Waiting
Login processing...

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

Medicine

Создание мышиной верхнечелюстной ортодонтической модели

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

Здесь мы продемонстрируем шаг за шагом управляемый ортодонтический протокол перемещения зубов, оперированный на мышиной модели верхней челюсти. С подробным объяснением каждого шага и наглядной демонстрацией исследователи могут освоить эту модель и применить ее к своим экспериментальным потребностям с небольшими изменениями.

Abstract

Из-за отсутствия воспроизводимых протоколов для создания мышиной верхнечелюстной ортодонтической модели, мы представляем надежный и воспроизводимый протокол, чтобы предоставить исследователям осуществимый инструмент для анализа механического ремоделирования кости, связанного с механической нагрузкой. В этом исследовании представлена подробная блок-схема, а также различные типы принципиальных схем, фотографии и видео операций. Мы выполнили этот протокол на 11 взрослых мышах широкого типа C57/B6J и собрали образцы на 3, 8 и 14 сутки послеоперационного периода. Микро-КТ и гистопатологические данные доказали успешность перемещения зубов в сочетании с ремоделированием кости с использованием этого протокола. Кроме того, по результатам микро-КТ на 3, 8 и 14 сутки мы разделили моделирование кости на три этапа: подготовительный этап, этап резорбции костной ткани и этап костеобразования. Ожидается, что эти этапы помогут исследователям, занимающимся различными этапами, разумно установить время сбора образцов. Этот протокол может вооружить исследователей инструментом для проведения регенеративного анализа костного ремоделирования.

Introduction

Кость - это высокоактивная реконструированная ткань, которая адаптирует свой размер, форму и свойства на протяжении всей жизни человека 1,2. В дополнение к гормонам, старению, питанию и другим биологическим или биохимическим факторам3, идея о том, что механическая нагрузка является наиболее определяющим фактором, получила всеобщее признание 4,5. При некоторых обстоятельствах при аномальной механической нагрузке дисбаланс между резорбцией и формированием костной ткани может привести к аномальному ремоделированию кости и костным заболеваниям. Заболевания костей, такие как остеопороз и потеря костной массы при длительном постельном режиме или в условиях микрогравитации во время космического полета, имеют тесную связь с аномальной механической нагрузкой 6,7,8.

Механическая нагрузка также используется для лечения заболеваний, связанных с костями, таких как дистракционное лечение и ортодонтическое лечение. Дистракционное лечение используется при таких заболеваниях развития, как краниосиностоз и гипоплазия нижней челюсти 9,10, в то время как ортодонтическое лечение широко используется для исправления неправильного положения зубов и любых аномалий прикуса11. В основе ортодонтического лечения также лежит управление механической нагрузкой. Когда костная ткань подвергается механической нагрузке, высоко скоординированный процесс ремоделирования кости индуцируется сочетанием резорбции кости с последующим формированием кости, которая может перемещать зубы для достижения ортодонтической цели12,13.

Несмотря на то, что ортодонтическое лечение широко применяется в клинической практике, поскольку наши знания о биологических эффектах механической нагрузки ограничены, результаты ортодонтического лечения не поддаются контролю. Чтобы преодолеть эти ограничения, было создано несколько моделей животных, таких как мышь, крыса, кролик, кошка, собака, обезьяна и свинья, чтобы исследовать основной механизм ремоделирования костей, вызванного механической нагрузкой (Таблица 1)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32. Крупные животные, такие как собаки, обезьяны и свиньи, имеют некоторые преимущества перед мелкими животными в ортодонтической хирургии - у них более похожие на человеческие зубы и зубные ряды, поэтому хирургическую процедуру легко воспроизвести на людях. Кроме того, широкий обзор позволяет снизить сложность операции и дать возможность применять различные ортодонтические схемы33,34. Однако крупных животных трудно получить, что приводит к проблемам, связанным с размером выборки, и на них распространяются этические ограничения35. Кроме того, рутинные процедуры экстракции и сложные инструменты затрудняют проведение экспериментов, из-за чего крупные животные используются редко.

