Przedstawiamy protokół generowania ruchów zębów ortodontycznych u myszy oraz metody wizualizacji 3D włókien kolagenowych i naczyń krwionośnych więzadła przyzębia bez sekcji.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy protokół generowania ruchów zębów ortodontycznych u myszy oraz metody wizualizacji 3D włókien kolagenowych i naczyń krwionośnych więzadła przyzębia bez sekcji.
Ortodontyczny ruch zębów to złożony proces biologiczny polegający na zmianie struktury tkanek miękkich i twardych w wyniku działania sił zewnętrznych. Aby zrozumieć te złożone procesy przebudowy, kluczowe znaczenie ma badanie tkanek zęba i przyzębia w ich kontekście 3D, a tym samym zminimalizowanie wszelkich fragmentów i artefaktów tkankowych. Modele mysie są często wykorzystywane w biologii rozwojowej i strukturalnej, a także w biomechanice ze względu na ich niewielkie rozmiary, wysokie tempo metabolizmu, genetykę i łatwość obsługi. W zasadzie czyni to je również doskonałymi modelami do studiów związanych z stomatologią. Jednak główną przeszkodą jest ich mały rozmiar zębów, w szczególności zębów trzonowych. Niniejsza praca ma na celu przedstawienie krok po kroku protokołu generowania ortodontycznych ruchów zębów oraz dwóch metod obrazowania 3D włóknistego komponentu więzadła przyzębia zęba trzonowego żuchwy myszy. Pierwsza z przedstawionych metod opiera się na ustawieniu mikrotomografii komputerowej umożliwiającej obrazowanie wzmacniające fazę świeżych tkanek kolagenowych. Drugą metodą jest metoda oczyszczania kości z wykorzystaniem cynamonianu etylu, która umożliwia obrazowanie przez kość bez cięcia i zachowuje endogenną fluorescencję. Połączenie tej metody oczyszczania z myszami reporterowymi, takimi jak Flk1-Cre; TdTomato zapewniło pierwszą w swoim rodzaju możliwość zobrazowania naczyń krwionośnych 3D w PDL i kości wyrostka zębodołowego.
Podstawowym procesem biologicznym leżącym u podstaw ortodontycznego ruchu zębów (OTM) jest przebudowa kości. Wyzwalacz tego procesu przebudowy przypisuje się zmianom w strukturze więzadła przyzębia (PDL), takim jak stres macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), martwica, a także niszczenie i tworzenie naczyń krwionośnych1,2,3. Inne możliwe czynniki wywołujące przebudowę kości wyrostka zębodołowego są związane z wyczuwaniem siły przez osteocyty w kości, a także z mechanicznym odkształceniem samej kości wyrostka zębodołowego; jednak ich rola w OTM nadal nie jest w pełni wyjaśniona4,5.
Pomimo wielu badań mających na celu ujawnienie relacji struktura-funkcja PDL podczas OTM, jasny mechanizm funkcjonalny nie został jeszcze zdefiniowany6,7. Głównym tego powodem jest wyzwanie związane z uzyskaniem danych dotyczących tkanki miękkiej (PDL) znajdującej się między dwiema tkankami twardymi (cementem i kością wyrostka zębodołowego). Przyjęte metody zbierania informacji strukturalnych zwykle wymagają utrwalenia i sekcji, które zakłócają i modyfikują strukturę PDL. Co więcej, większość z tych metod daje dane 2D, które nawet jeśli nie są zniekształcone, dają tylko częściowe i zlokalizowane informacje. Ponieważ PDL nie jest jednorodny pod względem struktury i funkcji, uzasadnione jest podejście, które odnosi się do nienaruszonej struktury 3D całego kompleksu ząb-PDL-kość.
Ten artykuł opisze metodę generowania OTM u myszy oraz dwie metody, które umożliwiają wizualizację 3D włókien kolagenowych w PDL bez żadnego podziału próbki.
