Waiting
Login processing...

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

Medicine

Het opstellen van een maxillair orthodontisch model bij muizen

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

Hier demonstreren we stap voor stap een hanteerbaar, orthodontisch tandbewegingsprotocol dat wordt uitgevoerd op een maxillair model van muizen. Met de expliciete uitleg van elke stap en visuele demonstratie kunnen onderzoekers dit model onder de knie krijgen en met een paar aanpassingen toepassen op hun experimentele behoeften.

Abstract

Vanwege het gebrek aan reproduceerbare protocollen voor het opstellen van een maxillair orthodontisch model bij muizen, presenteren we een betrouwbaar en reproduceerbaar protocol om onderzoekers een haalbaar hulpmiddel te bieden om mechanische belasting-geassocieerde botremodellering te analyseren. Deze studie presenteert een gedetailleerd stroomdiagram naast verschillende soorten schematische diagrammen, bedieningsfoto's en video's. We voerden dit protocol uit op 11 volwassen C57/B6J-muizen van het brede type en verzamelden monsters op postoperatieve dagen 3, 8 en 14. De micro-CT en histopathologische gegevens hebben het succes bewezen van tandbewegingen in combinatie met botremodellering met behulp van dit protocol. Bovendien hebben we volgens de micro-CT-resultaten op dag 3, 8 en 14 de botmodellering in drie fasen verdeeld: voorbereidingsfase, botresorptiefase en botvormingsfase. Van deze fasen wordt verwacht dat ze onderzoekers die zich bezighouden met verschillende stadia helpen om de tijd voor het verzamelen van monsters redelijk vast te stellen. Dit protocol kan onderzoekers uitrusten met een hulpmiddel om regeneratieve analyse van botremodellering uit te voeren.

Introduction

Bot is een zeer actief gereconstrueerd weefsel dat zijn grootte, vorm en eigenschappen aanpast gedurende de levensduur van het individu 1,2. Naast hormonen, veroudering, voeding en andere biologische of biochemische factoren3, heeft het idee dat mechanische belasting de meest bepalende factor is, algemene acceptatie gekregen 4,5. Onder sommige omstandigheden met abnormale mechanische belasting kan de onbalans tussen botresorptie en botvorming leiden tot abnormale botremodellering en botaandoeningen. Botziekten zoals onbruik osteoporose en botverlies tijdens langdurige bedrust of in aanwezigheid van microzwaartekracht tijdens ruimtevluchten hebben een nauwe relatie met abnormale mechanische belasting 6,7,8.

Mechanische belasting is ook gebruikt om botgerelateerde ziekten te behandelen, zoals afleidingsbehandeling en orthodontische behandeling. Afleidingsbehandeling is gebruikt bij ontwikkelingsziekten zoals craniosynostose en mandibulaire hypoplasie 9,10, terwijl orthodontische behandeling op grote schaal is gebruikt om abnormale tandstand en eventuele malocclusie te corrigeren11. De kern van een orthodontische behandeling is ook het beheer van mechanische belasting. Wanneer het botweefsel wordt blootgesteld aan mechanische belasting, wordt een sterk gecoördineerd botremodelleringsproces geïnduceerd door koppeling van botresorptie gevolgd door botvorming, die tanden kan verplaatsen om het orthodontische doel te bereiken12,13.

Hoewel orthodontische behandeling op grote schaal is toegepast in de klinische praktijk, zijn de resultaten van orthodontische behandelingen oncontroleerbaar omdat onze kennis van de biologische effecten van mechanische belasting beperkt is. Om deze beperkingen te overwinnen, zijn verschillende diermodellen zoals muis, rat, konijn, kat, hond, aap en varken opgesteld om het onderliggende mechanisme van mechanische belasting-geïnduceerde botremodellering te onderzoeken (Tabel 1)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32. Grote dieren zoals honden, apen en varkens hebben enkele voordelen ten opzichte van kleine dieren bij orthodontische operaties: ze hebben meer mensachtige tanden en gebitten, zodat de chirurgische ingreep gemakkelijk bij mensen kan worden gerepliceerd. Bovendien kan een brede kijk de moeilijkheidsgraad van de operatie verminderen en het mogelijk maken om verschillende orthodontische schema's toe te passen33,34. Grote dieren zijn echter moeilijk te verkrijgen, wat leidt tot uitdagingen in verband met de steekproefomvang, en ze zijn onderworpen aan ethische beperkingen35. Bovendien maken routinematige extractieprocedures en complexe instrumenten de experimenten moeilijk uit te voeren, waardoor grote dieren zelden worden gebruikt.