В таких условиях грызуны в основном используются для создания ортодонтических моделей. Среди этих моделей крысы и кролики имеют меньшую сложность работы и больше схем движения зубов по сравнению с мышами. Тем не менее, мышиная модель имеет уникальное преимущество, заключающееся в том, что существует большое количество генетически модифицированных мышей, что особенно важно для изучения лежащих в ееоснове механизмов. Тем не менее, мышиная модель является самой сложной моделью для манипулирования из-за ее небольшого размера. Если рассматривать существующие методы, то перемещение первого моляра в мезиальном направлении является единственным практическим методом для ортодонтической модели. Два устройства в основном используются для перемещения зубчатой винтовой пружины и эластичной ленты. Использовать резинку проще, но ортодонтическое усилие сильно варьируется, что затрудняет получение стабильных результатов.

Xu et al.15 создали мышиную модель со спиральной пружиной на нижней челюсти. Тем не менее, из-за подвижности нижней челюсти и обструктивного характера языка, операция на верхней челюсти всегда является первым выбором как для интраоперационных, так и для послеоперационных соображений. Taddei et al.16 описали более подробный протокол для мышиной верхней челюсти 10 лет назад, и следует добавить больше визуальных и прозрачных деталей. Таким образом, в этом протоколе систематически описывается подробный ортодонтический протокол перемещения зубов на мышиной модели верхней челюсти, чтобы помочь исследователям освоить метод моделирования стандартизированным способом и обеспечить сравнительную оценку между различными исследованиями.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Процедуры на животных в этом исследовании были рассмотрены и одобрены Этическим комитетом Западно-Китайской школы стоматологии Сычуаньского университета (WCHSIRB-D-2017-041). В этом исследовании использовали взрослых мышей C57BL/6 (см. таблицу материалов). Этот протокол добавляет механическую нагрузку на правый первый моляр верхней челюсти (M1) для мезиального движения, где высоко скоординированный процесс ремоделирования кости индуцируется сочетанием резорбции кости и формирования кости (рис. 1).

1. Предоперационная подготовка

  1. Хирургические изделия
    1. Подготовьте следующие хирургические предметы для операции: хирургическую платформу (Рисунок 2A), крепеж (Рисунок 2B), хирургические инструменты (Рисунок 2C и дополнительный Рисунок S1), ортодонтические принадлежности (Рисунок 2C) и расходные материалы для реставрации зубов (Рисунок 2D).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Винтовая пружина изготавливается по индивидуальному заказу и обеспечивает усилие 10 сН при растяжении до 10 мм.
  2. Стерилизация
    1. Стерилизовать хирургические инструменты автоклавированием, а все хирургические предметы ультрафиолетовым облучением в течение не менее 30 минут.
  3. Анестезия
    1. Обезболить мышь путем введения кетамина (100 мг/кг) и диазепама (5 мг/кг) путем внутрибрюшинной инъекции.
    2. Нанесите ветеринарную мазь на глаза мыши ватной палочкой, чтобы избежать сухости глаз.
    3. Приступайте к операции только в том случае, если мышь не реагирует на защемление пальцев ног щипцами.

