顱骨縫牽張成骨的組織改建與細胞反應(yīng).pdf

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

2、作為膜內(nèi)成骨的生長區(qū)，只有受到外界信號的刺激才發(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大就是利用張應(yīng)力能刺激骨縫成骨與骨改建趨勢來協(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)展和對骨縫生物學(xué)特性的認識，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、在最短的時間內(nèi)達到最理想的骨生長發(fā)育。了解骨縫組織受到機械張應(yīng)力作用后的生物學(xué)反應(yīng)規(guī)律與改建機制，對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骨縫的生長改建，達到縮短療程與防止復(fù)發(fā)有著十分重要的意義。關(guān)于骨縫組織與細胞在受到機械應(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)域的一個前沿課題。 本實驗通過自行研制的山羊顱骨縫牽張器，建立起骨縫受張應(yīng)力作用的實驗動物模型，為研究骨

4、縫對張應(yīng)力的生物學(xué)反應(yīng)機制提供實驗平臺。并通過此模型采用掃描電鏡和免疫組化研究手段，觀察骨縫組織對牽張力作用的生物學(xué)反應(yīng)機制。此外，應(yīng)用四點彎曲細胞加力裝置，通過SYBRGreen實時定量RT-PCR，對大鼠顱縫成骨樣細胞在單一周期的機械張力刺激后Cbfa1和Ets1的基因表達規(guī)律進行了研究。 實驗結(jié)果顯示： 1、本課題組自行設(shè)計和研制的骨縫牽張器，不僅結(jié)構(gòu)簡單、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、骨縫牽張動物模型具有可行性、可靠性及可重復(fù)性。 2、實驗組山羊的冠狀縫在牽張結(jié)束后固定0周時明顯變寬，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周組動物骨縫的成骨活動非常活躍、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早期，骨縫纖維被牽拉變細，個別區(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)樣細胞與成骨細胞中可見BMP和TGF-β的強陽性表達。在縫牽張結(jié)束后固定第4周，BMP和TGF-β的表達減弱，陽性信號仍分布于骨縫邊緣新生骨

7、小梁周圍的成骨細胞中。 3、鼠顱縫成骨樣細胞在單一周期的機械張力刺激后，Cbfa1和Ets1均表現(xiàn)為表達上調(diào)；但二者存在不同的表達規(guī)律。Ets1先于Cbfa1表達，在加力后表達立即升高，并在0.5小時達到最高水平；而Cbfa1則首先經(jīng)歷一個短暫的潛伏期，后表達逐漸升高，在6小時達到最高水平。Ets1和Cbfa1對張應(yīng)力作用下成骨細胞中骨基質(zhì)蛋白基因的表達可能起著不同的調(diào)控作用，這種調(diào)控作用具有時序性。 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間的延長，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，骨生長因子BMP和TGF-β受機械張力刺激后，其分泌水平顯著增加，提示這兩種生長因子可能在調(diào)控骨縫受張力作用后的成骨效應(yīng)中扮演重要角色。 2、在單一周期的機械張力刺激后，Ets1和Cbfa1在大鼠顱縫成骨樣細胞中的表達具有不同的時間規(guī)律和表達水平，說明在張應(yīng)力作用下，