Onder dergelijke omstandigheden worden knaagdieren voornamelijk gebruikt om orthodontische modellen op te stellen. Van deze modellen hebben ratten en konijnen een lagere bedieningsmoeilijkheid en meer tandbewegingsschema's in vergelijking met muizen. Het muizenmodel heeft echter het unieke voordeel dat er een groot aantal genetisch gemodificeerde muizen beschikbaar is, wat vooral cruciaal is voor het onderzoeken van de onderliggendemechanismen36. Het muizenmodel is echter het moeilijkst te manipuleren model vanwege zijn kleine formaat. Als we de huidige methoden bekijken, is het verplaatsen van de eerste kies in de mesiale richting de enige praktische methode voor een orthodontisch model. Twee apparaten worden voornamelijk gebruikt om de tandspiraalveer en elastische band te verplaatsen. Het gebruik van een elastische band is gemakkelijker, maar de orthodontische kracht varieert sterk, waardoor het moeilijk is om stabiele resultaten te verkrijgen.

Xu et al.15 hebben een muizenmodel opgesteld met een spiraalveer op de onderkaak. Vanwege de beweeglijkheid van de onderkaak en de obstructieve aard van de tong is een operatie aan de bovenkaak echter altijd de eerste keuze voor zowel intraoperatieve als postoperatieve overwegingen. Taddei et al.16 beschreven 10 jaar geleden een gedetailleerder protocol over de bovenkaak van muizen en er zouden meer visuele en pellucide details moeten worden toegevoegd. Samenvattend heeft dit protocol systematisch een gedetailleerd orthodontisch tandbewegingsprotocol beschreven in een maxillair model van muizen om onderzoekers te helpen de modelleringsmethode op een gestandaardiseerde manier onder de knie te krijgen en de vergelijkende evaluatie tussen verschillende onderzoeken mogelijk te maken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De dierproeven in deze studie werden beoordeeld en goedgekeurd door de ethische commissie van de West China School of Stomatology, Sichuan University (WCHSIRB-D-2017-041). In dit onderzoek werden volwassen C57BL/6-muizen gebruikt (zie de materiaaltabel). Dit protocol voegt mechanische belasting toe aan de rechter maxillaire eerste molaar (M1) voor mesiale beweging, waarbij een sterk gecoördineerd botremodelleringsproces wordt geïnduceerd door koppeling van botresorptie en botvorming (Figuur 1).

1. Preoperatieve voorbereiding

  1. Chirurgische artikelen
    1. Bereid de volgende chirurgische artikelen voor op de operatie: chirurgisch platform (Figuur 2A), bevestigingsmiddel (Figuur 2B), chirurgische instrumenten (Figuur 2C en aanvullende Figuur S1), orthodontische benodigdheden (Figuur 2C) en tandheelkundige restauratiebenodigdheden (Figuur 2D).
      OPMERKING: De op maat gemaakte spiraalveer is op maat gemaakt en levert een kracht van 10cN wanneer deze wordt uitgerekt tot 10 mm.
  2. Sterilisatie
    1. Steriliseer de chirurgische instrumenten door middel van autoclaveren en alle chirurgische artikelen met ultraviolette bestraling gedurende ten minste 30 minuten.
  3. Anesthesie
    1. Verdoof de muis door ketamine (100 mg/kg) en diazepam (5 mg/kg) toe te dienen via intraperitoneale injectie.
    2. Breng dierenartszalf aan op de ogen van de muizen met een wattenstaafje om uitdroging van de ogen te voorkomen.
    3. Ga alleen door met de operatie als de muis niet reageert wanneer zijn tenen met een tang worden geknepen.