2. Хирургический процесс

  1. Разведите и прикрепите конечности мыши под наркозом в положении лежа на спине к операционной платформе с помощью лейкопластыря.
  2. Приколите иглу 27 G с каждой стороны над головой и еще одну иглу 27 G с каждой стороны под подмышечной впадиной.
  3. Намотайте резинку на две вышеупомянутые иглы и верхние резцы и еще одну на две иглы и нижние резцы. Измените положение иглы, чтобы контролировать степень раскрытия и ориентацию рта (Рисунок 3A).
    ПРИМЕЧАНИЕ: При ортодонтической операции по перемещению зубов держите рот открытым до тех пор, пока буцинатор не станет полностью закрытым. Язык должен быть вытянут в сторону неоперированного тела, чтобы обнажить операционное поле и предотвратить ишемию.
  4. Согните конец 1,5 мм проволоки из нержавеющей стали 304 диаметром 3 см и протолкните согнутый конец через междугороднее пространство между М1 и вторым моляром верхней челюсти (М2) со щечной стороны изогнутым офтальмологическим пинцетом (Рисунок 3В). Когда небный конец лигатурной проволоки виден с небной стороны, вытяните его примерно до половины его длины и пропустите через один конец индивидуальной спиральной пружины.
  5. Завяжите квадратный узел двумя концами лигатурной проволоки в мезиальном направлении верхнечелюстной М1 до тех пор, пока пружина не будет прочно закреплена на зубе (рисунок 3В). Вычтите лишнюю проволоку.
  6. Точно так же проткните вторую проволоку из нержавеющей стали 3 см 304 через другой конец винтовой пружины.
  7. Очистите и высушите поверхности резцов ватными шариками. Нанесите клей на все эти поверхности ватными палочками и отверждите их светом.
  8. Проденьте вторую проволоку из нержавеющей стали через междурядье между верхнечелюстными резцами и завяжите скользящий узел в лабиальном направлении (рис. 3D). Вычтите лишнюю проволоку и сделайте так, чтобы остальная проволока лежала близко к поверхности зуба.
  9. Введите светоотверждаемую смолу, чтобы покрыть узел и резцы; светоотверждение смолы (Рисунок 3E).

3. Послеоперационное ведение

  1. После операции мышам внутрибрюшинно вводят 0,05 мг/кг бупренорфина для послеоперационного обезболивания.
  2. Поместите мышь под наркозом на термостатическое электрическое одеяло с температурой 37 °C. Когда мышь придет в сознание при передвижении, верните ее в отдельную клетку-содержание.
  3. Из-за ограниченного функционирования резцов после операции замените обычный твердый корм только щадящим питанием.
  4. Проверяйте ортодонтические аппараты каждый день. Если во время осмотра наблюдаются какие-либо условия, влияющие на проведение ортодонтического усилия, такие как деформация пружины, ослабление пружины и падение устройства, мышь должна быть исключена из эксперимента.
  5. Чтобы сохранить сопоставимость экспериментов, оценивайте вес мышей ежедневно после операции. Любые мыши, у которых потеря веса превышает 30% от их дооперационного веса, должны быть исключены из эксперимента.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Мы провели операцию OTM на 11 взрослых самцах мышей (C57/BL6, 3 месяца). Они были подвергнуты эвтаназии на 3, 8 и 14 день после операции. В этих экспериментах правая верхнечелюстная сторона является операционной, а левая верхнечелюстная — контрольной. Микро-КТ показала, что на 3, 8 и 14 сутки после операции наблюдалось временное последовательное увеличение расстояния между М1 и М2: 30 мкм, 70 мкм и 110 мкм соответственно (рис. 4). Периодонтальная связка низкой плотности в результате механической нагрузки уширилась на дистальной стороне и сужалась на мезиальной стороне корешков (рис. 5). Кроме того, периодонтальная связка была непрерывной, и ни в одном корешке не происходило рассасывания. Эти результаты доказывают, что физически перемещать M1 с помощью этого протокола возможно и безопасно.

Кроме того, мы проанализировали область кости, заключенную в корни M1, с параметрами, показанными на рисунке 6. Процентное соотношение объема костной ткани и минеральной плотности костной ткани операционной стороны на 8-е сутки показало достоверное снижение по сравнению с контрольной стороной (рис. 6А,Б). Напротив, процентный объем костной ткани на 3-й и 14-й дни показал значительное увеличение по сравнению с операционной стороной на 8-й день (рис. 6А). Эти результаты свидетельствуют о том, что ремоделирование костной ткани неактивно до 3-го дня после операции. После 3-го дня после операции рассасывание костной ткани начинает доминировать в процессе ремоделирования кости. После 8-го дня после операции костная ткань набирает обороты в ремоделировании кости, и альвеолярная кость почти возвращается к физиологическому уровню, что также означает, что движение зубов практически прекращается. К 14-му дню этого протокола ремоделирование кости, заключенной в корни М1, проходит через три стадии, которые можно условно разделить на стадии препарирования, резорбции костной ткани и формирования костной ткани. Таким образом, исследователи могут изучать различные стадии ремоделирования костной ткани с помощью этой модели.

