Name: 3d imaging of pdl collagen fibers during orthodontic tooth movement in mandibular murine model
Uploaded: 2021-04-15T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Imaging of PDL Collagen Fibers during Orthodontic Tooth Movement in Mandibular Murine Model at JoVE.com

Deze studie werd ondersteund door de NIH (NIDCR R00- DE025053, PI:Naveh). We willen Harvard Center for Biological Imaging bedanken voor infrastructuur en ondersteuning. Alle cijfers worden gegenereerd met biorender.com.

Alle dierproeven werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de NIH voor de verzorging en het gebruik van proefdieren en de richtlijnen van de Harvard University Institutional Animal Care and Use Committee (Protocolnr. 01840).
1. Orthodontische tandbeweging
<ol><li>Om een muisbed te genereren, gebruikt u een plat plastic platform met een wigvormige, 45° schuine hoofdsteun. De hoofdsteun kan worden gegenereerd door een plastic doos te snijden.<ol>
<li>Til het hoofdeinde van h...

<ol>
	<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orthodontic+tooth+movement:+The+biology+and+clinical+implications.">Orthodontic tooth movement: The biology and clinical implications.</a> The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 34 (4), 207-214 (2018).</li><li>Meikle, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+tissue,+cellular,+and+molecular+regulation+of+orthodontic+tooth+movement:+100+years+after+Carl+Sandstedt.">The tissue, cellular, and molecular regulation of orthodontic tooth movement: 100 years after Carl Sandstedt.</a> European Journal of Orthodontics. 28, 221-240 (2006).</li><li>Krishnan, V., Davidovitch, Z., molecular, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular,+molecular,+and+tissue-level+reactions+to+orthodontic+force.">Cellular, molecular, and tissue-level reactions to orthodontic force.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 129 (4), 1-32 (2006).</li><li>Shoji-Matsunaga, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteocyte+regulation+of+orthodontic+force-mediated+tooth+movement+via+RANKL+expression.">Osteocyte regulation of orthodontic force-mediated tooth movement via RANKL expression.</a> Scientific Reports. 7 (1), 8753 (2017).</li><li>Oppenheim, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+changes,+particularly+of+the+bone,+incident+to+tooth+movement.">Tissue changes, particularly of the bone, incident to tooth movement.</a> European Journal of Orthodontics. 29, 2-15 (2007).</li><li>Unnam, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+Orthodontics-An+overview.">Accelerated Orthodontics-An overview.</a> Journal of Archives of Oral Biologyogy and Craniofacial Research. 3 (1), 4 (2018).</li><li>von Bohl, M., Kuijpers-Jagtman, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyalinization+during+orthodontic+tooth+movement+:+a+systematic+review+on+tissue+reactions.">Hyalinization during orthodontic tooth movement : a systematic review on tissue reactions.</a> European Journal of Orthodontics. 31 (1), 30-36 (2009).</li><li>Kirschneck, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+assessment+of+mouse+models+for+experimental+orthodontic+tooth+movement.">Comparative assessment of mouse models for experimental orthodontic tooth movement.</a> Scientific Reports. 10 (1), 1-12 (2020).</li><li>Naveh, G. R. S., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initial+orthodontic+tooth+movement+of+a+multirooted+tooth:+a+3D+study+of+a+rat+molar.">Initial orthodontic tooth movement of a multirooted tooth: a 3D study of a rat molar.</a> Orthodontics &amp; Craniofacial Research. 18 (3), 134-142 (2015).</li><li>Nakamura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-lapse+observation+of+rat+periodontal+ligament+during+function+and+tooth+movement,+using+microcomputed+tomography.">Time-lapse observation of rat periodontal ligament during function and tooth movement, using microcomputed tomography.</a> European Journal of Orthodontics. 30 (3), 320-326 (2008).</li><li>Kawarizadeh, A., Bourauel, C., Jager, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+numerical+determination+of+initial+tooth+mobility+and+material+properties+of+the+periodontal+ligament+in+rat+molar+specimens.">Experimental and numerical determination of initial tooth mobility and material properties of the periodontal ligament in rat molar specimens.</a> European Journal of Orthodontics. 25 (6), 569-578 (2003).</li><li>J&#243;nsd&#243;ttir, S. H., Giesen, E. B. W., Maltha, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+behavior+of+the+periodontal+ligament+of+the+beagle+dog+during+the+first+5+hours+of+orthodontic+force+application.">Biomechanical behavior of the periodontal ligament of the beagle dog during the first 5 hours of orthodontic force application.</a> European Journal of Orthodontics. 28, 547 (2006).</li><li>Lindhe, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+breakdown+of+peri-implant+and+periodontal+tissues.+A+study+in+the+beagle+dog.">Experimental breakdown of peri-implant and periodontal tissues. A study in the beagle dog.</a> Clinical Oral Implants Research. 3 (1), 9-16 (1992).</li><li>Salamati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+tooth+mobility+in+young+pigs.">Functional tooth mobility in young pigs.</a> Journal of Biomechanics. 104, 109716 (2020).</li><li>Maria, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+unusual+disordered+alveolar+bone+material+in+the+upper+furcation+region+of+minipig+mandibles:+A+3D+hierarchical+structural+study.">An unusual disordered alveolar bone material in the upper furcation region of minipig mandibles: A 3D hierarchical structural study.