JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نقدم هنا بروتوكولا لدراسة حركة الأسنان التقويمية (OTM) ، حيث يعمل كنموذج مناسب للتحقيق في آليات تكيف العظام ، وارتشاف الجذر ، واستجابة خلايا العظام للمنبهات الميكانيكية. يوفر هذا الدليل الشامل معلومات مفصلة عن نموذج OTM ، واكتساب التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، والتحليل اللاحق.

Abstract

تمثل حركة الأسنان التقويمية (OTM) عملية ديناميكية يخضع فيها العظم السنخي للارتشاف في مواقع الضغط والترسب في مواقع التوتر ، التي تنظمها الخلايا الآكلة للعظم وبانيات العظم ، على التوالي. تعمل هذه الآلية كنموذج قيم لدراسة الجوانب المختلفة لتكيف العظام ، بما في ذلك ارتشاف الجذر والاستجابة الخلوية لمحفزات القوة الميكانيكية. يقدم البروتوكول الموضح هنا نهجا مباشرا للتحقيق في OTM ، حيث يحدد 0.35 N كقوة مثالية في نموذج فأر يستخدم زنبركا لولائيا من النيكل والتيتانيوم (NiTi). باستخدام تحليل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، قمنا بقياس OTM من خلال تقييم التناقض في المسافة الخطية عند تقاطع الأسمنت والمينا. تضمن التقييم أيضا تحليلا لارتشاف الجذر الالتهابي الناجم عن تقويم الأسنان ، وتقييم المعلمات مثل كثافة المعادن الجذرية والنسبة المئوية لحجم الجذر لكل حجم إجمالي. يساهم هذا البروتوكول الشامل في تعزيز فهمنا لعمليات إعادة تشكيل العظام وتعزيز القدرة على تطوير استراتيجيات فعالة لعلاج تقويم الأسنان.

Introduction

إعادة تشكيل العظام هي عملية مستمرة تنظمها الخلايا الآكلة للعظم ، وبانيات العظم ، وخلايا بطانة العظام ، والخلايا العظمية ، وهي ضرورية للحفاظ على سلامة الهيكل العظمي البالغ1،2. مدفوعة في المقام الأول بتمايز ونشاط الخلايا الآكلة للعظم وبانيات العظم ، تتضمن هذه العملية الديناميكية ارتشاف وترسب العظام ، الناجم عن الإجهاد الميكانيكي وتحميل3،4،5.

تلعب التجارب على دورا محوريا في توضيح الآليات البيولوجية والخلوية المعقدة التي تقوم عليها حركة تقويم الأسنان (OTM) 6,7. تتضمن هذه العملية مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا ، مثل بانيات العظم ، والخلايا العظمية ، والخلايا العظمية ، والخلايا الليفية ، والخلايا المناعية مثل الضامة والخلايا التائية ، الموجودة داخل عظم الفك والأربطة اللثوية 7,8. تستجيب هذه الخلايا ديناميكيا للمنبهات الميكانيكية والتغيرات في الوسط المحلي ، مما يؤثر على تكوين وبنية العظام المحيطة 7,8. علاوة على ذلك ، فإنها تؤدي أيضا إلى استجابة التهابية على المستوى الخلوي ، على الرغم من عدم وجود مسببات الأمراض. تلعب هذه الاستجابة الالتهابية دورا في زيادة معدل دوران أنسجة العظام9.

تم استخدام نماذج حيوانية مختلفة ، بما في ذلك الفئران والجرذان والأرانب ، في الدراسات التجريبية ل OTM7،8،10. من بين هؤلاء ، تفضل القوارض ، وخاصة الفئران ، للتحقيق في المراحل الأولية لحركة الأسنان وإعادة تشكيل العظام6. أكدت الأبحاث السابقة على مزايا استخدام نماذج الفئران على نماذج الفئران ، ويرجع ذلك أساسا إلى التوافر الواسع النطاق للسلالات المعدلة وراثيا ، مما يتيح استكشافا مفصلا للتأثيرات الجينية في OTM7،11. حاليا ، يتم استخدام نموذجين رئيسيين للحث على حركة الأسنان في الفئران. تستلزم الطريقة الأولى إدخال زنبرك لولبي من النيكل والتيتانيوم (NiTi) بين الضرس العلوي الأول والقواطع العلوية 4,12. يتضمن النهج الثاني وضع شريط مطاطي داخل الفراغ بين الأسنان بين الأضراس العلوية الأولى والثانية13. تتضمن النتائج الأولية التي تم تحليلها عادة حجم حركة الأسنان والبنية المجهرية للعظام، ويفضل تقييمها باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT)14. من الناحية المثالية ، يعد تقييم سلامة جذور الأسنان أمرا مهما لضمان استخدام القوى المناسبة لإنتاج OTM4.