На рисунке 7 представлены результаты окрашивания гематоксилин-эозином и окрашиванием по Массон-трихрому. В качестве области интереса мы выбрали альвеолярную кость между мезиальным щечным корнем (MB) и дистальным буккальным корешком (DB) M1. Периодонтальные связки на дистальном конце MB и мезиальном конце DB являются фронтами передачи силы интересующей костной области. Контрольная сторона каждой группы показала сходные проявления: эти периодонтальные связки имели одинаковую ширину с волнообразными волокнами и веретенообразными клетками в выравнивании, а поверхность альвеолярной кости была неповрежденной линейной. Это говорит о том, что ткани пародонта, заключенные в корни М1, не подвергались неуравновешенной и чрезмерной механической нагрузке в физиологических условиях.

На 3-е сутки после операции волокна периодонтальной связки были плотно растянуты со стороны растяжения, в то время как волокна периодонтальной связки были сжаты с морфологической неоднозначностью. Гиалинизация отмечена в области наибольшего давления. Поверхность альвеолярной кости все еще сохраняла свою целостность с обеих сторон. В соответствии с результатами микро-КТ, в первые 3 дня после операции М1 перемещался в пределах альвеолярной впадины, сжимая периодонтальную связку со стороны давления, в то время как резорбция или формирование кости еще не наблюдались.

На 8-й день после операции периодонтальные связки с обеих сторон имели те же особенности, что и на 3-й день, хотя поверхность альвеолярной кости начала выглядеть шероховатой. Кроме того, полость костного мозга была увеличена, а количество трабекулярных костей, как видно по данным КТ, уменьшилось. Поэтому на 8-е сутки после операции гистопатологический фенотип костного ремоделирования показывает усиление костной резорбции. Альвеолярная кость также указывает на то, что М1 движется с высокой скоростью.

На 14-й день после операции ширина периодонтальных связок с обеих сторон казалась почти одинаковой. Поверхность альвеолярной кости стала намного шероховатее по сравнению с таковой на 8-й день после операции. Однако на контрольной стороне кость была восстановлена до физиологического уровня, на что также указывали данные КТ. Этот этап показывает, что формирование костной ткани доминировало в процессе моделирования кости. Поскольку механическая нагрузка была приложена только один раз во время операции, нагрузка уменьшалась по мере увеличения расстояния перемещения. Когда альвеолярная кость пришла в норму, движение М1 также прекратилось.