</a> Journal of Structural Biology. 206 (1), 128-137 (2019).</li><li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+miniature+pig:+a+useful+large+animal+model+for+dental+and+orofacial+research.">The miniature pig: a useful large animal model for dental and orofacial research.</a> Oral Diseases. 10, 1-7 (2007).</li><li>Melsen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+reaction+to+orthodontic+tooth+movement--a+new+paradigm.">Tissue reaction to orthodontic tooth movement--a new paradigm.</a> European Journal of Orthodontics. 23 (6), 671-681 (2001).</li><li>Naveh, G. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+MicroCT+imaging+of+non-mineralized+connective+tissues+at+high+resolution.">Direct MicroCT imaging of non-mineralized connective tissues at high resolution.</a> Connective Tissue Research. 55 (1), 52-60 (2014).</li><li>Naveh, G. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonuniformity+in+ligaments+is+a+structural+strategy+for+optimizing+functionality.">Nonuniformity in ligaments is a structural strategy for optimizing functionality.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (36), 9008 (2018).</li><li>Naveh, G. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tooth+periodontal+ligament:+Direct+3D+microCT+visualization+of+the+collagen+network+and+how+the+network+changes+when+the+tooth+is+loaded.">Tooth periodontal ligament: Direct 3D microCT visualization of the collagen network and how the network changes when the tooth is loaded.</a> Journal of Structural Biology. 181 (2), 108-115 (2013).</li><li>Naveh, G. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tooth+movements+are+guided+by+specific+contact+areas+between+the+tooth+root+and+the+jaw+bone+:+A+dynamic+3D+microCT+study+of+the+rat+molar.">Tooth movements are guided by specific contact areas between the tooth root and the jaw bone : A dynamic 3D microCT study of the rat molar.</a> Journal of Structural Biology. 17 (2), 477-483 (2012).</li><li>Naveh, G. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tooth-PDL-bone+complex:+Response+to+compressive+loads+encountered+during+mastication+-A+review.">Tooth-PDL-bone complex: Response to compressive loads encountered during mastication -A review.</a> Archives of Oral Biology. 57 (12), 1575-1584 (2012).</li><li>Ben-Zvi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+the+tooth-periodontal+ligament-bone+complex+to+load:+A+microCT+study+of+the+minipig+molar.">Response of the tooth-periodontal ligament-bone complex to load: A microCT study of the minipig molar.</a> Journal of Structural Biology. 205 (2), 155-162 (2019).</li><li>Klingberg, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+Automated+Evaluation+of+Total+Glomerular+Number+and+Capillary+Tuft+Size+in+Nephritic+Kidneys+Using+Lightsheet+Microscopy.">Fully Automated Evaluation of Total Glomerular Number and Capillary Tuft Size in Nephritic Kidneys Using Lightsheet Microscopy.</a> Journal of the American Society of Nephrology. 28 (2), 452 (2017).</li><li>Richardson, D. S., Lichtman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clarifying+Tissue+Clearing.">Clarifying Tissue Clearing.</a> Cell. 162 (2), 246-257 (2015).</li><li>Taddei, S. R. d. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+model+of+tooth+movement+in+mice:+A+standardized+protocol+for+studying+bone+remodeling+under+compression+and+tensile+strains.">Experimental model of tooth movement in mice: A standardized protocol for studying bone remodeling under compression and tensile strains.</a> Journal of Biomechanics. 45 (16), 2729-2735 (2012).</li><li>Nakamura, K., Sahara, N., Deguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+changes+in+the+distribution+and+number+of+macrophage-lineage+cells+in+the+periodontal+membrane+of+the+rat+molar+in+response+to+experimental+tooth+movement.">Temporal changes in the distribution and number of macrophage-lineage cells in the periodontal membrane of the rat molar in response to experimental tooth movement.</a> Archives of Oral Biology. 46 (7), 593-607 (2001).</li><li>Rygh, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+the+vascular+system:+A+main+mediator+of+periodontal+fiber+remodeling+in+orthodontic+tooth+movement.">Activation of the vascular system: A main mediator of periodontal fiber remodeling in orthodontic tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 89 (6), 453-468 (1986).</li><li>Nagao, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+endothelial+growth+factor+in+cartilage+development+and+osteoarthritis.">Vascular endothelial growth factor in cartilage development and osteoarthritis.</a> Scientific Reports. 7 (1), 13027 (2017).</li><li>Licht, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelium-specific+Cre+recombinase+activity+in+flk-1-Cre+transgenic+mice.">Endothelium-specific Cre recombinase activity in flk-1-Cre transgenic mice.</a> Developmental Dynamics. 229 (2), 312-318 (2004).</li><li>Connizzo, B. K., Naveh, G. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+AFM-based+nanoscale+rheology+reveals+regional+non-uniformity+in+viscoporoelastic+mechanical+behavior+of+the+murine+periodontal+ligament.">In situ AFM-based nanoscale rheology reveals regional non-uniformity in viscoporoelastic mechanical behavior of the murine periodontal ligament.</a> Journal of Biomechanics. 111, 109996 (2020).</li><li>Connizzo, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonuniformity+in+Periodontal+Ligament:+Mechanics+and+Matrix+Composition.">Nonuniformity in Periodontal Ligament: Mechanics and Matrix Composition.</a> Journal of Dental Research. 2, 179-186 (2020).</li></ol>