في حين أن التصوير المقطعي المحوسب الدقيق معترف به على نطاق واسع باعتباره المعيار الذهبي لتقييم البنية المجهرية للأنسجة المعدنية14 ، فإن عدم وجود منهجيات وبروتوكولات موحدة لمسح البيانات وتحليلها والإبلاغ عنها غالبا ما يمثل تحديات في تمييز الإجراءات الدقيقة المستخدمة ، وتفسير النتائج ، وتسهيل المقارنات بين نماذج OTM المختلفة14,15.

هنا ، نقدم دليلا تفصيليا لنموذج الماوس OTM ، بما في ذلك اكتساب التصوير المقطعي المحوسب الدقيق وتحليل OTM والبنية المجهرية للعظام وجذور الأسنان. تستلزم هذه الطريقة تطبيق قوة ميكانيكية محكومة على الضرس الأول للحث على الحركة داخل عظم الفك. ينبع اختيار هذه الطريقة من عدة عوامل ، بما في ذلك الجدوى والأهمية والدقة. يتيح هذا النهج تحليلا كميا مفصلا ، ويوفر رؤى قيمة حول العمليات البيولوجية الكامنة وراء حركة أسنان تقويم الأسنان وتسهيل تطوير استراتيجيات علاج تقويم الأسنان المحسنة في المستقبل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تلتزم جميع الإجراءات التزاما صارما بالمعايير الأخلاقية التي وضعتها لجنة الأخلاقيات بجامعة ميناس جيرايس الفيدرالية (رقم 166/2022). قبل كل تجربة ، يكون حساب حجم العينة إلزاميا. استخدم ذكور الفئران من النوع البري C57BL6 / J البالغة من العمر 8-10 أسابيع والتي تزن حوالي 20-30 جم. يجب وضع الفئران في قفص داخل غرفة يتم الحفاظ عليها عند 25 درجة مئوية ، مع الالتزام بدورة مظلمة لمدة 12 ساعة / 12 ساعة. بعد مرفق الملف ، يجب إطعام بنظام غذائي ناعم. يجب أن تشمل المراقبة اليومية تقييمات لوزن الجسم والصحة العامة.