Figure 1
Рисунок 1: Схематическое изображение движения зуба. При механической нагрузке на моляр можно определить растягивающую и сжимающую стороны ремоделирования альвеолярной кости. Толстая стрелка указывает направление механической нагрузки. Тонкими стрелками обозначены стороны растяжения и сжатия фронта ремоделирования кости. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 2
Рисунок 2: Хирургические изделия. (А) (1) Хирургическая платформа: пенопластовая плита или пробковая доска, обернутая медицинским нетканым материалом. (B) Застежки: (2) две резинки, (3) лента и (4) четыре иглы 27 G. (C) Хирургические инструменты и ортодонтические принадлежности: (5) хирургические ножницы, (6) офтальмологический пинцет, (7) иглодержатели, (8) проволока из нержавеющей стали 304 и (9) спиральная пружина по индивидуальному заказу. Белый прямоугольник относится к индивидуальной винтовой пружине. Увеличенные версии пружины с усилием и без него показаны на дополнительном рисунке S1. (D) Расходные материалы для реставрации зубов: (10) флакон с воздушным насосом, (11) легкое отверждающее средство, (12) ватные шарики, (13) ватные палочки, (14) светоотверждаемая жидкая смола и (15) клеи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 3
Рисунок 3: Хирургический процесс. (A) Прикрепите мышь к хирургической платформе. (B) Протолкните проволоку из нержавеющей стали 304 через междугороднее пространство между M1 и M2 со щечной стороны. (В1) Для понимания была добавлена принципиальная схема. (C) Спиральная пружина прикреплена к M1, и окклюзионные помехи в M1 не возникают. (С1) Для понимания была добавлена принципиальная схема. (D) Другой конец винтовой пружины крепится к ипсилатеральному верхнему резцу. (Д1) Для понимания была добавлена принципиальная схема. (E) Нанесите жидкую смолу, чтобы обернуть резцы и нержавеющую сталь вместе. (F) Окончательный вид всех ортодонтических аппаратов. Сокращения: М1 = первый моляр верхней челюсти; M2 = второй моляр верхней челюсти. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 4
Рисунок 4: Репрезентативные трехмерные изображения микро-КТ и статистический анализ различных стадий движения М1. (А) При физиологических условиях между М1 и М2 нет пространства. (Б-Д) M1 начинает двигаться, и расстояние перемещения увеличивается в соответствии с взаимным позиционным отношением между M1 и M2 с течением времени. Красная рамка обозначает расстояние между М1 и М2. Черная стрелка обозначает направление механической нагрузки. (E) Статистический анализ расстояния перемещения М1. Сокращения: М1 = первый моляр верхней челюсти; M2 = второй моляр верхней челюсти; OTM = ортодонтическое перемещение зубов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 5
Рисунок 5: Репрезентативные двухмерные изображения микро-КТ с горизонтальной и сагиттальной проекций различных стадий движения М1. (А,Б) В физиологических условиях периодонтальная связка низкой плотности является равновесной и постоянно занимает некоторое пространство, а не сжимается, а поверхность альвеолярной кости не повреждена линейно. (С,Д) Периодонтальная связка расширяется на дистальной стороне и сужается на мезиальной стороне корней, что можно наблюдать на 3-е сутки после операции. (Э-Н) На 8-й и 14-й день после операции поверхность альвеолярной кости начинает восстанавливаться, а поверхность альвеолярной кости становится шероховатой. Желтые стрелки обозначают сжатую периодонтальную связку. Красные стрелки обозначают шероховатую поверхность альвеолярной кости для поглощения и отложения кости. * Р < 0,05; Р < 0,005. Односторонняя ANOVA. Данные являются средними ± SD, n ≥ 3. Масштабная линейка = 100 мкм. Сокращения: М1 = первый моляр верхней челюсти; M2 = второй моляр верхней челюсти; OTM = ортодонтическое перемещение зубов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 6
Рисунок 6: Статистический анализ альвеолярной кости, заключенной в корни М1, на разных стадиях движения М1 по данным микро-КТ. (А) Значительное уменьшение процентного объема костной ткани на 8-й день указывает на активную резорбцию костной ткани между 3-м и 8-м днем. Значительное увеличение процента объема костной ткани на 14-й день указывает на активное костеобразование между 8-м и 14-м днем. (B) Достоверная разница в минеральной плотности костной ткани на 8-й день по сравнению с контрольной группой. также подтверждает вышеприведенный вывод. (К-Э) Для оценки использовались три дополнительных показателя. Существенных различий обнаружено немного, но тенденция по-прежнему подтверждает вышеизложенные выводы. *P < 0,05. Односторонняя ANOVA. Данные являются средними± SD, n ≥ 3. Сокращения: М1 = первый моляр верхней челюсти; OTM = ортодонтическое перемещение зубов; BV/TV = процент объема костной ткани; МПК = минеральная плотность костной ткани; Tb. N = трабекулярное число; Tb. Th = трабекулярная толщина; Tb. Sp = трабекулярное разделение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 7
Рисунок 7: Репрезентативные результаты окрашивания гематоксилин-эозином и окрашиванием трихромом Массона различных стадий движения М1. (А,Б) В физиологических условиях волокна периодонтальной связки подвергаются воздействию определенных сил с отчетливой волнообразной формой типа «~», а поверхность альвеолярной кости не повреждена линейно. Когда M1 подвергается механической нагрузке, волокна (C, E, G, I, K, M) плотно растягиваются со стороны растяжения, в то время как волокна периодонтальной связки (D, F, H, J, L, N) сжимаются с морфологической неоднозначностью. (К-Н) Поверхность альвеолярной кости становится все более и более неровной по мере моделирования кости. Масштабная линейка = 20 мкм. Сокращения: M1 = первый моляр верхней челюсти; OTM = ортодонтическое перемещение зубов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Вид Подвижный зуб Анкоридж Устройство Направление движения Ссылка
Мышь Первый моляр Резцов цилиндрическая пружина средний 14,15
Первый моляр второй моляр резинка средний 16
Крыса Первый моляр мини-имплантат цилиндрическая пружина средний 17
Первый моляр Резцов цилиндрическая пружина средний 18
второй и третий моляры контралатеральные одноименные зубы Пружинное расширительное устройство щечный 19
Первый моляр второй моляр ортодонтическая проволока средний 20
Кролик Первый премоляр Резцов цилиндрическая пружина средний 21
Первый премоляр мини-имплантат цилиндрическая пружина средний 22
резец контралатеральные одноименные зубы цилиндрическая пружина дистальный 23
резец контралатеральные одноименные зубы Петля Омега дистальный 24
Собака Второй премоляр и первый моляр мини-имплантат цилиндрическая пружина средний 25
Второй премоляр собачий цилиндрическая пружина средний 26
Первый премоляр мини-имплантат резинка дистальный 27
боковой резец собачий резинка дистальный 28
Свинья Первый моляр Молочный третий моляр и мини-имплантат цилиндрическая пружина средний 29
Первый моляр второй моляр ортодонтическая проволока щечный 30
Обезьяна центральный резец первый моляр, премоляр, клык и боковой резец спиральная пружина и ортодонтическая проволока губной 31
Кошка собачий мини-имплантат цилиндрическая пружина средний 32