2. Chirurgisch proces

  1. Spreid en plak de ledematen van de verdoofde muis in rugligging met plakband op het chirurgische platform.
  2. Speld een naald van 27 G aan weerszijden boven het hoofd en nog een naald van 27 G aan weerszijden onder de oksel.
  3. Wikkel een elastiekje om de bovenste twee naalden en de bovenste snijtanden en een andere om nog eens twee naalden en de onderste snijtanden. Verander de naaldposities om de mate van opening en de oriëntatie van de mond te regelen (Figuur 3A).
    OPMERKING: Houd voor de orthodontische tandverplaatsing de mond maximaal open voordat de buccinator volledig strak wordt. De tong moet naar de niet-operatieve kant worden getrokken om het operatieveld bloot te leggen en ischemie te voorkomen.
  4. Buig het uiteinde van 1,5 mm van een 3 cm 304 roestvrij staaldraad en duw het gebogen uiteinde door de interproximale ruimte tussen de M1 en de maxillaire tweede kies (M2) vanaf de buccale zijde met een gebogen oogheelkundig pincet (Figuur 3B). Wanneer het palatinale uiteinde van de ligatuurdraad vanaf de palatinale kant wordt gezien, trekt u het tot ongeveer de helft van zijn lengte naar buiten en haalt u het door het ene uiteinde van de aangepaste spiraalveer.
  5. Leg een vierkante knoop met de twee uiteinden van de ligatuurdraad in de mesiale richting van de maxillaire M1 totdat de veer stevig aan de tand is bevestigd (Figuur 3C). Trek de overtollige draad af.
  6. Prik op dezelfde manier een tweede 3 cm 304 roestvrijstalen draad door het andere uiteinde van de spiraalveer.
  7. Reinig en droog de oppervlakken van de snijtanden met wattenbolletjes. Breng lijm aan op al die oppervlakken met wattenstaafjes en hard ze licht uit.
  8. Duw de tweede roestvrijstalen draad door de tussenruimte tussen de maxillaire snijtanden en leg een schuifknoop in de labiale richting (Figuur 3D). Trek de overtollige draad af en zorg ervoor dat de rest van de draad dicht bij het tandoppervlak ligt.
  9. Injecteer lichtuitgeharde hars om de knoop en snijtanden te bedekken; Laat de hars uitharden (Figuur 3E).

3. Postoperatieve behandeling

  1. Injecteer de muizen na de operatie intraperitoneaal met 0,05 mg/kg buprenorfine voor postoperatieve analgesie.
  2. Plaats de verdoofde muis op een thermostatische elektrische deken van 37 °C. Wanneer de muizen weer bij bewustzijn komen met lopen, breng hem dan terug naar een aparte woonkooi.
  3. Vanwege de beperkte werking van de snijtanden na de operatie, vervang gewoon hard voer door alleen een zacht dieet.
  4. Controleer de orthodontische hulpmiddelen elke dag. Als er tijdens de inspectie een omstandigheid wordt waargenomen die de geleiding van de orthodontische kracht beïnvloedt, zoals vervorming van de veer, losraken van de veer en het vallen van het apparaat, moet de muis worden uitgesloten van het experiment.
  5. Om de vergelijkbaarheid van experimenten te behouden, moet het gewicht van de muizen dagelijks na de operatie worden beoordeeld. Alle muizen die een gewichtsverlies vertonen van meer dan 30% van hun preoperatieve gewicht moeten van het experiment worden uitgesloten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

We hebben de OTM-operatie uitgevoerd op 11 volwassen mannelijke muizen (C57/BL6, 3 maanden oud). Ze werden geëuthanaseerd voor resultaten op dag 3, 8 en 14 na de operatie. In deze experimenten is de rechter maxillaire kant de operatiekant, terwijl de linker maxillaire kant de controlekant is. De micro-CT toonde aan dat er een temporele opeenvolgende toename was in de afstand tussen M1 en M2: 30 μm, 70 μm en 110 μm op respectievelijk dag 3, 8 en 14 na de operatie (figuur 4). Het parodontale ligament met lage dichtheid vertoonde verbreding aan de distale zijde en vernauwing aan de mesiale zijde van de wortels als gevolg van de mechanische belasting (Figuur 5). Verder was het parodontale ligament continu en vond er geen absorptie plaats in een wortel. Deze resultaten bewijzen dat het haalbaar en veilig is om de M1 fysiek te verplaatsen met dit protocol.

