Evaluation of apoptosis and osteopontin expression in osteocytes exposed to orthodontic forces of different magnitudes

The in vivo response of osteocytes to different force magnitudes soon after they are applied remains to be elucidated. The aim of this study was to examine the early effects of applying a very light (LF: 0,16 N) and a very strong (SF: 2,26 N) orthodontic force during one hour on apoptosis and osteopontin (OPN) expression on alveolar bone osteocytes, in rats. Results: LF: compared to the control group, they showed a significant increase in OPN expression, and a significant decrease in the number of TUNELpositive osteocytes. SF: compared to the control group, they showed a significant increase in OPN expression and a significant decrease in the number of TUNELpositive osteocytes. Our results show that osteocytes respond very early to the application of tension and pressure forces of different magnitudes, and application of forces decreases the number of apoptotic osteocytes and increases OPN expression. These results allow concluding that osteocytes activate rapidly when subjected to locally applied forces, whether these forces be pressure or tension, light or strong forces. Grants: UBACyT 200201301002270 BA and School of Dentistry, University of Buenos Aires (AU)

Hasta el momento no se ha dilucidado la respuesta temprana in vivo de los osteocitos a la aplicación de fuerzas de diferentes magnitudes sobre el hueso. El objetivo de este estudio fue examinar la respuesta temprana de la aplicación de una fuerza ortodóncica muy liviana (FL: 0,16 N) y muy fuerte (FF: 2,26 N) durante una hora sobre la expresión de apoptosis y osteopontina (OPN) en los osteocitos del hueso alveolar, en ratas. Resultados: FL: en comparación con el grupo control, mostraron un aumento significativo en la expresión de OPN y una disminución significativa en el número de osteocitos TUNELpositivos. FF: en comparación con el grupo control, mostraron un aumento significativo en la expresión de OPN y una disminución signi ficativa en el número de osteocitos TUNELpositivos. Nuestros resultados muestran que los osteocitos responden muy temprano a la aplicación de fuerzas de tensión y presión de diferentes magnitudes, y la aplicación de fuerzas disminuye el número de osteocitos apoptóticos y aumenta la expresión de OPN. Estos resultados permiten concluir que los osteocitos se activan rápidamente cuando se los somete a fuerzas aplicadas localmente, ya sean estas fuerzas de presión o tensión, livianas o fuertes (AU)

An experimental model of disuse in the alveolar rat bone: A histomorphometrical study

Lack of mechanical stimulation is known to cause disuse osteopenia in bones. However, experimental models for disuse osteopenia on bones other than jawbones are not applicable to jawbones. The little available information in this field has been applied to the study of overeruption of teeth lacking antagonists. However, the absence of an antagonist in the opposite jaw means that there is no stimulation by occlusion. Our hypothesis is that the lack of stimulation due to the absence of teeth causes disuse osteopenia in the interradicular bone of the antagonist teeth. Our aim was to develop a model of disuse osteopenia due to the absence of occlusal forces. We used male Wistar rats with 215-230 g body weight, divided into 2 groups: one absolute control group (C) and one experimental group in which the three right lower molars were extracted (E). The left side of the jaw in the experimental group was used as a paired control (PC). The animals were euthanized 7 days after extraction. The jaws were placed in occlusion, fastened and fixed in 10% formalin. The heads were cut in half and radiographs made of both jaws. The upper jaws were processed histologically. After decalcification, bucco-palatine oriented sections were cut at the level of the mesial root and distal roots of the first upper molars. On the radiographs, the distance from the tip of the cusp on the first upper molar to the antagonist edentulous ridge (DA) was measured. On the microphotographs, the following parameters were measured: passive eruption degree (PED), height of periodontal ligament at the level of the furcation (HPL) and interradicular bone volume (BVI). The data were compared statistically using ANOVA and Bonferroni's post-hoc test, considering p<0.05 as statistically significant. DA in experimental animals was 0.34}0.048 mm. PED in experimental animals was significantly greater than in the control groups, both for the buccal plate and for the palatal plate. HPL showed no significant difference between groups. BVI was significantly lower in the experimental group than in the control group. The results showed that the model used produces a condition of disuse osteopenia, shown by the statistically significant reduction in interradicular bone volume. The use of this model at different experimental times will enable the evaluation of cell responses in periodontal tissues, particularly bone tissue, e.g. to compare them to known responses such as the application of orthodontic forces.

