歯根膜牽引時の歯根膜の骨形成に及ぼすストレッチ頻度の影響

Effect of stretch frequency on osteogenesis of periodontium during periodontal ligament distraction.

抄録

研究目的:

歯根膜ディストラクション（PDLD）は、歯列矯正（OTM）を促進させることができる。しかし、PDLD 時のストレッチ頻度が骨形成に及ぼす影響については不明である。ここでは、PDLD の頻度が歯根膜の骨形成リモデリングに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。

OBJECTIVES: Periodontal ligament distraction (PDLD) can accelerate orthodontic tooth movement (OTM). However, the effect of stretch frequency on osseous formation during PDLD remains unclear. Here, we sought to identify the effect of PDLD frequency on the osteogenic remodelling of the periodontium.

材料および方法:

(i) In vitroでは、5個のヒト歯根膜幹細胞（PDLSC）培養液を、静止状態、または周波数0.3, 0.5, 0.7, 1.0Hz で12％の変形を伴う周期的伸縮力に12時間暴露する方法にランダムに分け、PDLSCの骨形成分化をWestern blottingで評価した。(ii) In vivoでは、18頭のビーグル犬に両側上顎第一小臼歯の遠位矯正を施した。試験群ではPDLDを2回または6回/日の頻度で行い、対照群では従来のOTMを模倣したNi-Tiコイルバネを適用した。5日、10日、15日の荷重負荷後、OTMの発生量と組織染色を評価した。

MATERIALS AND METHODS: (i) In vitro, five human periodontal ligament stem cell (PDLSC) cultures were randomized to either static conditions or exposure to a cyclic stretch force involving 12% deformation at frequencies of 0.3, 0.5, 0.7 or 1.0 Hz for 12 h, and the osteogenic differentiation of PDLSCs was assessed using Western blotting. (ii) In vivo, 18 beagle dogs underwent orthodontic distalization of bilateral maxillary first premolars. In the test groups, PDLD was performed at a frequency of two or six times/day, while Ni-Ti coil springs were applied to mimic traditional OTM in the control group. The amount of OTM and histological staining was estimated after force loading for 5, 10 and 15 days.

結果:

(i) In vitroでは、骨形成に特異的なマーカー（ラント関連転写因子2 [Runx2], I型コラーゲン [COL-I], オステオカルシン [OCN]）の発現が、引張力の周波数とともに増加し、0.7Hzでピークに達した。(ii) In vivoでは、両PDLD群はコントロール群に比べ、OTMの割合が大きく、骨代謝が高いことが示された。また、6回/日PDLD群では2回/日PDLD群に比べ、COL-IとOCNの発現が有意に強化された。

RESULTS: (i) In vitro, the expression of osteogenic-specific markers (runt-related transcription factor 2 [Runx2], type I collagen [COL-I] and osteocalcin [OCN]) increased with the frequency of tensile force, to a peak at 0.7 Hz. (ii) In vivo, both PDLD groups displayed a greater rate of OTM and a higher bone metabolism than the control group. The expression of COL-I and OCN was significantly reinforced in the six times/day-PDLD group in comparison to the two times/day-PDLD group.

結論:

周期的伸縮力は周波数依存的に歯根膜の骨形成を促進する。

CONCLUSIONS: The cyclic stretch force enhances osteogenesis of the periodontium in a frequency-dependent manner.