Verder hebben we het botgebied in de wortels van M1 geanalyseerd met parameters die worden weergegeven in figuur 6. Het percentage botvolume en botmineraaldichtheid van de operatiezijde op dag 8 vertoonde een significante afname ten opzichte van de controlezijde (figuur 6A,B). Daarentegen vertoonde het procentuele botvolume van de operatiezijde op dag 3 en 14 een significante toename in vergelijking met de operatiezijde op dag 8 (figuur 6A). Deze resultaten suggereren dat botremodellering inactief is vóór dag 3 na de operatie. Na dag 3 na de operatie begint botabsorptie het botremodelleringsproces te domineren. Na dag 8 na de operatie krijgt de botvorming een voorsprong bij de botremodellering en keert het alveolaire bot bijna terug naar het fysiologische niveau, wat ook inhoudt dat de tandbeweging bijna tot stilstand komt. Op dag 14 van dit protocol doorloopt de botremodellering die is ingesloten in de wortels van M1 drie fasen, die grofweg kunnen worden onderverdeeld in de voorbereidings-, botresorptie- en botvormingsfasen. Onderzoekers kunnen met dit model dus verschillende stadia van botremodellering bestuderen.

Figuur 7 toont de resultaten van hematoxyline-eosinekleuring en Masson-trichrome kleuring. We kozen het alveolaire bot tussen de mesiale buccale wortel (MB) en de distale buccale wortel (DB) van M1 als het interessegebied. De parodontale ligamenten aan het distale uiteinde van de MB en het mesiale uiteinde van de DB zijn de fronten van krachtoverbrenging van het betreffende botgebied. De controlekant van elke groep vertoonde een vergelijkbare manifestatie: deze parodontale ligamenten deelden een vergelijkbare breedte met golfachtige vezels en spoelvormige cellen in uitlijning, en het oppervlak van het alveolaire bot was intact lineair. Dit suggereert dat de parodontale weefsels die in de wortels van M1 zijn ingesloten, niet werden blootgesteld aan onevenwichtige en overmatige mechanische belasting onder fysiologische omstandigheden.

Op dag 3 na de operatie werd de parodontale ligamentvezel strak uitgerekt aan de spanningszijde, terwijl de parodontale ligamentvezel werd samengedrukt met morfologische ambiguïteit. Hyalinisatie werd waargenomen in het gebied met de grootste druk. Het oppervlak van het alveolaire bot had nog steeds zijn integriteit aan beide zijden behouden. In overeenstemming met de micro-CT-resultaten bewoog M1 zich in de eerste 3 dagen na de operatie in de alveolaire kom door het parodontale ligament aan de drukzijde samen te drukken, terwijl botresorptie of -vorming nog niet werd waargenomen.

Op dag 8 na de operatie vertoonden de parodontale ligamenten aan beide zijden dezelfde kenmerken als die op dag 3, hoewel het oppervlak van het alveolaire bot er ruw uit begon te zien. Bovendien was de beenmergholte vergroot en leek het aantal trabeculaire botten af te nemen, zoals te zien is in de CT-gegevens. Daarom vertoont het histopathologische fenotype van botremodellering op dag 8 na de operatie een toename van de botresorptie. Het alveolaire bot geeft ook aan dat M1 met hoge snelheid beweegt.

Op dag 14 na de operatie leken de breedtes van de parodontale ligamenten aan beide zijden bijna gelijk te zijn. Het oppervlak van het alveolaire bot was veel ruwer geworden in vergelijking met dat op dag 8 na de operatie. Het bot werd echter hersteld tot het fysiologische niveau aan de controlezijde, wat ook werd aangegeven door de CT-gegevens. Deze fase laat zien dat botvorming het botmodelleringsproces domineerde. Omdat de mechanische belasting slechts één keer werd uitgeoefend op het moment van de operatie, nam de belasting af naarmate de bewegingsafstand toenam. Toen het alveolaire bot weer normaal werd, stopte ook de beweging van M1.