Het genereren van OTM bij muizen is zeer gewenst vanwege de grootte, genetica en hanteringsvoordelen. Het gebruik van de onderkaak biedt een eenvoudige behandeling, zowel in termen van weefseldissectie als monstervoorbereiding en beeldvorming. Hier presenteerden we een methode om OTM te genereren met translationele beweging van de tand in het bot binnen 7 dagen na OTM. Met behulp van dit protocol kan de totale duur van de tandbeweging worden verlengd, omdat de geactiveerde spoel een constant krachtniveau levert voor bewe...

Het fundamentele onderliggende biologische proces in orthodontische tandbeweging (OTM) is botremodellering. De trigger voor dit remodelleringsproces wordt toegeschreven aan veranderingen in de structuur van het parodontale ligament (PDL) zoals extracellulaire matrix (ECM) stress, necrose evenals bloedvatvernietiging en vorming1,2,3. Andere mogelijke triggers voor alveolaire botremodellering zijn gerelateerd aan krachtdetectie door osteocyten in het bot, evenals mechanische vervorming van het alveolaire bot zelf; hun rol in OTM is echter nog steeds niet volledig opgehelderd4,5.
Ondanks vele studies die gericht waren op het onthullen van structuur-functierelaties van de PDL tijdens OTM , moet nog een duidelijk functioneel mechanisme worden gedefinieerd6,7. De belangrijkste reden hiervoor is de uitdaging bij het ophalen van gegevens van een zacht weefsel (PDL) tussen twee harde weefsels (cementum en alveolaire bot). De geaccepteerde methoden voor het verzamelen van structurele informatie vereisen meestal fixatie en doorsneden die de PDL-structuur verstoren en wijzigen. Bovendien leveren de meeste van deze methoden 2D-gegevens op die, zelfs als ze niet vervormd zijn, slechts gedeeltelijke en gelokaliseerde informatie geven. Aangezien de PDL niet uniform is in zijn structuur en functie, is een aanpak die de intacte 3D-structuur van het hele tand-PDL-botcomplex aanpakt gerechtvaardigd.
Dit artikel beschrijft een methode voor het genereren van een OTM bij muizen en twee methoden die 3D-visualisatie van de collageenvezels in de PDL mogelijk maken zonder enige sectie van het monster.
Murinemodellen worden veel gebruikt voor in-vivo experimenten in de geneeskunde, ontwikkelingsbiologie, medicijnafgifte en structurele studies. Ze kunnen genetisch worden gemodificeerd om specifieke eiwitten en functies te elimineren of te verbeteren; ze zorgen voor snelle, herhaalbare en voorspelbare ontwikkelingscontrole; ze zijn ook gemakkelijk te beeld vanwege hun kleine formaat8. Ondanks hun vele voordelen worden muismodellen in tandheelkundig onderzoek niet vaak gebruikt, vooral wanneer klinische manipulaties gerechtvaardigd zijn, meestal vanwege de kleine tanden. Diermodellen zoals ratten9,10,11,honden12,13,varkens14,15,16 en apen17 worden vaker gebruikt dan muizen. Met de recente ontwikkeling van beeldvormingstechnieken met hoge resolutie zijn de voordelen van het gebruik van een muismodel om de ingewikkelde processen in OTM te ontcijferen talrijk. Dit artikel presenteert een methode om een mesiale beweging van de kiestand in de onderkaak te genereren met constante krachtniveaus die botremodellering veroorzaken. De meeste OTM-experimenten bij knaagdieren worden gedaan in de maxilla, omdat de mobiliteit van de onderkaak en de aanwezigheid van de tong een ander complexiteitsniveau toevoegen. De onderkaak heeft echter veel voordelen wanneer 3D structurele integriteit gewenst is. Het kan gemakkelijk worden ontleed als een heel bot; bij sommige soorten kan het worden gescheiden in twee hemi-kaken door de vezelige symfyse; het is compact, plat en bevat alleen de tanden zonder sinusruimten. De maxilla is daarentegen een deel van de schedel en nauw verwant aan andere organen en structuren, dus uitgebreide doorsneden zijn nodig om het alveolaire bot met de bijbehorende tanden te ontleden.
Met behulp van een interne vochtigheidskamer gekoppeld aan een laadsysteem in een micro-CT met hoge resolutie die faseverbetering mogelijk maakt, ontwikkelden we een methode om verse vezelige weefsels in 3D te visualiseren zoals eerder beschreven9,18,19,20,21,22,23. Verse weefsels worden onmiddellijk gescand nadat het dier is geofferd zonder enige kleuring of fixatie, wat weefselartefacten en veranderingen van biomechanische eigenschappen vermindert. Deze 3D-gegevens kunnen worden gebruikt voor distributie- en richtingsanalyses van de vezels zoals elders beschreven19.