Modele mysie są powszechnie używane do eksperymentów in vivo w medycynie, biologii rozwojowej, dostarczaniu leków i badaniach strukturalnych. Mogą być modyfikowane genetycznie w celu wyeliminowania lub wzmocnienia określonych białek i funkcji; zapewniają szybką, powtarzalną i przewidywalną kontrolę rozwoju; Są one również łatwe do zobrazowania ze względu na ich mały rozmiar8. Pomimo wielu zalet, modele mysie w badaniach stomatologicznych nie są często używane, zwłaszcza gdy uzasadnione są manipulacje kliniczne, głównie ze względu na małe rozmiary zębów. Modele zwierzęce, takie jak szczury9,10,11, dogs12,13, pigs14,15,16 i monkeys17 są używane częściej niż myszy. Wraz z niedawnym rozwojem technik obrazowania o wysokiej rozdzielczości, korzyści płynące z wykorzystania modelu myszy do rozszyfrowania zawiłych procesów w OTM są liczne. W pracy przedstawiono metodę generowania ruchu mezjalnego zęba trzonowego w żuchwie przy stałych poziomach siły, które wyzwalają przebudowę kości. Większość eksperymentów OTM na gryzoniach przeprowadza się w szczęce, ponieważ ruchomość żuchwy i obecność języka dodają kolejny poziom złożoności. Jednak żuchwa ma wiele zalet, gdy pożądana jest integralność strukturalna 3D. Można go łatwo wypreparować jako całą kość; u niektórych gatunków można go rozdzielić na dwie półżuchwy przez spojenie włókniste; Jest zwarty, płaski i zawiera tylko zęby bez przestrzeni zatokowych. Natomiast szczęka jest częścią czaszki i jest ściśle związana z innymi narządami i strukturami, dlatego konieczne jest obszerne cięcie w celu wypreparowania kości wyrostka zębodołowego wraz z powiązanymi zębami.
Korzystając z własnej komory wilgotnościowej połączonej z systemem ładowania wewnątrz mikro-tomografu komputerowego o wysokiej rozdzielczości, który umożliwia wzmocnienie fazy, opracowaliśmy metodę wizualizacji świeżych tkanek włóknistych w 3D, jak wcześniej opisano9,18,19,20,21,22,23. Świeże tkanki są skanowane natychmiast po uśmierceniu zwierzęcia bez żadnego barwienia czy utrwalania, co zmniejsza artefakty tkankowe, jak również zmiany właściwości biomechanicznych. Te dane 3D mogą być wykorzystane do analizy rozkładu i kierunku włókien, jak opisano w innym miejscu19.
Druga przedstawiona tutaj metoda obrazowania całych tkanek 3D opiera się na optycznym oczyszczaniu żuchwy, co umożliwia obrazowanie włókien PDL przez kość bez żadnego cięcia. Co ciekawe, umożliwia również wizualizację włókien kolagenowych samej kości, jednak nie będzie to tutaj omawiane. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie metody oczyszczania tkanek. Pierwszym z nich jest oczyszczanie wodne, w którym próbkę zanurza się w roztworze wodnym o współczynniku załamania światła większym niż 1,4 poprzez proste zanurzenie, hiperhydratację lub zatopienie hydrożelu. Jednak metoda ta jest ograniczona pod względem poziomu przezroczystości, a także zachowania strukturalnego tkanki, a zatem wymaga utrwalenia tkanki. Drugą metodą, która daje wysoce przezroczyste próbki i nie wymaga utrwalania, jest metoda czyszczenia oparta na rozpuszczalniku24,25. Opracowaliśmy zmodyfikowaną metodę oczyszczania opartą na rozpuszczalniku opartą na etylo-3-fenyloprop-2-enonianu (cynamonian etylu, ECi) dla próbek żuchwy. Ta metoda ma zalety polegające na zastosowaniu nietoksycznego środka czyszczącego dopuszczonego do kontaktu z żywnością, minimalnym kurczeniu się tkanek i zachowaniu białek fluorescencyjnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi NIH dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych oraz wytycznymi Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Harvarda (Protokół nr 01840).