Таблица 1: Сводка существующих ортодонтических моделей животных. В таблице перечислены наиболее часто используемые модели обычных лабораторных животных, которые сосредоточены на простом ортодонтическом перемещении зубов. Они всегда состоят из трех элементов: целевого подвижного зуба, анкеровки и соединительного устройства для добавления механической нагрузки. Различные ортодонтические программы были разработаны путем изменения трех элементов. Исключены сложные ортодонтические перемещения зубов с несколькими зубами.

Дополнительный рисунок S1: Увеличенные версии пружины. (А) без и (Б) с механической нагрузкой. Масштабная линейка = 5 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок S2: Способ зажима лигатурной проволоки щипцами. Во время протокольного шага 2.4., здесь показан наиболее безопасный и удобный способ зажима изгиба лигатурной проволоки перед прокалыванием. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный рисунок S3: Область применения полимерного покрытия. На этапе протокола 2.9 показан резцовый конец пружины (А) без и (Б) с покрытием смолой. Смола не должна добавляться в эластичную часть. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В данной работе мы попытались шаг за шагом описать простейший ортодонтический протокол перемещения зубов на мышиной модели верхней челюсти для изучения латентных механизмов механического ремоделирования кости, вызванного механической нагрузкой. Помимо исследований по ремоделированию костной ткани, существуют и другие основные применения этого метода: 1) методологические исследования по ускорению ортодонтического движения зубов; 2) исследование ортодонтической резорбции корня; 3) биологические механизмы ортодонтического движения зубов и боли; 4) исследование трансгенной модели.