Figure 1
Figuur 1: Schematische weergave van de tandbeweging. Wanneer een mechanische belasting op de kies wordt uitgeoefend, kunnen de trek- en drukzijden van de alveolaire botremodellering worden gedefinieerd. De dikke pijl geeft de richting van de mechanische belasting aan. Dunne pijlen geven de trek- en drukzijden van het botremodellerende front aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Chirurgische artikelen. (A) (1) Chirurgisch platform: een schuimplaat of prikbord omwikkeld met medische niet-geweven stof. (B) Sluitingen: (2) twee elastiekjes, (3) tape en (4) vier naalden van 27 G. (C) Chirurgische instrumenten en orthodontische benodigdheden: (5) chirurgische scharen, (6) oogheelkundige pincetten, (7) naaldhouders, (8) 304 roestvrijstalen draad en (9) een op maat gemaakte spiraalveer. De witte rechthoek verwijst naar de op maat gemaakte spiraalveer. Uitvergrote versies van de veer met en zonder kracht zijn weergegeven in aanvullende afbeelding S1. (D) Benodigdheden voor tandheelkundige restauratie: (10) luchtpompfles, (11) lichtuitharder, (12) wattenbolletjes, (13) wattenstaafjes, (14) lichtuitgeharde vloeibare hars en (15) lijmen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Chirurgisch proces. (A) Bevestig de muis aan het chirurgische platform. (B) Duw de 304 roestvrijstalen draad door de tussenruimte tussen M1 en M2 vanaf de buccale zijde. (B1) Er is een schematisch diagram toegevoegd om het begrip te vergroten. (C) Een spiraalveer is bevestigd aan M1 en er treedt geen occlusale interferentie op bij M1. (C1) Er is een schematisch diagram toegevoegd om het begrip te vergroten. (D) Het andere uiteinde van de spiraalveer wordt bevestigd aan de ipsilaterale bovenste snijtand. (D1) Er is een schematisch diagram toegevoegd om het begrip te vergroten. (E) Breng vloeibare hars aan om de snijtanden en roestvrij staal in elkaar te wikkelen. (F) Het definitieve overzicht van alle orthodontische hulpmiddelen. Afkortingen: M1 = de maxillaire eerste kies; M2 = de maxillaire tweede kies. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Representatieve driedimensionale micro-CT-beelden en statistische analyse van verschillende stadia van M1-beweging. (A) Onder fysiologische omstandigheden is er geen ruimte tussen M1 en M2. (B-D) M1 begint te bewegen en de verplaatsingsafstand neemt toe volgens de onderlinge positieverhouding tussen M1 en M2 in de loop van de tijd. Het rode vakje verwijst naar de afstand tussen M1 en M2. De zwarte pijl verwijst naar de richting van de mechanische belasting. (E) De statistische analyse van de bewegingsafstand van M1. Afkortingen: M1 = de maxillaire eerste kies; M2 = de maxillaire tweede kies; OTM = orthodontische tandbeweging. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Representatieve micro-CT tweedimensionale beelden van horizontale en sagittale aanzichten van verschillende stadia van M1-beweging. (A,B) Onder fysiologische omstandigheden is het parodontale ligament met lage dichtheid aequilatus en neemt het continu wat ruimte in beslag in plaats van te worden samengedrukt en is het oppervlak van het alveolaire bot lineair intact. (C,D) Het parodontale ligament verbreedt zich aan de distale zijde en vernauwt zich aan de mesiale zijde van de wortels, wat kan worden waargenomen op dag 3 na de operatie. (E-H) Het scheve parodontale ligament begint terug te keren en het oppervlak van het alveolaire bot wordt ruw als gevolg van absorptie en afzetting van bot op dag 8 en 14 na de operatie. Gele pijlen verwijzen naar het gecomprimeerde parodontale ligament. Rode pijlen verwijzen naar het ruwe oppervlak van alveolair bot voor de absorptie en afzetting van bot. * P < 0,05; P < 0,005. Enkele reis ANOVA. De gegevens zijn gemiddeld ± SD, n ≥ 3. Schaalbalk = 100 μm. Afkortingen: M1 = de maxillaire eerste kies; M2 = de maxillaire tweede kies; OTM = orthodontische tandbeweging. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Statistische analyse van alveolair bot ingesloten in de wortels van M1 in verschillende stadia van M1-beweging van micro-CT. (A) De significante afname van het percentage botvolume op dag 8 duidt op de actieve botresorptie tussen dag 3 en dag 8. De significante toename van het percentage botvolume op dag 14 duidt op actieve botvorming tussen dag 8 en dag 14. (B) Het significante verschil op dag 8 in de botmineraaldichtheid in vergelijking met de controlezijde. ondersteunt ook de bovenstaande conclusie. (C-E) Voor de evaluatie werden drie aanvullende indicatoren gebruikt. Er werden weinig significante verschillen gevonden, maar de trend ondersteunt nog steeds de bovenstaande conclusies. *P < 0,05. Enkele reis ANOVA. Gegevens zijn gemiddeld± SD, n ≥ 3. Afkortingen: M1 = de maxillaire eerste kies; OTM = orthodontische tandbeweging; BV/TV = percentage botvolume; BMD = botmineraaldichtheid; Tb. N = trabeculair getal; Tb. Th = trabeculaire dikte; Tb. Sp = trabeculaire scheiding. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7: Representatieve resultaten van hematoxyline-eosinekleuring en Masson-trichrome kleuring van de verschillende stadia van M1-beweging. (A,B) Onder fysiologische omstandigheden worden de parodontale ligamentvezels blootgesteld aan bepaalde krachten met een duidelijke golfachtige vorm zoals "~", en het oppervlak van het alveolaire bot is lineair intact. Wanneer M1 wordt blootgesteld aan mechanische belasting, is (C, E, G, I, K, M) vezel strak uitgerekt aan de spanningszijde, terwijl (D, F, H, J, L, N) parodontale ligamentvezel is samengedrukt met morfologische ambiguïteit. (C-N) Het oppervlak van het alveolaire bot wordt steeds ongelijkmatiger naarmate de botmodellering vordert. Schaalbalk = 20 μm. Afkortingen: M1 = de maxillaire eerste kies; OTM = orthodontische tandbeweging. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Soort Bewegende tand Ankerplaats Apparaat Bewegende richting Referentie
Muizen Eerste kies Snijtanden De lente van de spiraal Mesiaal 14,15
Eerste kies Tweede kies elastische band Mesiaal 16
Rat Eerste kies mini-implantaat De lente van de spiraal Mesiaal 17
Eerste kies Snijtanden De lente van de spiraal Mesiaal 18
tweede en derde kies contralaterale gelijkvloerse tanden Veer expansie apparaat buccaal 19
Eerste kies Tweede kies orthodontische draad Mesiaal 20
Konijn eerste premolaar Snijtanden De lente van de spiraal Mesiaal 21
eerste premolaar mini-implantaat De lente van de spiraal Mesiaal 22
snijtand contralaterale gelijkvloerse tanden De lente van de spiraal distaal 23
snijtand contralaterale gelijkvloerse tanden Omega lus distaal 24
Hond tweede premolaar en eerste kies mini-implantaat De lente van de spiraal Mesiaal 25
tweede premolaar hoektand De lente van de spiraal Mesiaal 26
eerste premolaar mini-implantaat elastische band distaal 27
laterale snijtand hoektand elastische band distaal 28
Varken Eerste kies bladverliezende derde kies en mini-implantaat De lente van de spiraal Mesiaal 29
Eerste kies Tweede kies orthodontische draad buccaal 30
Aap centrale snijtand Eerste kies, premolaar, hoektand en laterale snijtand Spiraalveer en orthodontische draad labiaal 31
Kat hoektand mini-implantaat De lente van de spiraal Mesiaal 32