1. Ortodontyczny ruch zębów
2. Mikrotomografia komputerowa włókien PDL w świeżych półżuchwach
3. Metoda czyszczenia (Rysunek 3)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejsza praca przedstawia metodę wywoływania OTM, a także dwie metody obrazowania 3D włókien kolagenowych wewnątrz PDL bez konieczności wykonywania żadnych przekrojów. W badaniach na zwierzętach, gdy wyrównanie zębów nie jest konieczne, ruch zęba uznaje się za ortodontyczny, jeśli generuje on przebudowę kości jamistej na wszystkich poziomach korzenia. Aby uzyskać wiarygodne OTM, konieczne jest zastosowanie stałego poziomu siły działającej na zęby. W tym przypadku aktywowana sprężyna z NiTi z pamięcią kształtu jest wyko...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Generowanie OTM u myszy jest bardzo pożądane ze względu na rozmiar, genetykę i zalety obsługi. Korzystanie z żuchwy zapewnia łatwą obsługę zarówno pod względem preparowania tkanek, jak i przygotowania próbki i obrazowania. W tym artykule przedstawiliśmy metodę generowania OTM z translacyjnym ruchem zęba wewnątrz kości w ciągu 7 dni od OTM. Za pomocą tego protokołu można wydłużyć całkowity czas ruchu zęba, ponieważ aktywowana cewka zapewnia stały poziom siły dla ruchu do około 1 mm. Jednak mezjalna strona cewki jest przym...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez NIH (NIDCR R00- DE025053, PI:Naveh). Chcielibyśmy podziękować Harvard Center for Biological Imaging za infrastrukturę i wsparcie. Wszystkie figury są generowane za pomocą biorender.com.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Strzykawka 1 ml BD Luer-Lok | BD | 309628 | |
| 1X buforowana fosforanem sól fizjologiczna | VWR Life Sciences | 0780-10L | |
| 200 proof etanol | VWR Life Sciences | V1016 | |
| Drut 5019 ze stopu aluminium | Sigma-aldrich | GF15828813 | Drut o średnicy 0,08 mm, długość 100, twardy do odpuszczania. Stosowany jako podwiązanie drutu wokół zęba trzonowego. |
| Avizo 9.7 | Thermo Fisher Scientific | N/A | Służy do analizy skanów mikroCT |
| Castroviejo Micro Needle | Holders Fine Science Tools | 12060-01 | |
| Clr Plan-Apochromat 20x/1.0, CorrVIS-IR M27 85mm | Zeiss | N/A | Używany do obrazowania drugiej generacji harmonicznej |
| Uchwyt z gniazdem stożkowym, jednostronnie zakończony, ręczny | G.Hartzell and son | 126-CSH3 | Uchwyt Lustro inspekcyjne |
| EC Plan-Neofluar 5x/0,16 | Zeiss | 440321-9902 | Służy do obrazowania za pomocą arkuszy świetlnych |
| Lampa polimeryzacyjna LED Elipar DeepCure-S | 3M ESPE | 76985 | |
| Probówki Eppendorf safe-lock, 1,5 ml | Eppendorf | 22363204 | |
| Cynamonian etylu, >= 98% | Sigma-aldrich | W243000-1KG-K | |
| , 27G x 1/2'' | BD | 305109 | |
| Ketathesia 100 mg / ml | Henry Schein Zdrowie zwierząt | NDC: 11695-0702-1 | |
| Delikatne wycieraczki KIMWIPES | Kimberly-Clark | 21905-026 (numer katalogowy VWR) | Zakupione w |
| systemie mikroskopu VWR LightSheet Z.1 z podwójnym oświetleniem | Zeiss | LightSheet Z.1/LightSheet 7 | Używany do obrazowania arkuszy świetlnych |
| LSM 880 NLO wielofotonowy mikroskop | Zeiss | LSM 880 NLO | Używany do obrazowania dwufotonowego |
| MEGAmicro, płaszczyzna, średnica 5 mm, gwint SS | Hahnenkratt | 6220 | Lustro do kontroli przedniej powierzchni |
| Maszyna MicroCT, MicroXCT-200 | Xradia | MICRO XCT-200 | |
| Mini-Colibri | Fine Science Tools | 17000-01 | |
| PermaFlo Płynny kompozyt | Ultradent | 948 | |
| Platforma | zabiegowa N/A | N/A | Wykonana na zamówienie z materiałów laboratoryjnych |
| Rutynowy stereoskopowy mikroskop M80 | Leica Micosystems | M80 | |
| Sentalloy NiTi otwarta sprężyna śrubowa | TOMY Inc. | Zamknięta cewka NiTi o średnicy 0,15 mm i wewnętrznej średnicy cewki 0,9 mm zapewnia siłę 10 g. Podobne produkty można kupić w Dentsply Sirona. | |
| Drut ligaturowy ze stali nierdzewnej T-304, średnica 0,009 '' | Ortodoncja | SBLW109 | średnicy 0,009 '' (23 mm), miękki temperament |
| X-Ject E (ksylazyna) 100 mg / ml | Henry Schein Zdrowie zwierząt | NDC: 11695-7085-1 | |
| Z100 Odbudowa, A2 odcień | 3M ESPE | 5904A2 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.