De tweede 3D-methode voor beeldvorming van hele weefsels die hier wordt gepresenteerd, is gebaseerd op optische clearing van de onderkaak, waardoor de PDL-vezels door het bot kunnen worden gebeeldbeerd zonder enige doorsnede. Interessant is dat het ook visualisatie van de collageenvezels van het bot zelf mogelijk maakt, maar dit zal hier niet worden besproken. Over het algemeen zijn er twee methoden voor weefselopruiming. De eerste is waterige clearing waarbij het monster wordt ondergedompeld in een waterige oplossing met een brekingsindex groter dan 1,4, hetzij door een eenvoudige onderdompeling, hyperhydratatie of hydrogelinbedding. Deze methode is echter beperkt in het niveau van transparantie en de structurele conservering van het weefsel en vereist daarom fixatie van het weefsel. De tweede methode die zeer transparante monsters oplevert en geen fixatie vereist , is de clearingmethode op basis vanoplosmiddelen 24,25. We hebben een gemodificeerde clearingmethode op basis van oplosmiddelen gegenereerd op basis van ethyl-3-fenylprop-2-enoaat (ethylcinnamaat, ECi) voor de mandibulaire monsters. Deze methode heeft de voordelen van het gebruik van niet-toxische voedselkwaliteit clearing agent, minimale weefselkrimp, en behoud van fluorescerende eiwitten.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-mL BD Luer-Lok syringe</td>
			<td>BD</td>
			<td>309628</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1X phosphate buffered saline</td>
			<td>VWR Life Sciences</td>
			<td>0780-10L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 proof ethanol</td>
			<td>VWR Life Sciences</td>
			<td>V1016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum alloy 5019 wire</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>GF15828813</td>
			<td>0.08 mm diameter wire, length 100th, temper hard. Used as wire ligature around molar.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avizo 9.7</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used to analyze microCT scans</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Castroviejo Micro Needle Holders</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>12060-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clr Plan-Apochromat 20x/1.0,CorrVIS-IR M27 85mm</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used for second harmonic generation imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cone socket handle, single ended, hand-form</td>
			<td>G.Hartzell and son</td>
			<td>126-CSH3</td>
			<td>Handle of the inspection mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EC Plan-Neofluar 5x/0.16</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>440321-9902</td>
			<td>Used for light-sheet imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elipar DeepCure-S LED curing light</td>
			<td>3M ESPE</td>
			<td>76985</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf safe-lock tubes, 1.5mL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>22363204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl cinnamate, &#62;= 98%</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>W243000-1KG-K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypodermic Needle, 27G x 1/2&#39;&#39;</td>
			<td>BD</td>
			<td>305109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketathesia 100mg/ml</td>
			<td>Henry Schein Animal Health</td>
			<td>NDC:11695-0702-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KIMWIPES delicate task wipers</td>
			<td>Kimberly-Clark</td>
			<td>21905-026 (VWR Catalog number)</td>
			<td>Purchased from VWR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LightSheet Z.1 dual illumination microscope system</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LightSheet Z.1/LightSheet 7</td>
			<td>Used for lightsheet imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LSM 880 NLO multi-photon microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LSM 880 NLO</td>
			<td>Used for two-photon imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEGAmicro, plane, 5mm dia, SS-Thread</td>
			<td>Hahnenkratt</td>
			<td>6220</td>
			<td>Front surface inspectrio mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicroCT machine, MicroXCT-200</td>
			<td>Xradia</td>
			<td>MICRO XCT-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini-Colibri</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>17000-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PermaFlo Flowable Composite</td>
			<td>Ultradent</td>
			<td>948</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Procedure platform</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom-made from lab materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Routine stereo micscope M80</td>
			<td>Leica Micosystems</td>
			<td>M80</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sentalloy NiTi open coil spring</td>
			<td>TOMY Inc.</td>
			<td></td>
			<td>A 0.15mm diameter closed NiTi coil with an inner coil diameter of 0.9mm delivers a force of 10g. Similar products can be purchased from Dentsply Sirona.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-304 stainless steel ligature wire, 0.009&#39;&#39; diameter</td>
			<td>Orthodontics</td>
			<td>SBLW109</td>
			<td>0.009&#39;&#39;(.23mm) diameter, Soft temper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-Ject E (Xylazine) 100mg/ml</td>
			<td>Henry Schein Animal Health</td>
			<td>NDC:11695-7085-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Z100 Restorative, A2 shade</td>
			<td>3M ESPE</td>
			<td>5904A2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d imaging of pdl collagen fibers during orthodontic tooth movement in mandibular murine model