1. إعادة تشكيل العظام السنخية المستحثة ميكانيكيا

  1. باستخدام كماشة القطع البعيدة ، قم بقص زنبرك NiTi المفتوح 0.25 × 0.76 بوصة إلى الأبعاد التالية المكونة من ست حلقات ونهايتين على شكل حلقة موضوعة بشكل عمودي على الزنبرك باستخدام كماشة Weingart لتقويم الأسنان.
  2. قم بتشكيل سلك الكروم والنيكل (CrNi) المستدير بقطر 0.20 مم إلى التكوين المطلوب بنهايات على شكل حلقة باستخدام ملاقط Mathieu وأداة مستديرة الشكل كمرجع للحجم.
  3. ضع طرفي الملف على شكل حلقة وسلك CrNi المستدير 0.20 مم.
  4. تخدير بحقن داخل الصفاق قدره 0.2 مل من محلول يحتوي على زيلازين (10 مجم / كجم) وكيتامين (100 مجم / كجم). قبل البدء في الإجراء ، قم بتقييم عمق التخدير باستخدام منعكس الدواسة. قرصة بعناية واحدة من أصابع باستخدام ملاقط. يشير عدم وجود رد فعل إلى وجود مستوى مناسب من التخدير العام. لتجنب إصابات القرنية وآلام ما بعد الجراحة ، ضع مادة تشحيم للعين بعد تخدير.
  5. ضع في الاستلقاء الظهري على طاولة جراحية ، وشل حركة أطرافه لتقييد الحركة وتمكين الوصول داخل الفم.
  6. استخدم فتاحة الفم ، المصممة من سلك قطره 0.50 مم ومثبتة بسلك 0.08 مم ، لتسهيل التصور الكامل مع منع حركة الرأس. استخدم الجانب الأيمن كجانب تجريبي (جانب OTM) والجانب الأيسر كعنصر تحكم بدون ملف تقويم الأسنان (جانب التحكم).
    ملاحظة: يجب تحقيق التصور المحسن للهياكل داخل الفم باستخدام المجهر المجسم ونظام الضوء البصري.
  7. قم بتنظيف وحفر الضرس الأول الأيمن وأسطح القواطع القاطعة باستخدام الأسيتون وبرايمر النقش الذاتي ، على التوالي. النظام ذاتي الحفر ، مما يعني أنه لا يتطلب تكييفا مسبقا للحمض.
    1. تطبيق التمهيدي في خطوة واحدة ، والتي تعمل أيضا في وقت واحد كحمض ولاصق. باستخدام microbrush ، وجمع كمية صغيرة من التمهيدي النقش الذاتي وتطبيقه على سطح الإطباق من الضرس الأول العلوي والقواطع. يجب توخي الحذر في هذه الخطوة للتأكد من أن برايمر الحفر الذاتي لا يصل إلى السطح القريب بين الأضراس الأولى والثانية ، لأن هذا قد يتسبب في التصاق عناصر الأسنان ببعضها البعض ، مما يمنع حركة الأسنان. علاج خفيف التمهيدي على سطح الإطباق من الأضراس والقواطع لمدة 30 ثانية.
  8. اربط الطرف البعيد لزنبرك NiTi مفتوح من ست حلقات بسطح الإطباق لضرس الفك العلوي الأيمن الأول براتنج معالج خفيف وعلاج خفيف لمدة 30 ثانية. أضف زيادة راتنجية إضافية إلى حافة السلك لتجنب إلحاق الضرر بالفئران والعلاج الخفيف لمدة 30 ثانية.
  9. قم بتنشيط الملف باستخدام جهاز مصمم خصيصا يتكون من سكة وآلية كرنك متصلة بطاولة الجراحة. يتيح ذلك للحركة الطولية الانزلاق ذهابا وإيابا.
  10. قم بتوصيل الطرف الحر على شكل حلقة للسلك الدائري 0.20 مم بخطاف مقياس الشد.
  11. عند تنشيط الكرنك ، حرك الطاولة الجراحية على طول السكة حتى يسجل مقياس القوة قوة مقدارها 0.35 نيوتن.
  12. اربط السلك المستدير 0.20 مم بكلا القواطع العلوية لتثبيت الملف. لا يتم إجراء أي إعادة تنشيط أخرى خلال الفترة التجريبية. قطع السلك لفصل عن الدينامومتر.  أضف زيادة أخرى من الراتنج حتى لا تتعرض الحافة المعدنية للجهاز ولا تؤذي. علاج خفيف لمدة 30 ثانية. تفكيك من الجدول.
  13. يتكون الضرس الأول الأيمن العلوي مع جهاز يفرض قوة 0.35 N في الاتجاه المتوسط من الجانب التجريبي. استخدم الجانب الأيسر من الفك العلوي (بدون جهاز تقويم الأسنان) كعنصر تحكم 4,16.
  14. حافظ على هذا الجهاز لمدة 12 يوما دون الحاجة إلى أي تنشيط. لا تستخدم أي دواء للسيطرة على الألم. تحدث حركة تقويم الأسنان من خلال عملية التهابية ، وقد تؤثر الأدوية المسكنة للألم سلبا على سلسلة حمض الأراكيدونيك ، مما يؤثر على معدل إعادة تشكيل العظام وربما يبطل النتائج.
  15. بعد نهاية الجراحة ، عالج بحقن تحت الجلد من محلول ملحي لتجنب الجفاف خلال فترة التكيف مع الجهاز. الحفاظ على في قفص فردي مع التدفئة حتى يتم استرداده بالكامل وفقط بعد هذه الفترة وضع في أقفاص جماعية.
  16. القتل الرحيم للفأرفي اليوم الثاني عشر الذي يتم إجراؤه عن طريق التخدير بالحقن داخل الصفاق لمحلول 0.2 مل يحتوي على زيلازين (10 مجم / كجم) وكيتامين (100 مجم / كجم) متبوعا بقطع الرأس بمقص حاد.