Se sabe que la falta de estimulo mecanico produce un cuadro de osteopenia por desuso en huesos de la economia. Los modelos experimentales de osteopenia por desuso utilizados en otros huesos no son aplicables a los huesos maxilares. La escasa informacion que existe en este campo se aplico al estudio de la sobreerupcion de dientes sin antagonista. Sin embargo, la ausencia de antagonista en el maxilar opuesto hace que falte el estimulo de la oclusion. Por tal razon, nuestra hipotesis es que la falta de estimulo por ausencia de piezas dentarias provoca un cuadro de osteopenia por desuso en el hueso interradicular de los dientes antagonistas. Nuestro objetivo fue poner a punto un modelo de osteopenia por desuso debido a la ausencia de fuerzas oclusales. Se emplearon ratas Wistar machos de entre 215-230 g de peso corporal divididas en 2 grupos, un grupo control absoluto (C) y un grupo experimental al que se le extrajeron los tres molares inferiores derechos (E). El lado izquierdo del maxilar del grupo experimental, fue utilizado como control apareado (CA). A los 7 dias de efectuadas las extracciones se realizo la eutanasia de los animales. Los maxilares se colocaron en oclusion, se precintaron y asi ubicados se fijaron en formol 10%. Se dividieron las hemicabezas y tomaron radiografias de ambos maxilares siendo procesados histologicamente los maxilares superiores. Luego de la descalcificacion se obtuvieron cortes orientados en sentido buco-palatino a nivel de la raiz mesial y de las raices distales de los 1o molares superiores. Sobre las radiografias se midio la distancia desde el vertice cuspideo del 1o molar superior al reborde antagonista desdentado (DA), y sobre microfotografias se midieron los siguientes parametros: grado de erupcion pasiva (GE), altura del ligamento periodontal a nivel de la furcacion (ALP) y volumen oseo interradicular (VOI). Los datos se compararon estadisticamente mediante el test ANOVA y prueba post hoc de Bonferroni, considerando una p<0,05 como estadisticamente significativa. La DA en los animales experimentales fue de 0,34}0,048 mm. La GE en los animales experimentales fue significativamente mayor que en los grupos control, tanto a nivel de la tabla vestibular como de la tabla palatina. La ALP no mostro diferencias significativas entre los grupos. El VOi fue significativamente menor en el grupo experimental con respecto a los controles. Los resultados mostraron que el modelo empleado logra una condicion de osteopenia por desuso manifestada por la disminucion del volumen oseo interradicular. La utilizacion de este modelo de desuso a diferentes tiempos experimentales permitira evaluar las respuestas celulares de los tejidos periodontales, especial - mente del tejido oseo, permitiendo por ejemplo, compararlas con respuestas conocidas como la aplicacion de fuerzas ortodoncicas.

Ultrastructure of the surface of dental enamel with molar incisor hypomineralization (MIH) with and without acid etching / Ultraestructura de la superficie del esmalte dental con hipomineralización molar incisiva (mih) con y sin grabado ácido

El objetivo del presente trabajo fue analizar la ultraestructura y composición mineral de la superficie del esmalte de un molar con MIH, con y sin tratamiento de grabado ácido. Se analizaron una pieza dentaria permanente sin lesiones clínicas de MIH (controles) y una pieza con diagnóstico clínico de MIH leve y moderada, con indicación de extracción con y sin grabado acido (H3PO4 37 por ciento, 20”). Fueron procesadas para su observación con microscopio electrónico de barrido (SEM) ZEISS (Supra 40) y análisis de la composición mineral con detector EDS (Oxford Instruments). El esmalte del control mostró superficie prismática y patrón de grabado normales. El esmalte clínicamente sano en la pieza con MIH reveló una pérdida parcial del patrón prismático. La lesión leve se presentó porosa con ocasional esgrietas. La moderada presentó mayor porosidad, con grietas de mayor tamaño y presencia de gran cantidad de escamas. La composición mineral de las superficies afectadas mostró menor contenido de Ca y P y aumento de O y C. En la muestra con MIH, inclusive con aspecto normal, las desmineralizaciones no responden a un patrón de grabado, mostrando exposición de cristales con redondeamiento en los extremos de las varillas y menor desmineralización en los espacios interprismáticos. El grabado ácido incrementó la aparición de grietas y profundos poros en la estructura adamantina del esmalte con lesión. La composición mineral mostró en las lesiones moderadas una mayor disminución del contenido de Ca, P y Cl.El esmalte con MIH, inclusive en la superficie adamantina clínicamente intacta, presenta severas alteraciones ultraestructurales y cambios en la composición iónica afectando el patrónde grabado ácido, que podría interferir con los mecanismos de adhesión.