По сравнению с другими методами лечения, связанными с механической нагрузкой, такими как дистракционный остеогенез нижней челюсти37, ортодонтическое перемещение зубов является самым простым и мягким методом без раны и кровотечения. Кроме того, мышиная модель имеет преимущества, заключающиеся в том, что с ней легко работать, с ней требуется меньше времении затрат. Верхнечелюстная модель может обеспечить широкое поле зрения и стабильную фиксацию во время работы и наименьшее воздействие на прибор со стороны языкапосле операции 14.

Основываясь на модели, созданной здесь, мы описали три репрезентативные временные точки. Движение зубов может быть измерено макроскопически с третьего дня после операции, и расстояние перемещения увеличивается со временем. На 3 сутки после операции добавилась механическая нагрузка на кость через волокна периодонтальной связки без каких-либо явных изменений в кости. На 8-е сутки после операции уже началось ремоделирование костной ткани, и резорбция костной ткани находилась в доминирующем положении, в то время как костеобразование было доминирующим на 14-й день после операции. Данная модель может показать особенности различных этапов ремоделирования костной ткани при ортодонтическом лечении зубов.

Необходимо учесть несколько важных этапов операции. Перед этапом протокола 2.7 голова мыши должна быть обращена к оператору для лучшего хирургического поля зрения. После шага протокола 2.4 зона операции находится рядом с резцами, а хвост мыши должен быть направлен к оператору. Когда проволока из нержавеющей стали должна быть протолкнута через промежуточное пространство между М1 и М2 со щечной стороны, необходим предварительный изгиб, чтобы безопасно определить целевую область и уменьшить пространство, занимаемое инструментами во рту. Угол изгиба должен быть >45°, чтобы проволока из нержавеющей стали не могла проткнуть десну при прохождении через междугороднее пространство. Прокалывание параллельным способом – это путь наименьшего сопротивления. Прокол окклюзионной проволоки под небольшим углом также может быть выведен на небную сторону гладкой и жесткой поверхностью зуба. Выступ изогнутого офтальмологического пинцета должен зажимать изгиб, чтобы уменьшить занимаемое пространство во рту и сделать его удобным для нагрузок (дополнительный рисунок S2).

Поскольку проволока из нержавеющей стали может не проходить через междурядье между верхнечелюстными резцами, зубчатые офтальмологические пинцеты полезны для разделения резцов. Кроме того, квадратный узел не нужен, так как склеивание смолой является основным методом удержания. Скользящий узел можно сделать почти вплотную к поверхности зуба, где квадратный узел увеличит объем смолы покрытия.

Однако у этой модели есть и свои недостатки. Ортодонтические аппараты могут быть разрушены мышами из-за ощущения присутствия инородного материала во рту. Часть молярной стороны остается ниже окклюзионной плоскости, которую трудно разрушить. Однако нижние резцы прикусывают точно на фиксирующую часть резцовой стороны, включая конец винтовой пружины. Поэтому мы предлагаем, чтобы все поверхности обоих верхних резцов были обернуты смолой, чтобы увеличить удерживающую силу. Резцовый конец пружины - самая слабая часть - может быть покрыт смолой (дополнительный рисунок S3). В заключение, этот протокол шаг за шагом продемонстрировал детали ортодонтического перемещения зубов, оперированного на мышиной модели верхней челюсти. С подробным объяснением каждого шага и наглядной демонстрацией исследователи могут освоить эту модель и применить ее к своим экспериментальным потребностям с небольшими изменениями.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Acknowledgments

Работа выполнена при поддержке гранта Национального фонда естественных наук Китая 82100982 Ф.Л.

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

В этом месяце в JoVE выпуск 200 Ремоделирование костей связанное с механической нагрузкой блок-схема принципиальные схемы фото операции видео взрослые мыши широкого типа C57/B6J послеоперационные дни 3 8 и 14 микро-КТ гистопатологические данные движение зубов этапы моделирования кости этап подготовки этап резорбции костной ткани этап формирования костной ткани время сбора образцов
Создание мышиной верхнечелюстной ортодонтической модели
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