下颌牵张成骨区牙移动的分子调控与生物力学机制研究

牵张成骨区组织改建与牙移动有密切关系，迄今对骨牵张过程中牙移动的分子调控机制以及如何选择最佳力值和最佳时机进行牙移动仍不清楚。本研究通过建立犬下颌骨牵张动物模型，根据不同阶段下颌骨牵张成骨区与牙周围组织相关基因蛋白的表达差异，结合超顺磁性氧化铁纳米粒子对成骨区间充质干细胞的标记和MicroCT结果，动态检测骨牵张不同阶段成骨与牙周围组织改建间的功能与结构变化关系，探讨成骨区及牙周围组织改建的基因蛋白调控规律。并针对牵张成骨过程中牙移动的生物力学现象，采用SimPlant软件建模和三维有限元仿真法分析，建立主应力为力学激励的骨重建理论方程并与验证实验比较，分析不同方式引导骨重建和牙移动的关系，确定牙移动最佳时机和最佳力值范围，为实现骨牵张重建与牙有序移动提供新的理论依据和应用基础，具有重要意义。

牵张成骨区组织改建与牙移动有密切关系，迄今对骨牵张过程中牙移动的分子调控机制以及如何选择最佳力值和最佳时机进行牙移动仍不清楚。本研究通过建立犬下颌骨牵张动物模型，于牵张完成后0、1、2、4、6、8周分别处死实验组犬和对照组犬。在术后10个月时间点，用Micro-CT对犬的牵张区进行扫描，显示实验组与对照组骨标本的骨小梁六项参数值（ ±SD）差异均有统计学意义，Western Blot、免疫组织化学以及mRNA表达与成骨细胞分化相关的实时RT-PCR检测TGFβ1、cbfa1、BMP-2、OPG、ODF/RANKL以及BSP、OCN、CSF-1在牵张区骨改建与牙周围组织改建中合成和分泌的差异。实验显示，牵张组中牵张区与牙周围组织所检基因表达（RUNX2，ALPL，SPP1）基因表达量在诱导后第2天显著上升（p <0.05），第7天的表达量比第5天明显下降（p <0.05）。结合MicroCT结果表明，在第5天前结合了机械和化学刺激的诱导条件可以更为有效的促进牵张区和牙周围组织的成骨分化和牙移动能力。并针对牵张成骨过程中牙移动的生物力学现象，采用SimPlant软件建模和有限元分析对所建下颌骨模型的牙移动、新生骨及髁状突软骨表面进行了应力分析计算，初步结果显示牵张区前内斜面的Von Mises应力值最大，牵张区后中斜面Von Mises应力值最小；表明在下颌骨牵张延长的过程中牙移动近端、新生骨及髁突前斜面为主要承载区；从内外向观察，牙移动内侧、新生骨及髁突前内斜面平均应力值最大，表明在下颌骨牵张延长的过程中牙移动及髁突内侧区域相对外侧区域为主要应力分布集中区；术侧表面的应力值远高于对侧。但这种应力增大的状态究竟是引发新生骨或软骨的进行性改建还是退行性改建尚需组织学对照研究，以明确牵张成骨中牙移动与髁突软骨表面的应力变化值与骨的改建状态之间的相互关系。研究表明本研究所采用的三维有限元研究方法先进合理，建立的有限元模型与真实状态有较高的相似形，计算结果真实可信。本研究还创新性建立了中国人颅颌面骨重建数字化设计系统，初步构架了以三维有限元方法处理中国人颅颌面骨DICOM数据的软件处理方法。研究表明该方法是一种快速有效的颌骨个性化修复体数字化生物力学分析方法，极大地提高了颌骨数字化设计精确性，为实现骨牵张重建与牙有序移动提供新的理论依据和应用基础，具有重要意义。