Tabel 1: Samenvatting van de bestaande orthodontische modellen voor dieren. De tabel geeft een overzicht van de veelgebruikte modellen van conventionele proefdieren die zich richten op eenvoudige orthodontische tandbeweging. Ze bestaan altijd uit drie elementen: de bewegende tand van het doel, de verankering en het verbindingsapparaat om mechanische belasting toe te voegen. Door de drie elementen te veranderen zijn verschillende orthodontische programma's afgeleid. Complexe orthodontische tandbewegingen met meerdere tanden zijn uitgesloten.

Aanvullende afbeelding S1: Vergrote versies van de veer. (A) Zonder en (B) met mechanische belasting. Schaalbalk = 5 mm. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende afbeelding S2: De methode om de ligatuurdraad met een pincet vast te klemmen. Tijdens protocolstap 2.4. wordt hier de veiligste en handigste manier getoond om de bocht van de ligatuurdraad vast te klemmen voordat deze wordt doorgeprikt. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende figuur S3: De reikwijdte van de harscoating. Tijdens protocolstap 2.9 wordt hier het snijtanduiteinde van de veer (A) zonder en (B) met een bekleding met hars getoond. De hars mag niet aan het elastische deel worden toegevoegd. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In dit artikel hebben we geprobeerd het eenvoudigste orthodontische tandbewegingsprotocol op het maxillaire model van muizen stap voor stap te beschrijven om de latente mechanismen van mechanische belasting-geïnduceerde botremodellering te bestuderen. Afgezien van onderzoek naar botremodellering, zijn er enkele andere reguliere toepassingen van deze methode: 1) methodologisch onderzoek naar de versnelling van orthodontische tandbeweging; 2) onderzoek naar orthodontische wortelresorptie; 3) biologische mechanismen van orthodontische tandbeweging en pijn; 4) onderzoek naar het transgene model.