Orthodontische tandbeweging is een complex biologisch proces van veranderde hermodellering van zacht en hard weefsel als gevolg van externe krachten. Om deze complexe remodelleringsprocessen te begrijpen, is het van cruciaal belang om de tand- en parodontale weefsels binnen hun 3D-context te bestuderen en daarom eventuele doorsneden en weefselartefacten te minimaliseren. Muismodellen worden vaak gebruikt in ontwikkelings- en structurele biologie, evenals in biomechanica vanwege hun kleine formaat, hoge stofwisseling, genetica en gebruiksgemak. In principe maakt dit ze ook uitstekende modellen voor tandheelkundige studies. Een grote belemmering is echter hun kleine tandgrootte, met name de kiezen. Dit artikel is gericht op het bieden van een stapsgewijs protocol voor het genereren van orthodontische tandbeweging en twee methoden voor 3D-beeldvorming van de parodontale ligamentfibulaire component van een muismandibulaire kies. De eerste gepresenteerde methode is gebaseerd op een micro-CT-opstelling die faseverbetering van verse collageenweefsels mogelijk maakt. De tweede methode is een botopruimingsmethode met ethylcinnamaat die beeldvorming door het bot mogelijk maakt zonder doorsneden en endogene fluorescentie behoudt. Het combineren van deze clearing methode met reporter muizen zoals Flk1-Cre; TdTomato bood een eerste in zijn soort gelegenheid om de 3D vasculatuur in het PDL- en alveolaire bot in beeld te krijgen.

