رابطه بین کیفیت استخوان و یکپارچگی استخوانی ایمپلنت (مقاله ترجمه شده)

چکیده

انواع روش های طبقه بندی بالینی به عنوان وسیله ای برای شناسایی محل هایی در حفره دهان که در آن Osseo integration ایمپلنت احتمالا با موفقیت همراه است ،پیشنهاد شده است . اکثر طرح ها بر اساس ویژگی های ساختاری استخوان هستند، به عنوان مثال، درجه نسبی تراکم استخوان ، استخوان هموژن (نوع I) و استخوان اسفنجی ترابکولا (نوع III). با این وجود، هیچ کدام از این طرحها ویژگی های بیولوژیکی بالقوه استخوان را در نظر نمی گیرند. در اینجا، ما برای شناسایی و توصیف استخوان های نوع I و نوع III در فک موش ، از تحلیل های چند متغیره استفاده کردیم. سپس این ابزارهای تحلیلی را با مدل های in vivo استئوتومی و ایمپلنت Osseo integration ترکیب می کنیم تا تعیین کنیم که کدام نوع از روش های بهبود استخوان سریع تر است و یا بهتر از دیگر روش ها از یکپارچگی استخوانی پشتیبانی می کند. به طور خلاصه، این مطالعات همبستگی مثبت قوی بین میزان بازسازی استخوان، فعالیت های میتوزی و بهبود محل استئوتومی در استخوان نوع III و سیگنالینگ بالای Wnt اندوژن نشان داد. این همبستگی مثبت با مشاهداتی که نشان داد که ماتریکس استئوئیدی که مسئول osseointegration ایمپلنت است، از سلولهای واکنش Wnt و دودمان آنها به دست می آید، تقویت می شد. استفاده بالقوه از این دانش در عمل بالینی، همراه با یک نظریه که نقش بیولوژی و مکانیک در osseointegration ایمپلنت را ادغام می کند، مورد بحث قرار گرفته است.

مقدمه

Osseointegration ایمپلنت موفقیت آمیز بستگی به کیفیت و کمیت استخوان بین سطحی دارد، اما اندازه گیری کیفیت استخوان ها اساسا دشوار است (Licata 2009). انواع مختلفی از روشهای طبقه بندی بالینی برای رفع این شکاف علمی ارائه شده است و اکثر آنها بر اساس مقدار نسبی استخوان کورتیکال فشرده به استخوان ترابکولار اسفنجی (Lekholm and Zarb 1985؛ Misch 1989) است. نوع I استخوان به عنوان استخوان با حداقل عروق و همگن ترین در نظر گرفته می شود، نوع II ترکیبی از استخوان کورتیکال با حفره دارای مغز استخوان است، نوع III عمدتا از استخوان ترابکولار تشکیل شده و نوع IV با داشتن کورتکس بسیار نازک و ترابکول با تراکم پایین (Lekholm and Zarb 1985) شناخته شده است و به طور کلی قادر به حمایت از ایمپلنت (He et al. 2015) نیست . گونه های استخوانی به گونه های چوبی اعم از درخت بالسا تا بلوط (گرینستاین و همکاران 2010) مشابه هستند، در حالیکه روش های طبقه بندی بعدی انواع استخوان را با استفاده از مقادیر کمی مشخص کردند (Turkyilmaz و همکاران 2008). با وجود چنین پیشرفت هایی، ارزش تشخیصی بسیاری از این برنامه ها همچنان مورد سوال است (Ribeiro-Rotta et al. 2007؛ Ribeiro-Rotta et al. 2011؛ Lindh et al.، 2014).

