Представлен протокол генерации ортодонтического движения зубов у мышей и методы 3D визуализации коллагеновых волокон и кровеносных сосудов пародонтальной связки без сечения.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Представлен протокол генерации ортодонтического движения зубов у мышей и методы 3D визуализации коллагеновых волокон и кровеносных сосудов пародонтальной связки без сечения.
Ортодонтическое движение зубов представляет собой сложный биологический процесс изменения ремоделирования мягких и твердых тканей в результате внешних сил. Чтобы понять эти сложные процессы ремоделирования, крайне важно изучить ткани зуба и пародонта в их 3D-контексте и, следовательно, свести к минимуму любые сечения и тканевые артефакты. Мышиные модели часто используются в биологии развития и структурной биологии, а также в биомеханике из-за их небольшого размера, высокой скорости метаболизма, генетики и простоты обращения. В принципе, это также делает их отличными моделями для стоматологических исследований. Однако основным препятствием является их небольшой размер зубов, в частности моляров. Данная работа направлена на предоставление пошагового протокола генерации ортодонтического движения зуба и двух методов 3D-визуализации фиброзного компонента пародонтальной связки мышиного моляра нижней части. Первый представленный метод основан на микро-КТ-установке, позволяющей фазовую визуализацию свежих коллагеновых тканей. Второй метод представляет собой метод очистки кости с использованием этилциннамата, который позволяет визуализировать кость без сечения и сохраняет эндогенную флуоресценцию. Сочетание этого метода очистки с репортерными мышами, такими как Flk1-Cre; TdTomato предоставил первую в своем роде возможность изобизировать 3D-сосудистую в PDL и альвеолярной кости.
Основным биологическим процессом в ортодонтическом движении зубов (OTM) является ремоделирование кости. Триггер для этого процесса ремоделирования приписывается изменениям в структуре пародонтальной связки (PDL), таким как напряжение внеклеточного матрикса (ECM), некроз, а также разрушение кровеносных сосудов и образование1,2,3. Другие возможные триггеры для ремоделирования альвеолярной кости связаны с зондированием силы остеоцитами в кости, а также механической деформацией самой альвеолярной кости; однако их роль в ОТМ до сих пор до конца не выяснена4,5.
Несмотря на множество исследований, направленных на выявление структурно-функциональных отношений PDL при OTM, четкий функциональный механизм еще предстоит определить6,7. Основной причиной этого является проблема с получением данных о мягких тканях (PDL), расположенных между двумя твердыми тканями (цементом и альвеолярной костью). Принятые методы сбора структурной информации обычно требуют фиксации и секционирования, которые нарушают и изменяют структуру PDL. Более того, большинство из этих методов дают 2D-данные, которые даже если и не искажены, дают лишь частичную и локализованную информацию. Поскольку PDL не является однородным по своей структуре и функциям, оправдан подход, который обращается к неповрежденной 3D-структуре всего комплекса зуб-PDL-кость.
В этой статье будет описан метод генерации OTM у мышей и два метода, которые позволяют 3D-визуализацию коллагеновых волокон в PDL без какого-либо сечения образца.
Мышиные модели широко используются для экспериментов in vivo в медицине, биологии развития, доставке лекарств и структурных исследованиях. Они могут быть генетически модифицированы для устранения или усиления специфических белков и функций; они обеспечивают быстрый, воспроизводимый и предсказуемый контроль развития; они также легко изобразимы из-за их небольшого размера8. Несмотря на свои многочисленные преимущества, мышиные модели в стоматологических исследованиях используются не часто, особенно когда клинические манипуляции оправданы, в основном из-за небольших размеров зубов. Животныемодели,такие как крысы9,10,11,собаки12,13,свиньи14,15,16 и обезьяны17, используются чаще, чем мыши. С недавним развитием методов визуализации с высоким разрешением преимущества использования мышиной модели для расшифровки запутанных процессов в OTM многочисленны. В данной работе представлен метод генерации мезиального движения молярного зуба в мандибле с постоянными силовыми уровнями, которые вызывают ремоделирование кости. Большинство экспериментов OTM на грызунах проводятся в верхней челюсти, так как подвижность мандиблы и наличие языка добавляют еще один уровень сложности. Тем не менее, мандибля имеет много преимуществ, когда желательна 3D-структурная целостность. Его можно легко рассекать как целую кость; у некоторых видов он может быть разделен на две геми-мандиблы через волокнистый симфиз; он компактный, плоский и содержит только зубы без каких-либо синусовых пространств. Напротив, верхняя челюсть является частью черепа и тесно связана с другими органами и структурами, поэтому необходимо обширное сечение, чтобы рассекать альвеолярную кость с ассоциированными зубами.
Используя камеру влажности в доме, соединенную с системой загрузки внутри микро-КТ высокого разрешения, которая позволяет фазовое усиление, мы разработали метод визуализации свежих волокнистых тканей в 3D, как описаноранее 9,18,19,20,21,22,23. Свежие ткани сканируются сразу после жертвоприношения животного без какого-либо окрашивания или фиксации, что уменьшает тканевые артефакты, а также изменения биомеханических свойств. Эти 3D-данные могут быть использованы для распределения и анализа направления волокон, как описано в другом месте19.