Dit document presenteert een methode om OTM te produceren, evenals twee methoden voor 3D-beeldvorming van collageenvezels in de PDL zonder enige doorsnede. Voor dieronderzoek, wanneer uitlijning van de tanden niet nodig is, wordt een tandbeweging als orthodontisch beschouwd als het een remodellering van het alveolaire bot op alle wortelniveaus genereert. Constant krachtniveau dat op tanden wordt toegepast, is vereist om een betrouwbare OTM te genereren. Hier wordt een geactiveerde niti-spoel met vormgeheugen gebruikt om ...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Imaging of PDL Collagen Fibers during Orthodontic Tooth Movement in Mandibular Murine Model at JoVE.com

3D Imaging of PDL Collagen Fibers during Orthodontic Tooth Movement in Mandibular Murine Model

We presenteren een protocol voor het genereren van orthodontische tandbeweging bij muizen en methoden voor 3D-visualisatie van de collageenvezels en bloedvaten van parodontale ligament zonder sectioning.

3D Beeldvorming van PDL Collageenvezels tijdens Orthodontische Tandbeweging in Mandibular Murine Model

Orthodontic tooth movement is a complex biological process of altered soft and hard tissue remodeling as a result of external forces. In order to ...

Orthodontische tandbeweging is een complex biologisch proces dat externe krachten en remodellering van zowel zachte als harde weefsels omvat. Om deze processen te begrijpen, is het van cruciaal belang om de tand en de parodontale weefsels binnen de 3D-context te bestuderen. Murine model is een goede kandidaat voor dergelijke studies vanwege de grootte, hoge stofwisseling en de enorme genetische informatie die we hebben.Het creëren van orthodontische tandbeweging bij muizen is echter niet eenvoudig vanwege hun kleine formaat. Bovendien omvatten structurele analysemethoden meestal doorsneden, wat de 3D-structuur en context van het weefsel verstoort. Voor een niet-uniform weefsel, zoals de PDL, is het behoud van de 3D-structuur en context van cruciaal belang.Om deze twee obstakels aan te pakken, bieden we een protocol om mesial orthodontische tandbeweging van de eerste mandibulaire kies bij muizen te genereren en beschrijven we twee methoden die 3D-visualisatie van het parodontale ligament mogelijk maken zonder het weefsel te doorsnijden. Om de verdoofde muis te plaatsen voor het inbrengen van orthodontische apparaten, haakt u de bovenste snijtuit op de papercliplus. Immobiliseer de onderste snijtanden met behulp van de stroomketen en open de mond verder met mini-colibri muis oprolmechanisme.Breng een kleine druppel zoutoplossing aan op elk oog om uitdroging van het hoornvlies te voorkomen. Dit zijn de tools die worden gebruikt bij het invoegen van apparaten. Snijd een stuk aluminiumdraad tot een centimeter lang.Schuif met behulp van de microchirurgische naaldhouder de draad van de buccale zijde linguaal in het interproximale gebied onder het contactpunt tussen de eerste en tweede kies. Trek de draad van de linguale kant naar de mesial kant van de kies. Draai de vrije uiteinden van de draad twee tot drie keer om vast te stellen.Snijd een stuk nikkel titanium of NiTi schroefveer ongeveer zeven tot negen draden lang. Plaats de spoel tussen de onderste eerste kies en de snijtand, passeer een vrij uiteinde van de draad door twee draden van de spoel en draai vervolgens beide uiteinden van de draad stevig om de spoel aan de kies te bevestigen. Verwijder de stroomketen met een pincet.Lus twee tot drie draden van de spoel over de snijtand om de spoel te verankeren. Laat precies drie actieve draden tussen de eerste kies en de snijtand. Schuif de bedreigingen naar beneden naar de snijtanden vrije gingivale marge.Leg een laag doorstroombare composiethars op de snijrand van de spoel en hard deze uit met tanduithardingslicht. Vervang de stroomketen na het uitharden van de hars. Knip overtollige draad rond de kies om verwondingen te voorkomen.Verwarm de NiTi-spoel met hetzelfde uithardingslicht gedurende 20 seconden. Dit zal de spoel aanscherpen, afgewerkte plaatsing moet er als volgt uitzien. Zacht weefsel op de ontlede hemi-onderkaak kan worden verwijderd met een pluisvrij doekje.Wrijf met een monster tussen twee vingers de buitenkant in cirkelvormige beweging totdat het grootste deel van het zachte weefsel is verwijderd. De rest kan worden afgesneden met een schaar. Schoongemaakte onderkaak is hier aan de rechterkant te zien.Om de ontlede hemi-onderkaak in de monsterkamer van een micro CT-scan te monteren, vorm je een rijstkorrelformaat verpakte tandhars in een boomstam. Plaats het vervolgens in de monstersleuf van het podium. Plaats