پس از آن، این مسئله نقطه شروع برای مطالعه ما بود: برای درک این که چرا برخی از سایت های داخل دهان بهتر از سایر مکان ها از osseointegration حمایت می کنند. ما تصمیم گرفتیم که از یک مدل موشی، به دلیل زیاد بودن ابزار تحلیلی (مولکولی، سلولی، ژنتیک) در دسترس استفاده کنیم . اولین هدف ما این بود که استخوانهای فک را از لحاظ ریز ساختارها ، تراکم نسبی / ظاهری و میزان چرخش آنها طبقه بندی کنیم. هدف دوم ما استفاده از مدل های in vivo (بهبودی محل استئو اتومی و osseointegration ایمپلنت) برای تعیین این است که کدام نوع التیام استخوان سریعتر است و از osseointegration بهتر از دیگران حمایت می کند. به طور خلاصه، این مطالعات همبستگی مثبت قوی بین میزان بازسازی استخوان، فعالیت های میتوزی و التیام محل استئو اتومی در استخوان نوع III و سیگنالینگ بالای Wnt اندوژن را نشان داد. پیامدهای درمانی بالقوه این داده ها، همراه با یک مدل که داده های بیولوژیکی ما را در مورد مکانیک و osseointegration ایمپلنت ادغام کرده است، مورد بحث قرار گرفته است.

مواد و روش ها

حیوانات در گروه آزمایش و کنترل

روش ها توسط کمیته دانشگاه تحقیقاتی دانشگاه استنفورد (13146) تایید شده و مطابق با دستورالعمل ARRIVE ( Kilkenny و همکاران 2011) می باشد. گروه آزمایشی در جدول پیوست 1 ارائه شده است. برای تحریک بیان + / Axin2CreERT2/+; R26RmTmG در موش ، دوز منفرد (4 میلی گرم / 25 میلی گرم وزن بدن) تاموکسیفن به صورت داخل صفاقی 2 روز قبل از عمل تزریق شد. دوز و طول مدت دوره کمون تایید شد (Ransom et al 2016).

جراحی

پس از یک سطح مناسب بیهوشی از طریق تزریق داخل صفاقی کتامین / xylazine، مولرهای اولیه ماگزیلاری (به عنوان مثال، M1) استخراج شد. خونریزی توسط فشرده سازی موضعی کنترل می شود. موش ها با رژیم غذایی منظم تغذیه شدند و در گروه های 5 نفره قرار گرفتند. تغییرات وزن <10٪ بود. هیچ عوارض جانبی (مثلا درد ناخواسته، عفونت، التهاب طولانی مدت) رخ نداد.

آماده سازی نمونه، بافت شناسی، آزمایش سلولی، و واکنش PCR Real-Time کمی (qRT-PCR)

موش ها در روزهای پس از استئوتومی (PODs) و یا روزهای پس از ایمپلنت (PID ها) قربانی شدند و برای آنالیز نشان دار و آماده شدند (جدول ضمیمه 2). برای qRT-PCR، ماکزیلا ها جدا شدند، بافت های نرم برداشته شد و از پانچ بیوپسی 2 میلیمتری برای جمع آوری استخوان از ریج بی دندان و محل استخراج التیام یافته برای استخراج RNA استفاده شد (Minear و همکاران، 2010). سطح بیان ژن با روش ΔΔCt تعیین شد و با مقادیر GAPDH نرمالایز شد. واکنش ها سه بار انجام شد و میانگین ها ± خطاهای استاندارد محاسبه شد. توالی پرایمر در جدول پیوست 2 ارائه شده است.

آنالیز هیستومورفومتری و میکرو توموگرافی کامپیوتری میکروسکوپی (μCT)

اندازه گیری های هیستومورفومتریک از حداقل 4 بخش بافت برای اندازه گیری مقدار استخوان جدید در اطراف ایمپلنت استفاده می شود (یین و همکاران، 2015). اندازه گیری های هیستومورفومتریک از حداقل 4 بخش بافت برای اندازه گیری مقدار استخوان جدید در اطراف ایمپلنت استفاده کرد (یین و همکاران، 2015). درصد تشکیل استخوان جدید با استفاده از نسبت تشکیل استخوان جدید / کل ناحیه استخوان - ایمپلنت محاسبه شد.

تجزیه و تحلیل آماری

Immunostaining و qRT-PCR توسط یک محقق (J.L.) و کمی سنجی توسط دیگران انجام شد (X.Y.، L.H.). نتایج به صورت میانگین ± خطای استاندارد تکرارهای مستقل ارائه شده است. Student’s t test برای اندازه گیری تفاوت های توصیف شده در این مقاله استفاده شد. P ≤ 0.05 معنی دار در نظر گرفته شد.

نتایج

آنالیز چند عاملی از انواع استخوان های موش

توصیف بالینی (Lekholm and Zarb 1985؛ Misch 1989) برای شناسایی استخوانهای بالقوه نوع I و نوع IIIمورد استفاده قرار گرفت. برای جلوگیری از سوگیری احتمالی بر اساس یک منبع اولیه (Leucht و همکاران، 2008) و به این دلیل که ما عمدتا علاقه مند به ایمپلنت های دندانی بودیم، تنها بر استخوان های فک متمرکز شدیم. ریج بی دندان ماگزيلاي موش از استخوان لاملار فشرده تشکیل شده و ماگزيلا مجاور از استخوان آلوئولار با حفره های مغز استخوان تشکیل شده است (شکل 1A، B). نسبت BV / TV در ریج بی دندان در مقایسه با استخوان آلوئولار به طور معنی داری بالاتر بود (شکل 1C). بر این اساس، رگه فک بالاسری مشخصه استخوان نوع Iبود و استخوان آلوئول مجاور مشخصه استخوان نوع IIIبود. بر این اساس، ریج بی دندان ماگزیلاری مشخصه استخوان نوع Iبود و استخوان آلوئول مجاور مشخصه استخوان نوع IIIبود.

استخوان های نوع I و IIIنوع دارای پتانسیل های بهبودی مختلفی هستند

برای تعیین پتانسیل بهبودی استخوانهای نوع I و نوع IIIاز یک مدل استئوتومی استفاده شد. برای ایجاد یک فضای کافی بزرگ برای وارد کردن ایمپلنت، مولر اول ماگزیلاری استخراج شد و سوکت ها امکان درمان کامل را فراهم کردند . (ضمیمه شکل 2A-D) . آنالیز های هیستومورفومتریک نشان داد که BV / TVمحل بهبود یافته معادل استخوان نوع III دست نخورده است (پیوست شکل 2E، F). سپسس استئوتومی های طرف مقابل در محل برداشت ایمپلنت(سوکت) که بهبود یافته بود و ریدج بی دندان ایجاد شد.

ایمپلنت های Osseointegrate (ایمپلنت های ادغام شونده با استخوان )بیشتر در استخوان نوع III موثر هستند

ما استدلال کردیم که اگر استخوان جدید در استئوتومی استخوان های نوع IIIسریعتر شکل بگیرد، ایمپلنت هایی که در این استئوتومی ها قرار می گیرند نیز باید سریعتر osseointegrate شوند. برای به حداقل رساندن اختلاف در میزان بهبودی مربوط به محل آناتومیک، 2 محل ایمپلنت با فاصله تقریبا 2 میلیمتر از هم جدا شدند، و در مقابل یکدیگر قرار گرفتند پس یک بستر ایمپلنت بر روی دیگری تاثیر نگذاشت (پیوست شکل 2G). ایمپلنت ها در استئوتومی های اندکی بیش از اندازه (بزرگ تر از حد معمول) قرار داده شدند (یین و همکاران سال 2016) (جدول پیوست 1) ، که منجر به یک شکاف پیرامونی 25 میلی متری در اطراف ایمپلنت ها شد (ستاره زرد در شکل 3A). این سناریوی چالش برانگیز ما را قادر به مقایسه پاسخ های شفا بخش بین 2 نوع استخوان کرد. بررسی های چشمی تایید کرد که ایمپلنت ها در عمق مشابه، زیر سطح اکلوزالی قرار داده شده اند. هیچکدام از ایمپلنتها عمدا لود نشدند. در ابتدا، شکاف های سطحی در هر دو نوع استخوان توسط سلول ها و ماتریکس خارج سلولی غنی از فیبرین (شکل 3B، C) اشغال شده بود؛ تفاوت این بود که در استخوان نوع I، سلول ها نشان دهنده مارکر فیبروتیک vimentin(شکل 3D) بیان می کردند و به طور ضعیف مارکر استخوان ساز Runx2 (شکل 3E) را بیان کردند.

سلول های واکنشی Wnt مسئول Osseointegrationایمپلنت هستند

برای بدست آوردن بینش در زمینه مولکولی برای توانایی ساخت استخوان بالایی در استخوان نوع III، ما با استفاده از سویه Axin2LacZ / + موشها (Lustigو همکاران 2002)، سیگنالینگ آندوژنیک Wnt را ارزیابی کردیم که در آن ، جمعیت واکنش دهنده به Wnt، Xgal + ve بودند(شکل. 4A). سلول های Xgal + ve عمدتا عاری از استخوان نوع I بودند (شکل 4B)، اما سرشار از فضاهای پرستوم و مغز استخوان نوع IIIبودند (شکل 4C). qRT-PCRتایید کرد که Axin2 در استخوان نوع III در سطوح بالاتر ی بیان شده است (شکل 4D). مشاهدات مشابهی در طول التیام محل استئوتومی انجام شد: استئوتومی های استخوانی نوع I عاری از سلول های Xgal + ve بودند ، در حالی که استئوتومی های استخوانی نوع IIIبا سلول های Xgal + ve پر شده بودند (شکل 4E، F، ضمیمه شکل 2J-M).

این داده ها نشان دهنده یک همبستگی مثبت بین پاسخ دهی Wnt اندوژن و ویژگی های استئوژنیک استخوان است. برای نشان دادن یک رابطه سببی بین سیگنالینگ Wntو استخوان سازی، ما از سویه ای که دودمان آن مشخص بود یعنی/+ Axin2CreErt2/+; R26mTmG استفاده کردیم( van Amerongen و همکاران، 2012)، که در آن سلول های واکنش دهنده Axin2+ve Wnt و دودمان آنها پروتئین فلورسنت سبز (GFP) را بیان می کردند (شکل 4G). این پیگیری دودمان ما را مجبور کرد تا سرنوشت سلولهای واکنشی Wntرا دنبال کنیم و تعیین کنیم که آیا این سلول ها در نهایت باعث ایجاد استخوان در اطراف ایمپلنت می شوند.

بحث

پیش بینی کننده های آناتومیک موفقیت ایمپلنت

پیش بینی موفقیت ایمپلنت یک چالش ذاتا دشوار است. مهارت جراح، سلامت بیمار، طراحی و ساخت ایمپلنت، آماده سازی سایت استئوتومی و بارگذاری مکانیکی، همگی در موفقیت یا شکست ایمپلنت های دندانی دارای نقش هستند. بعضی از محققان همچنین محل آناتومیک را به عنوان یک متغیر کلیدی در نظر می گیرند (Jaffin and Berman 1991؛ He et al.، 2015)، در حالی که دیگران ادعا می کنند این چنین نیست (Glauser et al.، 2005؛ Cochran et al.، 2009؛ Kim et al.، 2011). متاسفانه، مطالعه ما نمی تواند روشن کند که آیا محل آناتومی بر موفقیت ایمپلنت تأثیر می گذارد یا خیر . زیرا محل آناتومیک با نوع استخوان مترادف نیست. اگرچه درست است که در افراد مسن، آرواره آتروفیک قدامی، عمدتا استخوان نوع Iاست و ماگزیلال خلفی استخوان نوع III است (Adell et al.، 1981؛ Monje et al. 2015). ، همچنین این مموضوع هم مطرح است که استخوان های فک انسان نشان دهنده تغییرات شدید در تراکم، حتی در یک سایت آناتومیک مشابه است (Ulm et al 1999؛ Monje et al. 2015). در نتیجه، گزارشات در مورد موفقیت ایمپلنت کلینیکی به عنوان تابعی از موقعیت آناتومیکی، نمی تواند مستقیما با مطالعه ما ، که osseointegration ایمپلنت با نوع استخوان ارتباط دارد، مقایسه شود. در پاراگراف های زیر، ما این شکاف دانش را مورد توجه قرار می دهیم و بر این مسئله تمرکز می کنیم که چگونه مشاهدات انجام شده در این مطالعه ممکن است به اطلاعات مفید بالینی تبدیل شود.

پیش بینی کننده های بیولوژیک موفقیت ایمپلنت

طرح های طبقه بندی بالینی عمدتا بر اساس ویژگی های ساختاری استخوان است تا ویژگی های بیولوژیکی آنها. بنابراین هدف اول ما شناسایی استخوانهای نوع Iو نوع III در حفره دهانی موش بود و سپس تجزیه و تحلیل چند متغیره استفاده کردیم تا تعیین کنیم که آیا جوندگان، مانند انسان (Buserو همکاران 2004)، دارای استخوانهایی هستند که در پتانسیل بازسازیشان متفاوت باشند. سه خصوصیت بیولوژیکی ظاهر شد که استخوان نوع I و استخوان نوع III موش را از هم افتراق می دهد. اول، سلولهای تکثیر کننده در پروستوم استخوان نوع III به طور قابل توجهی بیشتر از استخوان نوع Iوجود داشت (شکل 1). این در واقع از آزمایش های قبلی پیش بینی شده بود، جایی که پریستوم آلوئولار و استخوان های دراز مقایسه شد (Mouraret et al.، 2014). دوم، نسبت به استخوان نوع I، استخوان نوع IIIفعالیت بازسازی بیشتری را نشان داد (شکل 1). ادبیات در حال رشد بر ارتباط بین بازسازی بافت، پتانسیل بهبودی و حضور تجمعات سلول های بنیادی تاکید می کند (امین و همکاران، 2014)، و با توجه به این ارتباط، ما سومین تفاوت بیولوژیکی را کشف کردیم: استخوان نوع III سلولهای Wntبنیادی پیش ساز استخوان بیشتری دارد و ژنهای تارگت WNTنسبت به استخوان نوع I در آن بیشتر بیان می شود (شکل 3).

یک تئوری متحد برای پیش بینی کننده های مکانیکی موفقیت ایمپلنت

ما این یافته های بیولوژیک را با درک خود از مکانیک و osteointegration ایمپلنت ادغام می کنیم. ما با این دانش آغاز می کنیم که تمام ایمپلنت های دندانی در معرض بارگذاری قرار می گیرند، خواه یک لود جزئی یا ضمنی در یک ایمپلنت غوطه ور باشد یا یک لود عمدی جویدنی بر روی ایمپلنت فوری باشد. در هر دو مورد، بارگذاری موجب ایجاد فشار(کشیدگی ) در بافت اطراف ایمپلنت می شود (Leucht و همکاران، 2007)، و اندازه این کشیدگی بستگی به دو عامل دارد: بار وکتور (ناقل) (به عنوان مثال، اندازه و جهت آن) و خواص بافت های در معرض (بافت های سطحی). آزمایشات انجام شده در اینجا ، مراحل را برای درک اینکه چگونه این بافت های در معرض بسته به نوع استخوانی که ایمپلنت در آن قرار داده شده ، فرق می کنند فراهم می کند.

این مقاله ISI در سال 2017 در نشریه سیج و در مجله تحقیقات دندانپزشکی، توسط آزمایشگاه کلیدی دولتی بیماری های دهان منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله رابطه بین کیفیت استخوان و یکپارچگی استخوانی ایمپلنت در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.