Vergeleken met andere mechanische belastingsgerelateerde behandelingen, zoals osteogenese van mandibulaire distractie37, is orthodontische tandbeweging de eenvoudigste en mildste methode zonder wond en bloeding. Bovendien heeft het muizenmodel het voordeel dat het gemakkelijk te bedienen is met minder tijd en minder kosten38. Het maxillaire model kan zorgen voor een breed gezichtsveld en een stabiele fixatie tijdens het gebruik en de minste interferentie op het apparaat van de tong na gebruik14.

Op basis van het hier vastgestelde model hebben we drie representatieve tijdstippen verder beschreven. De tandbeweging kan macroscopisch worden gemeten vanaf de derde postoperatieve dag en de bewegingsafstand neemt toe met de tijd. Op dag 3 na de operatie werd mechanische belasting aan het bot toegevoegd via de parodontale ligamentvezel zonder duidelijke veranderingen in het bot. Op dag 8 na de operatie was de botremodellering al begonnen en was botresorptie dominant, terwijl botvorming dominant was op dag 14 na de operatie. Dit model kan de kenmerken van verschillende stadia van botremodellering tijdens orthodontische tandbehandeling laten zien.

Er zijn enkele kritieke bedieningsstappen waarmee rekening moet worden gehouden. Vóór protocolstap 2.7 moet de kop van de muis naar de operator zijn gericht voor een beter chirurgisch gezichtsveld. Na protocolstap 2.4 bevindt het operatiegebied zich in de buurt van de snijtanden en moet de staart van de muis naar de bediener zijn gericht. Wanneer de roestvrij staaldraad vanaf de buccale zijde door de interproximale ruimte tussen M1 en M2 moet worden geduwd, is voorbuigen noodzakelijk om het doelgebied veilig te lokaliseren en de ruimte die door de instrumenten in de mond wordt ingenomen, te verkleinen. De buighoek moet >45° zijn om ervoor te zorgen dat de roestvrijstalen draad het tandvlees niet kan doorboren bij het passeren van de tussenruimte. Parallel piercen is de weg van de minste weerstand. De occlusale draadpiercing in een kleine hoek kan ook naar de palatinale zijde worden geleid door het gladde en taaie tandoppervlak. De knobbel van het gebogen oogheelkundig pincet moet de bocht vastklemmen om de ingenomen ruimte in de mond te verkleinen en het gemakkelijk te maken voor inspanning (aanvullende afbeelding S2).

Omdat de roestvrijstalen draad mogelijk niet door de interproximale ruimte tussen de maxillaire snijtanden kan gaan, is een oogheelkundig pincet met een getande oogvoet nuttig voor het scheiden van de snijtanden. Bovendien is een vierkante knoop niet nodig, omdat harsbinding hier de belangrijkste retentiemethode is. Een schuifknoop kan bijna dicht bij het tandoppervlak worden gemaakt, waar een vierkante knoop het volume van de coatinghars zal vergroten.

Dit model heeft echter ook zijn tekortkomingen. De orthodontische hulpmiddelen kunnen door de muizen worden vernietigd vanwege het gevoel van de aanwezigheid van vreemd materiaal in de mond. Het deel van de kieszijde blijft onder het occlusale vlak, dat moeilijk te vernietigen is. De onderste snijtanden bijten echter precies op het fixerende deel van de snijtandzijde, inclusief het uiteinde van de spiraalveer. Daarom raden we aan om alle oppervlakken van beide bovenste snijtanden in hars te wikkelen om de retentiekracht te vergroten. Het uiteinde van de snijtand - het zwakste deel - kan bedekt zijn met hars (aanvullende figuur S3). Concluderend heeft dit protocol stap voor stap de details aangetoond van orthodontische tandbeweging die wordt uitgevoerd op het maxillaire model van muizen. Met de expliciete uitleg van elke stap en visuele demonstratie kunnen onderzoekers dit model onder de knie krijgen en met een paar aanpassingen toepassen op hun experimentele behoeften.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat er geen sprake is van belangenverstrengeling.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China-subsidie 82100982 aan 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

Deze maand in JoVE nummer 200 mechanische belasting-geassocieerde botremodellering stroomdiagram schematische diagrammen operatiefoto's video's volwassen C57/B6J-muizen van het brede type postoperatieve dagen 3 8 en 14 micro-CT histopathologische gegevens tandbewegingen botmodelleringsstadia voorbereidingsfase botresorptiefase botvormingsfase monsterafnametijd
Het opstellen van een maxillair orthodontisch model bij muizen
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