de hemi-onderkaak op het composiet.Pas de positie aan totdat de eerste kies gecentreerd is op de middellijngroef en het occlusale oppervlak horizontaal is. Hard het composiet uit wanneer u tevreden bent met de positionering. Dit is een voorbeeld van de onderkaak in de juiste positie.Neem een klein bolletje inpakbare tandhars. De diameter moet ongeveer de breedte van de kies zijn. Plaats de hars op het occlusale oppervlak van de eerste kies.Bevochtig pluisvrij doekje met water. Plaats het bevochtigde doekje in de vochtigheidspools in de monsterfase. Sluit de monsterkamer en bevestig deze met schroeven op de micro-CT.Maak nu 2D-beelden terwijl u het aambeeld verticaal laat zakken totdat de punt van het aambeeld is omgeven door het composiet. Schakel veilig de röntgenbron uit, open de micro CT-kamer en hard het composiet uit door het heldere plexiglas raam. Nu is het monster goed gemonteerd en kan het naar behoefte worden afgebeeld.Om optisch ontruimd hemi-onderkaakmonster te genereren, bereidt u de volgende oplossingen voor in 1,5 mil centrifugebuizen. 4%paraformaldehyde, 50% en 70% ethanol in gedeioneerd water. Twee tubes van 100% ethanol en ethylcinnamaat.Plaats de ontlede hemi-onderkaak in 4%paraformaldehyde. Bedek de buis met aluminiumfolie en plaats deze zes uur op een zachte stand bij kamertemperatuur. Breng het monster na zes uur over in 50% ethanol.Plaats het monster terug op de rocker gedurende 16 uur bedekt met licht. Herhaal de vorige stap met een monster in 70% ethanol gedurende 16 uur, gevolgd door 100% ethanol tweemaal gedurende 16 uur elke keer. Verplaats het monster ten slotte gedurende ten minste 12 uur naar ethylcinnamaat.Betrouwbare orthodontische beweging wordt gegenereerd door het NiTi spoelapparaat in muriene mandibulaire eerste kies. Bij negen weken oude mannelijke muizen is de gemiddelde interproximale ruimte na zeven dagen 40 micron. Faseverbetering micro CT maakt visualisatie van de PDL mogelijk.Na drie dagen mesiale orthodontische beweging wordt de PDL-dichtheid verminderd. De PDL-interface van het bot is ruwer vanwege de ontwikkeling van kraters in het botoppervlak, die indicatief zijn voor osteoclastische activiteit en botresorptie. Ruw oppervlak is te zien op alle niveaus van de wortels.Dit toont aan dat de beweging translationeel is in plaats van een kantelbeweging. Op dag zeven is de PDL-ruimte smaller dan op dag drie en is de PDL-rand van het bot aan het distale worteloppervlak gladder, wat tekenen zijn van botcon oppositie zoals verwacht wanneer orthodontische tandbeweging optreedt. Vanwege de lange micro CT-beeldvormingstijd en de rotatie van het podium is een veilige montage van het monster essentieel.Onstabiel monster waarbij resulteert in wazige scans waarbij een silhouet rond de kroon te zien is en de PDL-vezels niet worden gezien. Optische clearing met ethylcinnamaat biedt een andere methode om de PDL te bekijken zonder doorsneden. Het substraat is te zien aan de ramus van een voldoende ontruimd monster dat hier aan de rechterkant wordt getoond.Deze methode, behoudt endogene fluorescentie en kan zonder chemische fixatie worden gebruikt. Lightsheet microscopie kan worden gebruikt op gewiste monsters. Met een transgene muis kunnen de fluorescerende bloedvatvoeringen worden waargenomen.Als het bot niet goed werd gewist, zijn de bloedvaten in de PDL niet zichtbaar zoals weergegeven in paneel F.Dit protocol beschreef hoe twee grote uitdagingen bij het genereren en analyseren van orthodontische tandbeweging in muriene mandibulaire kiestanden kunnen worden overwonnen. Zodra de orthodontische tandbewegingstechniek onder de knie is, kan deze in 15 minuten worden voltooid. Dit proces is uitdagend vanwege de kleine afmetingen van de muistanden en de aanwezigheid van de tong.We bieden echter alle nodige oplossingen om deze uitdagingen het hoofd te bieden. De micro CT-beeldvorming vereist een faseverbeteringsvermogen. We demonstreerden onze techniek met behulp van een benchtop micro CT. Elke installatie die faseverbetering kan genereren, doet echter bijvoorbeeld een synchrotron.De resultaten van de ECi-clearing zijn afhankelijk van het uitdrogingsproces. Als het monster niet transparant genoeg is, is onze suggestie om de tijd van de uitdrogingsstappen te verlengen. Onze clearingmethode kan ook worden gebruikt op niet-gerepareerde monsters.De heldere weefsels kunnen worden gescand in de micro-CT, omdat het clearingproces geen invloed heeft op het mineraalgehalte van het weefsel. Daarom biedt onze methode een correlatieve benadering voor fluorescentie en structurele informatie om een volledige 3D-analyse te genereren.