Второй 3D-метод визуализации целых тканей, представленный здесь, основан на оптической очистке мандиблы, которая позволяет визуализировать волокна PDL через кость без какого-либо сечения. Интересно, что он также позволяет визуализировать коллагеновые волокна самой кости, однако это не будет обсуждаться здесь. В целом, существует два метода очистки тканей. Первый представляет собой очистку на водной основе, когда образец погружается в водный раствор с показателем преломления более 1,4 либо путем простого погружения, гипергидратации или встраивания гидрогеля. Однако этот метод ограничен в уровне прозрачности, а также структурной сохранности ткани и поэтому требует фиксации ткани. Вторым способом, который дает высокопрозрачные образцы и не требует фиксации, является метод очистки на основе растворителей24,25. Мы создали модифицированный метод очистки на основе растворителей на основе этил-3-фенилпропа-2-еноата (этилциннамат, ECi) для образцов нижней и нижней впальца. Этот метод имеет преимущества использования нетоксичного пищевого очищающего агента, минимального усадки тканей и сохранения флуоресцентных белков.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все эксперименты на животных проводились в соответствии с Руководящими принципами NIH по уходу за лабораторными животными и их использованию и руководящими принципами Комитета по институциональному уходу за животными и их использованию Гарвардского университета (Протокол No 01840).
1. Ортодонтическое движение зубов
2. Микро-КТ волокон PDL в свежих геми-мандиблях
3. Метод очистки(рисунок 3)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой статье представлен метод получения OTM, а также два метода для 3D-визуализации коллагеновых волокон внутри PDL без какого-либо сечения. Для целей исследования на животных, когда выравнивание зубов не требуется, движение зуба считается ортодонтическим, если оно генерирует ремоделирование альвеолярной кости на всех уровнях корней. Постоянный уровень силы, приложенной к зубам, необходим для создания надежного OTM. Здесь активированная катушка NiTi с памятью формы используется для создания постоянной силы в 10 г в теч...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Генерация OTM у мышей очень желательна из-за размера, генетики и преимуществ обработки. Использование мандиблы обеспечивает простоту обращения как с точки зрения рассечения тканей, так и с точки зрения подготовки образцов и визуализации. Здесь мы представили метод генерации OTM с трансляционным движением зуба внутри кости в течение 7 дней OTM. Используя этот протокол, общая продолжительность движения зуба может быть увеличена, так как активированная катушка обеспечивает постоянный уровень силы для движения примерно до 1 ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Это исследование было поддержано NIH (NIDCR R00- DE025053, PI: Naveh). Мы хотели бы поблагодарить Гарвардский центр биологической визуализации за инфраструктуру и поддержку. Все цифры генерируются с biorender.com.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1-мл BD шприц Luer-Lok | BD | 309628 | |
| 1X фосфатный буферный раствор | VWR Life Sciences | 0780-10L | |
| 200 proof этанол | VWR Life Sciences | V1016 | |
| Алюминиевый сплав 5019 проволока | Sigma-aldrich | GF15828813 | 0,08 мм диаметр проволока, длина 100-й, твердая. Используется в качестве проволочной лигатуры вокруг моляра. |
| Avizo 9.7 | Thermo Fisher Scientific | N/A | Используется для анализа микрокомпьютерной томографии |
| Castroviejo Micro Needle | Holder Fine Science Tools | 12060-01 | |
| Clr Plan-Apochromat 20x/1.0, CorrVIS-IR M27 85mm | Zeiss | N/A | Используется для визуализации второй гармоники |
| Конусная рукоятка гнезда, односторонняяя, ручная форма | G.Hartzell and son | 126-CSH3 | Ручка зеркало для осмотра |
| EC Plan-Neofluar 5x/0.16 | Zeiss | 440321-9902 | Используется для световой визуализации |
| Elipar DeepCure-S Светодиодный полимеризационный светильник | 3M ESPE | 76985 | |
| Eppendorf safe-lock tubes, 1,5 мл | Eppendorf | 22363204 | |
| этилциннамат, >= 98% | Sigma-aldrich | W243000-1KG-K | |
| Игла для подкожных инъекций, 27G x 1/2'' | BD | 305109 | |
| Кетатезия 100 мг/мл | Henry Schein Animal Health | NDC:11695-0702-1 | |
| KIMWIPES деликатные салфетки | Kimberly-Clark | 21905-026 (номер по каталогу VWR) | Приобретено у VWR |
| LightSheet Z.1 двойная световая микроскопическая система | Zeiss | LightSheet Z.1/LightSheet 7 | Используется для световой визуализации |
| LSM 880 NLO многофотонный микроскоп | Zeiss | LSM 880 NLO | Используется для двухфотонной визуализации |
| MEGAmicro, плоскость, диаметр 5 мм, резьба SS | Hahnenkratt | 6220 | Передняя поверхность зеркала |
| Микрокомпьютерная томография аппарат, MicroXCT-200 | Xradia | MICRO XCT-200 | |
| Mini-Colibri | Fine Science Tools | 17000-01 | |
| PermaFlo Текучий композитный | ультразубец | 948 | |
| Процедурная платформа | Н/Д | Н/Д | Изготовлена на заказ из лабораторных материалов |
| Стандартный стереомикрофон M80 | Leica Micosystems | M80 | |
| Sentalloy NiTi открытая спиральная пружина | TOMY Inc. | Закрытая катушка NiTi диаметром 0,15 мм с внутренним диаметром катушки 0,9 мм обеспечивает усилие 10 г. Аналогичные продукты можно приобрести в Dentsply Sirona. | |
| T-304 лигатурная проволока из нержавеющей стали, диаметр 0,009 дюйма | Ортодонтия | SBLW109 | диаметром 0,009 дюйма (0,23 мм), Мягкий темперамент |
| X-Ject E (ксилазин) 100 мг/мл | Henry Schein Animal Health | NDC: 11695-7085-1 | |
| Z100 Восстановительный, оттенок A2 | 3M ESPE | 5904A2 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.