2. قياسات التصوير المقطعي المحوسب الدقيق

  1. حصاد عظم الفك العلوي بمقص حاد يقطع جميع الأنسجة الرخوة ، والعظم الوجني في المستوى السهمي ، والخيط الجبهي الأنفي والتزامن الوتدي القذالي في المستوى الإكليلي. اغمر عظم الفك العلوي في 10٪ فورمالين محايد مخزن (درجة الحموضة = 7.4) لفترة تثبيت 48 ساعة. بعد هذه الفترة ، قم بتغيير محلول الفورمالديهايد إلى 70٪ كحول.
  2. قم بإجراء مسح التصوير المقطعي المحوسب الدقيق لعظم الفك العلوي باستخدام المعلمات التالية لإجراء عمليات المسح عالية الدقة: حجم فوكسل الخواص من 9 إلى 18 ميكرومتر ، وإعدادات الأشعة السينية 50 كيلو فولت ، وفلتر ألومنيوم 0.5 مم ، وزاوية دوران 0.5 درجة. يمكن أن يكون أكثر من فك واحد مناسبا أثناء التصوير المقطعي المحوسب الدقيق.
  3. إعادة بناء الصور المكتسبة باستخدام برنامج إعادة بناء التصوير المقطعي المجهري المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (microCT) المستخدم17.
  4. ضع الصور المعاد بناؤها باستخدام برنامج 3D Inspection المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للتصوير المقطعي الدقيق المستخدم.
  5. قم بقياس OTM عن طريق قياس الفرق في المسافة الخطية بين تقاطع الأسمنت والمينا (CEJ) للأضراس الأولى والثانية من نصف الفك العلوي الأيمن (جانب OTM) بالنسبة إلى النصف العلوي الأيسر (جانب التحكم). استخدم برنامج محلل microCT المناسب مع أداة الخط لهذا القياس17،18،19،20.
  6. افحص العينات بحثا عن وجود ارتشاف الجذر الالتهابي الناجم عن تقويم الأسنان (OIIRR). حدد منطقة الاهتمام (ROI) للجذر الدهليزي للضرس الفكي الأول باستخدام طريقة تحديد تشريحية غير منتظمة مرسومة يدويا. قم بقياس المعلمات التالية: كثافة المعادن الجذرية (RMD ؛ جم / سم3) والنسبة المئوية لحجم الجذر لكل حجم إجمالي (RV / TV ؛ ٪). استخدم برنامج محلل microCT المناسب مع الأداة الحجمية 3D لهذا القياس16,21.
  7. إجراء إعادة بناء الضرس الفكي الأول باستخدام برنامج Mimics وتحليل البيانات التي تم الحصول عليها لاستخلاص استنتاجات بشأن OTM و OIIRR في النموذج التجريبي16,21.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

يتيح هذا البروتوكول التحقيق في نموذج ماوس OTM باستخدام زنبرك لولبي NiTi. مع تطبيق قوة 0.35 نيوتن ، كان متوسط مسافة CEJ على جانب التحكم بين الأضراس الأولى والثانية 243.69 ميكرومتر (الشكل 1A ، الخط A) ، بينما تم قياس جانب OTM عند 284.66 ميكرومتر (الشكل 1A ، الخط B). كان الفرق بين OT...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

هنا ، نصف بروتوكولا موحدا مصمما لتوضيح الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء إعادة تشكيل العظام أثناء OTM. يتطلب الفهم الشامل لهذه الآليات في الفئران بروتوكولا مخططا بدقة لضمان الدقة والموثوقية 7,11. أظهرت الدراسات التي أجرتها مجموعتنا البحثية أن هذا البرو?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

ونود أن نعرب عن خالص تقديرنا للآنسة بياتريس م. زاوكا على إسهامها في الرسم التخطيطي وللسيدة إيلما مارسال دي سوزا على دعمها التقني. J.A.A.A. حاصلة على زمالة ممنوحة من مؤسسة كارلوس شاغاس فيلهو دي أمبارو à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ ، E-26/200.331/2024) ، البرازيل. تم دعم هذه الدراسة من قبل المجلس الوطني للتنمية العلمية والتكنولوجيا (406928/2023-1) ، ومؤسسة أمبارو أ بيسكيزا دو ستادو دي ميناس جيرايس و Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (رمز المالية 001) ، البرازيل. يشكر المؤلفون الأستاذ الدكتور إدواردو إتش إم نونيس من LabBio / UFMG على تحليل التصوير المقطعي بالأشعة السينية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcetoneSigma-Aldrich67-64-1
Distal cut pliersQuinelatoQO.700.00
DynamometerSHIMPOFGE-5XY
Fiber Optic IlluminatorCole-ParmerN/A
ketamineSyntec100477-72-3
NiTi open-coil spring 0.25 x 0.76Lancer Orthodontics
Ø 0.20 mm round chrome-nickel (CrNi)Morelli55.01.208
Round CrNi Hard Elastic Orthodontic Wire Ø0.50 mm (.020 inch)Morelli55.01.050
Round CrNi Tie Wire Ø0.20 mm (.008 inch)Morelli55.01.208
StereomicroscopeQuimisQ7740SZ
Transbond Plus Self Etching Primer3MLE-Q100-1004-7
Weingart PlierQuinelatoQO.120.00
XylazineSyntec23076-35-9
MicroCT Analysis
Skyscan 1174v2Bruker1174v2
Software
NReconSkyscanN/A
DataViewerSkyscanN/A
CTAnSkyscanN/A
MimicsMaterialiseN/A

