mass, architecture and turnover. Journal of Endocrinology. 230 (3), R115-R130 (2016).
  9. Governale, L. S. Craniosynostosis. Pediatric Neurology. 53 (5), 394-401 (2015).
  10. Sahoo, N. K., Issar, Y., Thakral, A. Mandibular Distraction osteogenesis. Journal of Craniofacial Surgery. 30 (8), e743-e746 (2019).
  11. Roberts-Harry, D., Sandy, J. Orthodontics. Part 1: Who needs orthodontics. British Dental Journal. 195 (8), 433-437 (2003).
  12. Li, Y., Jacox, L. A., Little, S. H., Ko, C. C. Orthodontic tooth movement: The biology and clinical implications. Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 34 (4), 207-214 (2018).
  13. Will, L. A. Orthodontic tooth movement: a historic prospective. Frontiers of Oral Biology. 18, 46-55 (2016).
  14. Xu, H., Lee, A., Sun, L., Naveh, G. R. S. 3D Imaging of PDL collagen fibers during orthodontic tooth movement in mandibular murine model. Journal of Visualized Experiments. (170), e62149 (2021).
  15. Taddei, S. R., et al. Experimental model of tooth movement in mice: a standardized protocol for studying bone remodeling under compression and tensile strains. Journal of Biomechanics. 45 (16), 2729-2735 (2012).
  16. Deguchi, T., Takeshita, N., Balam, T. A., Fujiyoshi, Y., Takano-Yamamoto, T. Galanin-immunoreactive nerve fibers in the periodontal ligament during experimental tooth movement. Journal of Dental Research. 82 (9), 677-681 (2003).
  17. Gudhimella, S., et al. A rodent model using skeletal anchorage and low forces for orthodontic tooth movement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 155 (2), 254-263 (2019).
  18. Lira Dos Santos, E. J., et al. Orthodontic tooth movement alters cementocyte ultrastructure and cellular cementum proteome signature. Bone. 153 (12), 116-139 (2021).
  19. Danz, J. C., Bibby, B. M., Katsaros, C., Stavropoulos, A. Effects of facial tooth movement on the periodontium in rats: a comparison between conventional and low force. Journal of Clinical Periodontology. 43 (3), 229-237 (2016).
  20. Kohno, T., Matsumoto, Y., Kanno, Z., Warita, H., Soma, K. Experimental tooth movement under light orthodontic forces: rates of tooth movement and changes of the periodontium. Journal of Orthodontics. 29 (2), 129-135 (2002).
  21. Gad, A. M., Soliman, S. O. Evaluation of systemic Omega-3 PUFAs effect on orthodontic tooth movement in a rabbit model: RCT. Angle Orthodontist. 93 (4), 476-481 (2023).
  22. Huang, C. Y., et al. Comparison of tooth movement and biological response resulting from different force magnitudes combined with osteoperforation in rabbits. Journal of Applied Oral Science. 29 (2), 20200734 (2021).
  23. Alhasyimi, A. A., Pudyani, P. P., Asmara, W., Ana, I. D. Enhancement of post-orthodontic tooth stability by carbonated hydroxyapatite-incorporated advanced platelet-rich fibrin in rabbits. Orthodontics & Craniofacial Research. 21 (2), 112-118 (2018).
  24. Elkattan, A. E., et al. Effects of Different Parameters of Diode Laser on Acceleration of Orthodontic Tooth Movement and Its Effect on Relapse: An Experimental Animal Study. Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences. 7 (3), 412-420 (2019).
  25. von Böhl, M., Maltha, J. C., Von Den Hoff, J. W., Kuijpers-Jagtman, A. M. Focal hyalinization during experimental tooth movement in beagle dogs. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 125 (5), 615-623 (2004).
  26. Machibya, F. M., et al. Effects of bone regeneration materials and tooth movement timing on canine experimental orthodontic treatment. Angle Orthodontist. 88 (2), 171-178 (2018).
  27. Deguchi, T., et al. Histomorphometric evaluation of alveolar bone turnover between the maxilla and the mandible during experimental tooth movement in dogs. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (6), 889-897 (2008).
  28. Tanimoto, K., et al. Experimental tooth movement into new bone area regenerated by use of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Cleft Palate-craniofacial Journal. 52 (4), 386-394 (2015).
  29. Oltramari, P. V., et al. Orthodontic movement in bone defects filled with xenogenic graft: an experimental study in minipigs. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 131 (3), e10-e17 (2007).
  30. Verna, C., Dalstra, M., Lee, T. C., Melsen, B. Microdamage in porcine alveolar bone due to functional and orthodontic loading. European Journal of Morphology. 42 (1-2), 3-11 (2005).
  31. Steiner, G. G., Pearson, J. K., Ainamo, J. Changes of the marginal periodontium as a result of labial tooth movement in monkeys. Journal of Periodontology. 52 (6), 314-320 (1981).
  32. Celebi, A. A., Demirer, S., Catalbas, B., Arikan, S. Effect of ovarian activity on orthodontic tooth movement and gingival crevicular fluid levels of interleukin-1β and prostaglandin E(2) in cats. Angle Orthodontist. 83 (2), 70-75 (2013).
  33. Holmes, H. D., Tennant, M., Goonewardene, M. S. Augmentation of faciolingual gingival dimensions with free connective tissue grafts before labial orthodontic tooth movement: an experimental study with a canine model. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 127 (5), 562-572 (2005).
  34. Wennström, J. L., Lindhe, J., Sinclair, F., Thilander, B. Some periodontal tissue reactions to orthodontic tooth movement in monkeys. Journal of Clinical Periodontology. 14 (3), 121-129 (1987).
  35. Ibrahim, A. Y., Gudhimella, S., Pandruvada, S. N., Huja, S. S. Resolving differences between animal models for expedited orthodontic tooth movement. Orthodontics & Craniofacial Research. 20, 72-76 (2017).
  36. Kirschneck, C., Bauer, M., Gubernator, J., Proof, P., Schröder, A. Comparative assessment of mouse models for experimental orthodontic tooth movement. Scientific Reports. 10 (1), 1-12 (2020).
  37. Ransom, R. C., et al. Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration. Nature. 563 (7732), 514-521 (2018).
  38. Mardas, N., et al. Experimental model for bone regeneration in oral and cranio-maxillo-facial surgery. Journal of Investigative Surgery. 27 (1), 32-49 (2014).

Tags

החודש ב- JoVE גיליון 200 שיפוץ עצם הקשור לעומס מכני תרשים זרימה דיאגרמות סכמות תמונות פעולה סרטונים עכברים בוגרים מסוג רחב C57/B6J ימים 3 8 ו -14 לאחר הניתוח מיקרו-CT נתונים היסטופתולוגיים תנועות שיניים שלבי מידול עצם שלב הכנה שלב ספיגת עצם שלב היווצרות עצם זמן איסוף דגימה
הקמת מודל אורתודונטי מקסילרי מורין
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, J., Yu, C., Li, F. The… More

Liu, J., Yu, C., Li, F. The Establishment of a Murine Maxillary Orthodontic Model. J. Vis. Exp. (200), e66033, doi:10.3791/66033 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter