Dokument: Analysis of osteocytic gene and associated protein expression in cells surrounding orthodontic mini-implants migrating in bone – an LCM/ Immunofluorescence/ micro-CT study in the rodent model

Titel:	Analysis of osteocytic gene and associated protein expression in cells surrounding orthodontic mini-implants migrating in bone – an LCM/ Immunofluorescence/ micro-CT study in the rodent model
Weiterer Titel:	Analyse der Expression osteozytärer Gene und zugehöriger Proteine in Zellen, die im Knochen wandernde kieferorthopädische Mini-Implantate umgeben – eine LCM/ Immunfluoreszenz/ Mikro-CT-Studie im Nagetiermodell
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60219
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220719-154404-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rauch, Nicole Jasmin [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.07.2022 / geändert 18.07.2022
Beitragende:	Prof. Dr. med. dent. Drescher, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. med. dent. Becker, Jürgen [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die vorliegende Arbeit möchte das bislang nur klinisch zu beobachtende Phänomen der Implantatmigration durch Analyse der lokalen Gen- und Proteinexpression im umgebenen Knochen hinterleuchten - histologisch und mittels Real-Time-PCR. Implantatmigration beschreibt den Prozess, bei dem enossale Implantate – entgegen ihrer bislang vermuteten Ortsstabilität – unter dem Einwirken einer entsprechenden Kraft eine Positionsänderung im Knochen erfahren. Teile dieser Dissertation wurden 2021 bereits unter dem Titel „Bone remodelling patterns around orthodontic mini-implants migrating in bone: an experimental study in rat vertebrae“ im Journal of European Orthodontics veröffentlicht (Becker et al. 2021). In unserer Pilotstudie (Becker et al. 2019) wurden hierfür in die Schwanzwirbel von n = 61 weiblichen Ratten jeweils zwei spezielle Mini-Implantate inseriert und mit einer NiTi-Feder verbunden, die eine jeweils konstante Kraft ausübte (0 N, 0,5 N, 1,0 N, 1,5 N). Dadurch konnten periimplantäre Knochenareale je nach Richtung in Druck- und Zugzonen unterteilt werden. Für die vorliegende Arbeit standen n = 26 Tiere zur Verfügung, von denen jeweils 13 nach zwei bzw. acht Wochen getötet wurden. n = 15 Proben wurden bei -80 °C konserviert und deren Osteozyten durch Lasermikrodissektion (LCM) extrahiert. Die aus ihnen isolierte mRNA wurde mittels reverser Transkription in DNA umgeschrieben, um die lokale Genaktivität von Runx2, SP7, SOST und CTSK zu analysieren. Weitere n = 11 Proben wurden entkalkt, um die Expression von Osteocalcin und Cathepsin K durch Immunfluoreszenz zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass Druck- und Zugkräfte keinen statistisch signifikanten Einfluss auf die Gen- und Proteinexpression hatten. Lokale Tendenzen konnten dennoch festgestellt werden: Einige anabolische Marker (Runx2 und Osteocalcin) und alle katabolischen Marker (SOST, CTSK und Cathepsin K) waren nach zwei Wochen besonders in den Druckzonen erhöht, während der Appositionsmarker SP7 verstärkt in den Zugzonen exprimiert wurde. Dies lässt nach zwei Wochen auf ein erhöhtes Knochenremodelling in Bewegungsrichtung der Implantate schließen, mit tendenziell dominierender Knochenresorption in den Druckzonen und einer relativ dazu erhöhten Knochenapposition in den Zugzonen. Nach acht Wochen zeigten die Gene und Proteine einen Expressionsabfall und das Erreichen eines Gleichgewichtszustandes. Beides lässt auf eine mit der Zeit stagnierende Implantatmigration schließen. Trotz ein paar weniger Einschränkungen konnte diese Studie aufzeigen, dass die Migration kieferorthopädischer Mini-Implantate durch belastungsinduziertes Knochenremodelling im periimplantären Gewebe ausgelöst zu werden scheint. The aim of the present study is to enlighten the phenomenon of implant migration, which has so far only been observed clinically, by analyzing the local gene and protein expression in the implants’ surrounding bone tissue - histologically and by real-time PCR. Implant migration describes the process by which endosseous implants - contrary to their previously assumed local stability - undergo a change in position in the surrounding bone under the influence of a corresponding force. Parts of this dissertation have already been published under the title ‘Bone remodeling patterns around orthodontic mini-implants migrating in bone: an experimental study in rat vertebrae’ in the Journal of European Orthodontics 2021 (Becker et al. 2021). For this purpose, in a prior pilot study (Becker et al. 2019), two customized mini-implants were inserted into the caudal vertebrae of n = 61 female Wistar rats and connected to each other with a NiTi spring, each exerting a constant force (0 N, 0.5 N, 1.0 N, 1.5 N). This allowed the peri-implant bone areas to be subdivided into compression and tension zones depending on the direction. For the present work, n = 26 animals were available, 13 of which were killed either after two or eight weeks, respectively. Samples from n = 15 animals were preserved at -80 °C and the osteocytes they contained were subsequently extracted by laser-capture-microdissection (LCM). The mRNA isolated from the osteocytes was transcribed into DNA by reverse transcription to analyze the local activity of genes such as Runx2, SP7, SOST and CTSK. Another n = 11 samples were decalcified to analyze the expression of osteocalcin and cathepsin K using immunofluorescence. The analyses showed that compressive and tensile forces did not have statistically significant effects on gene and protein expression. Local trends regarding an increased expression of bone anabolic and resorptive markers could be detected, though: some anabolic markers (Runx2 and osteocalcin) and all catabolic markers (SOST, CTSK and cathepsin K) were increased after two weeks, mainly in the compression zones, whereas the apposition marker SP7 was strongly expressed in the traction zones. These observations indicate a general increased bone remodeling in the direction of implant movement after two weeks, with a tendency of a more dominant bone resorption in the pressure zones and relatively increased bone apposition in the traction zones. After eight weeks, genes and proteins showed a decrease in their expression and the achievement of an equilibrium. Both suggest that implant migration stagnates over time. Despite some limitations, this study demonstrated that migration of orthodontic mini-implants appears to be triggered by load-induced bone remodeling in the peri-implant tissue.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	19.07.2022
Dateien geändert am:	19.07.2022
Promotionsantrag am:	06.04.2022
Datum der Promotion:	14.07.2022