References

  1. Kohli, N., et al. Bone remodelling in vitro: Where are we headed?: -A review on the current understanding of physiological bone remodelling and inflammation and the strategies for testing biomaterials in vitro. Bone. 110, 38-46 (2018).
  2. Epsley, S., et al. The effect of inflammation on bone. Front Physiol. 11, 511799(2021).
  3. Bolamperti, S., Villa, I., Rubinacci, A. Bone remodeling: an operational process ensuring survival and bone mechanical competence. Bone Res. 10 (1), 48(2022).
  4. Taddei, S. R., et al. Experimental model of tooth movement in mice: a standardized protocol for studying bone remodeling under compression and tensile strains. J Biomech. 45 (16), 2729-2735 (2012).
  5. Guerrero, J. A., et al. Maxillary suture expansion: A mouse model to explore the molecular effects of mechanically-induced bone remodeling. J Biomech. 108, 109880(2020).
  6. Ibrahim, A. Y., Gudhimella, S., Pandruvada, S. N., Huja, S. S. Resolving differences between animal models for expedited orthodontic tooth movement. Orthod Craniofac Res. 20, Suppl 1 72-76 (2017).
  7. Kirschneck, C., Bauer, M., Gubernator, J., Proff, P., Schröder, A. Comparative assessment of mouse models for experimental orthodontic tooth movement. Sci Rep. 10 (1), 12154(2020).
  8. Huang, H., Williams, R. C., Kyrkanides, S. Accelerated orthodontic tooth movement: molecular mechanisms. Am J Orthod Dentofac Ortho. 146 (5), 620-632 (2014).
  9. Ariffin, S. H. Z., Yamamoto, Z., Abidin, I. Z., Wahab, R. A. M., Ariffin, Z. Cellular and molecular changes in orthodontic tooth movement. Sci World J. 11, 1788-1803 (2011).
  10. 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. Orthod Craniofac Res. 21, 112-118 (2018).
  11. Klein, Y., et al. Immunorthodontics: in vivo gene expression of orthodontic tooth movement. Sci Rep. 10 (1), 8172(2020).
  12. Fujimura, Y., et al. Influence of bisphosphonates on orthodontic tooth movement in mice. Eur J Orthod. 31 (6), 572-577 (2009).
  13. Waldo, C. M., Rothblatt, J. M. Histologic response to tooth movement in the laboratory rat; procedure and preliminary observations. J Dental Res. 33 (4), 481-486 (1954).
  14. Chavez, M. B., et al. Guidelines for micro-computed tomography analysis of rodent dentoalveolar tissues. JBMR Plus. 5 (3), e10474(2021).
  15. Trelenberg-Stoll, V., Wolf, M., Busch, C., Drescher, D., Becker, K. Standardized assessment of bone micromorphometry around teeth following orthodontic tooth movement: A µCT split-mouth study in mice. J Orofac Ortho. 83 (6), 403-411 (2022).
  16. Santos, M. S., et al. Targeting phosphatidylinositol-3-kinase for inhibiting maxillary bone resorption. J Cell Physiol. 238 (11), 2651-2667 (2023).
  17. Macari, S., et al. Oestrogen regulates bone resorption and cytokine production in the maxillae of female mice. Arch Oral Biol. 60 (2), 333-341 (2015).
  18. Macari, S., et al. Lactation induces increases in the RANK/RANKL/OPG system in maxillary bone. Bone. 110, 160-169 (2018).
  19. Pereira, L. J., et al. Aerobic and resistance training improve alveolar bone quality and interferes with bone-remodeling during orthodontic tooth movement in mice. Bone. 138, 115496(2020).
  20. Silva, F. R. F., et al. Protective effect of bovine milk extracellular vesicles on alveolar bone loss. Mol Nutri Food Res. 68 (3), 2300445(2024).
  21. Amaro, E. R. S., et al. Estrogen protects dental roots from orthodontic-induced inflammatory resorption. Arch Oral Biol. 117, 104820(2020).
  22. Xu, X., Zhou, J., Yang, F., Wei, S., Dai, H. Using micro-computed tomography to evaluate the dynamics of orthodontically induced root resorption repair in a rat model. PLoS One. 11 (3), e0150135(2016).
  23. Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. J Bone Mineral Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).
  24. Kanou, K., et al. Effect of age on orthodontic tooth movement in mice. J Dent Sci. 19 (2), 828-836 (2024).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 210

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved