顱骨縫牽張成骨的組織改建與細(xì)胞反應(yīng).pdf

1、骨縫(suture)是顱面骨骼的一個(gè)活躍生長(zhǎng)區(qū)，在張應(yīng)力作用下骨縫能將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換成化學(xué)信號(hào)誘導(dǎo)成骨。顱骨骨縫成骨包括一系列細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程，即骨縫間充質(zhì)細(xì)胞受到一定刺激后早期分化成成骨前體細(xì)胞、逐漸成熟變成成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生各種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，形成無骨鹽沉積而稱類骨質(zhì)，類骨質(zhì)逐漸將成骨細(xì)胞包埋，埋入類骨質(zhì)的成骨細(xì)胞則成為骨細(xì)胞，類骨質(zhì)形成后不久即有羥基磷灰石沉積骨組織。機(jī)械張力是保持骨形態(tài)和功能，控制骨改建活動(dòng)的一個(gè)重要因素。骨縫

2、作為膜內(nèi)成骨的生長(zhǎng)區(qū)，只有受到外界信號(hào)的刺激才發(fā)生成骨效應(yīng)。顱面骨縫的正常成骨是顱頜面正常發(fā)育的基礎(chǔ)，骨縫過早融合和融合推遲都將導(dǎo)致顱面部發(fā)育異常，如CCD綜合征、Apert綜合征、Crouzon和Pfeiffer綜合征等。 在正畸臨床中，上頜骨的前牽引和腭中縫的擴(kuò)大就是利用張應(yīng)力能刺激骨縫成骨與骨改建趨勢(shì)來協(xié)調(diào)上下頜骨的三維空間關(guān)系。隨著牽張技術(shù)的發(fā)展和對(duì)骨縫生物學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，眾多學(xué)者努力尋找刺激骨縫成骨的最佳方式，即如何以最

3、佳的施力方式、最小的力值、在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最理想的骨生長(zhǎng)發(fā)育。了解骨縫組織受到機(jī)械張應(yīng)力作用后的生物學(xué)反應(yīng)規(guī)律與改建機(jī)制，對(duì)口腔正畸臨床確定最佳矯治模式以及尋找合理的矯治方法促進(jìn)骨縫的生長(zhǎng)改建，達(dá)到縮短療程與防止復(fù)發(fā)有著十分重要的意義。關(guān)于骨縫組織與細(xì)胞在受到機(jī)械應(yīng)力作用后新骨形成和改建規(guī)律迄今還不清楚，這是口腔正畸學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題。 本實(shí)驗(yàn)通過自行研制的山羊顱骨縫牽張器，建立起骨縫受張應(yīng)力作用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，為研究骨

4、縫對(duì)張應(yīng)力的生物學(xué)反應(yīng)機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。并通過此模型采用掃描電鏡和免疫組化研究手段，觀察骨縫組織對(duì)牽張力作用的生物學(xué)反應(yīng)機(jī)制。此外，應(yīng)用四點(diǎn)彎曲細(xì)胞加力裝置，通過SYBRGreen實(shí)時(shí)定量RT-PCR，對(duì)大鼠顱縫成骨樣細(xì)胞在單一周期的機(jī)械張力刺激后Cbfa1和Ets1的基因表達(dá)規(guī)律進(jìn)行了研究。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示： 1、本課題組自行設(shè)計(jì)和研制的骨縫牽張器，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作，而且性能穩(wěn)定、精確性高。通過這種手段建立的山羊顱

5、骨縫牽張動(dòng)物模型具有可行性、可靠性及可重復(fù)性。 2、實(shí)驗(yàn)組山羊的冠狀縫在牽張結(jié)束后固定0周時(shí)明顯變寬，骨縫邊緣呈鋸齒狀，骨縫組織出現(xiàn)創(chuàng)傷性炎癥反應(yīng)，如纖維的撕裂、出血等，膠原纖維的排列方向基本與牽張力方向一致。在牽張結(jié)束后固定2周組動(dòng)物骨縫的成骨活動(dòng)非?；钴S、在骨縫邊緣的新生骨小梁周邊及纖維組織中可見大量成骨細(xì)胞，新生的骨小梁沿著張應(yīng)力方向排列。牽張結(jié)束后固定第4周，骨縫區(qū)密度增高，結(jié)構(gòu)變得模糊，新骨改建活躍。牽張結(jié)束后固定第8

6、周，骨縫組織結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改建變窄，基本恢復(fù)其正常形狀。掃描電鏡觀察結(jié)果顯示在顱骨縫牽張?jiān)缙冢强p纖維被牽拉變細(xì)，個(gè)別區(qū)域可見纖維斷裂，纖維束排列方向與牽張力方向一致。牽拉后4周，骨縫纖維組織開始恢復(fù)原有形狀，骨縫邊緣有新生骨組織形成。免疫組化染色結(jié)果顯示在縫牽張結(jié)束固定第0周和第2周，骨縫組織內(nèi)間充質(zhì)樣細(xì)胞與成骨細(xì)胞中可見BMP和TGF-β的強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)。在縫牽張結(jié)束后固定第4周，BMP和TGF-β的表達(dá)減弱，陽(yáng)性信號(hào)仍分布于骨縫邊緣新生骨

7、小梁周圍的成骨細(xì)胞中。 3、鼠顱縫成骨樣細(xì)胞在單一周期的機(jī)械張力刺激后，Cbfa1和Ets1均表現(xiàn)為表達(dá)上調(diào)；但二者存在不同的表達(dá)規(guī)律。Ets1先于Cbfa1表達(dá)，在加力后表達(dá)立即升高，并在0.5小時(shí)達(dá)到最高水平；而Cbfa1則首先經(jīng)歷一個(gè)短暫的潛伏期，后表達(dá)逐漸升高，在6小時(shí)達(dá)到最高水平。Ets1和Cbfa1對(duì)張應(yīng)力作用下成骨細(xì)胞中骨基質(zhì)蛋白基因的表達(dá)可能起著不同的調(diào)控作用，這種調(diào)控作用具有時(shí)序性。 結(jié)論： 1

8、、顱骨縫受牽張力作用后，其結(jié)構(gòu)與形狀將發(fā)生相應(yīng)的變化。這種改變隨著固定時(shí)間的延長(zhǎng)，表現(xiàn)為牽拉增寬的骨縫組織結(jié)構(gòu)，由于其邊緣的新骨再生而恢復(fù)原狀。在縫牽張成骨過程中，骨生長(zhǎng)因子BMP和TGF-β受機(jī)械張力刺激后，其分泌水平顯著增加，提示這兩種生長(zhǎng)因子可能在調(diào)控骨縫受張力作用后的成骨效應(yīng)中扮演重要角色。 2、在單一周期的機(jī)械張力刺激后，Ets1和Cbfa1在大鼠顱縫成骨樣細(xì)胞中的表達(dá)具有不同的時(shí)間規(guī)律和表達(dá)水平，說明在張應(yīng)力作用下，