The aim of the present work was to analyze the ultrastructure and mineral composition of the surface of the enamel on amolar with MIH, with and without acid etching. A permanent tooth without clinical MIH lesions (control) and a tooth with clinical diagnosis of mild and moderate MIH, with indication for extraction, were processed with and without acid etching(H3PO437%, 20”) for observation with scanning electron microscope (SEM) ZEISS (Supra 40) and mineral composition analysis with an EDS detector (Oxford Instruments). The control enamel showed normal prismatic surface and etching pattern. The clinically health y enamel on the tooth with MIH revealed partial loss of prismatic pattern. The mild lesion wasporous with occasional cracks. The moderate lesion was moreporous, with larger cracks and many scales. The mineral composition of the affected surfaces had lower Ca and Pcontent and higher O and C. On the tooth with MIH, even on normal looking enamel, the demineralization does not correspond to an etching pattern, and exhibits exposure of crystals with rods with rounded ends and less demineralization in the inter-prismatic spaces. Acid etching increased the presence of cracks and deep pores in the adamantine structure of the enamel with lesion. In moderate lesions, the mineral composition had higher content of Ca, P and Cl. Enamel with MIH, even on clinically intact adamantine surfaces, shows severe alterations in the ultrastructure and changes in ionic composition, which affect the acid etching pattern and may interfere with adhesion.

The lacuno-canalicular system (LCS) and osteocyte network of alveolar bone by confocal laser scanning microscopy (CLSM) / Características del sistema lacuno-canalicular (lcs) y la red osteocitaria del hueso alveolar observadas por microscopía láser de barrido confocal (clsm)

El sistema lacuno-canalicularosteocitario (OLCS) comprende una amplia red de intercomunicación entre las lagunas y loscanalículos que contienen a los osteocitos y sus procesos citoplasmáticos dentro de la matriz ósea mineralizada, de lo que depende su vitalidad y funcionamiento. Hasta el momento no se han estudiado las características tridimensionales delOLCS en el hueso alveolar por lo que el objetivo del presente trabajo fue de eterminarla por microscopía de barrido co nfocal. Muestras de hueso alveolar de ratas Wistar machos, luego fijadas en formol buffer fueron teñidas con fucsina básicapar a visualizar el sistema lacuno-canalicular y a muestrasdescalcificadas del mismo hueso mediante una falotoxinafluorescente se les marcó la actina para visualizar la redosteocitaria. Las muestras se observaron a nivel de la raízmesial del primer molar superior en sentido buco-palatinocon un microscopio láser de barrido confocal. Los resultadosmostraron que en la zona aledaña a la cortical periodontal dela tabla ósea vestibular las lagunas osteocitarias presentanforma ovalada y tamaño relativamente uniforme, alinéandoseparalelas entre sí y con su eje mayor paralelo a la superficieósea periodontal en tanto que los osteocitos, de forma ovalada,presentan su eje mayor orientado perpendicularmente a dicha superficie y con los procesos citoplasmáticos irradiándose en todos los sentidos del espacio. En la zona aledaña ala cortical periodontal de la tabla ósea palatina las lagunas osteocitarias se presentan de forma redondeada y tienen distintos tamaños, sin seguir un patrón de orientación específico, y los cuerpos osteocitarios presentan su eje mayor paralelo a una dirección más recta que en la tabla vestibular.

Influence of short-term diabetes on osteocytic lacunae of alveolar bone: a histomorphometric study

El objetivo de este trabajo fue estudiar por primera vez las características histomorfométricas de los osteocitos y sus lagunas en el hueso alveolar de ratas con diabetes experimental aguda, tratadas o no con insulina. Dieciocho ratas Wstar machos, con pesos entre 200 y 260 gr fueron asignadas a uno de los siguientes grupos: I) grupo control (C), II) insulina (DBT + INS). La diabetes experimental se indujo mediante una única inyección intraperitoneal de 60 mg/kg de peso corporal de estreptozotocina. El tratamiento insulínico empezó 24 hs después de la inyección de la estreptozotocina en los animales del grupo DBT + INS en una dosis de 4-6 Ul de insulina NPH Humulin, administrada diariamente por vía subcutánea cada mañana entre las 7.00 y 10.00 hs. Los animales fueron sacrificados al 8vo día. Se tomaron los maxilares superiores, los cuales fueron fijados en formol buffer, descalcificados en EDTA, incluidos en parafina y coloreados con HE para su estudio histológico e histomorfométrico. Se evaluaron la actividad ósea, las densidades lacunares, osteocitarias y de lagunas vacías, el volumen lacunar y la forma lacunar. Las diferentes entre variables fueron analizadas mediante el test de ANOVA de una vía. La actividad ósea sobre la superficie mostró que en el grupo DBT la reabsorción ósea aumentó significativamente con respecto al grupo C (p<0.05). La densidad lacunar total disminuyó significativamente en los grupos DBT y DBT + INS con respecto al grupo C (p<0.05) acompañado de una disminución estadísticamente significativa en la densidad osteocitaria y un aumento, aunque no significativo, de la densidad de lagunas vacías de los grupos DBT t DBT + INS con respecto al grupo C. El volumen lacunar no mostró diferencias estadísticamente significativas y en el grupo DBT las lagunas osteocitarias pierden su forma redondeada hacia formas intermedias. Este estudio demuestra que el osteocito responde en forma temprana a la hiperglicemia antes de que mecanismos sistémicos co...