Research

JoVE Journal

Medicine

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

Intracraniële Implantatie met Latere 3D In Vivo Bioluminescent Imaging van Murine Gliomen

The mouse glioma 261 (GL261) is recognized as an in vivo model system that recapitulates many of the features of human glioblastoma multiforme (GBM). The ...

Three-dimensional Imaging of Nociceptive Intraepidermal Nerve Fibers in Human Skin Biopsies

Driedimensionale beeldvorming van Nociceptieve Intraepidermal zenuwvezels in Menselijke huid Biopsieën

A punch biopsy of the skin is commonly used to quantify intraepidermal nerve fiber densities (IENFD) for the diagnosis of peripheral polyneuropathy 1,2. ...

Quantitative Visualization of Leukocyte Infiltrate in a Murine Model of Fulminant Myocarditis by Light Sheet Microscopy

Kwantitatieve visualisatie van leukocytinfectiet in een muizenmodel van Fulminant-myocarditis door middel van lichte microscopie

Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM), in combination with chemical clearing protocols, has become the gold standard for analyzing fluorescently ...

3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue

3D echografie Imaging: snelle en rendabele Morphometry van Musculoskeletal Tissue

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS ...

Determining and Controlling External Power Output During Regular Handrim Wheelchair Propulsion

Het bepalen en controleren van extern vermogen tijdens regelmatige handrim rolstoelaandrijving

The use of a manual wheelchair is critical to 1% of the world&#39;s population. Human powered wheeled mobility research has considerably matured, which ...

Delayed Intramyocardial Delivery of Stem Cells after Ischemia Reperfusion Injury in a Murine Model

Vertraagde intramyocardial levering van stamcellen na Ischemie Reperfusie Letsel in een Murine Model

There is significant interest in the use of stem cells (SCs) for the recovery of cardiac function in individuals with myocardial injuries. Most commonly, ...

Multiphoton Intravital Imaging for Monitoring Leukocyte Recruitment during Arteriogenesis in a Murine Hindlimb Model

Multifoton intravitale beeldvorming voor het monitoren van leukocytenrekrutering tijdens arteriogenese in een Murine Hindlimb-model

Arteriogenesis strongly depends on leukocyte and platelet recruitment to the perivascular space of growing collateral vessels. The standard approach for ...

3D Imaging of the Liver Extracellular Matrix in a Mouse Model of Non-Alcoholic Steatohepatitis

3D-beeldvorming van de extracellulaire levermatrix in een muismodel van niet-alcoholische steatohepatitis

Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) is the most common chronic liver disease in the United States, affecting more than 70 million Americans. NASH can ...

Analyzing Alveolar Bone Remodeling to Explore Skeletal Mechanical Biology

Using Inducible Osteoblastic Lineage-Specific Stat3 Knockout Mice to Study Alveolar Bone Remodeling During Orthodontic Tooth Movement

Comparing Alveolar and Long Bone Remodeling to Explore OTM Model Potential (Video) | JoVE

Gebruik van induceerbare osteoblastische afstammingsspecifieke Stat3 knock-outmuizen om alveolaire botremodellering te bestuderen tijdens orthodontische tandbeweging

The alveolar bone, with a high turnover rate, is the most actively-remodeling bone in the body. Orthodontic tooth movement (OTM) is a common artificial ...

A Murine Maxillary Orthodontic Model Guide to Bone Remodeling Analysis

The Establishment of a Murine Maxillary Orthodontic Model

Author Spotlight: Insights into an Efficient Murine Maxillary Orthodontic Model Protocol

Due to the lack of reproducible protocols for establishing a murine maxillary orthodontic model, we present a reliable and reproducible protocol to ...