建立三维组织模型进行加速正畸牙移动的体外研究

正畸牙移动（orthodontic tooth movement，OTM）速度太慢一直是制约正畸临床的桎梏，"加速OTM"是具有广泛社会意义和巨大经济价值的重要课题。迄今为止，大量研究未能探索出加速OTM的理想方法，其中一个重要原因就在于欠缺理想的生物力学研究模型。由于OTM的核心生物学过程即"压应力-牙周膜-破骨诱导"，本项目拟：1)利用生物支架材料进行细胞三维培养，体外构建人工牙周膜及人工牙槽骨，模拟持续压应力下二者交互作用诱导破骨细胞生成的反应，建立"压应力-牙周膜-破骨诱导"三维组织模型；2）以该模型为基础确定"压应力-牙周膜-破骨诱导"的差异表达基因谱，寻找理想靶点并通过分子调控增强其破骨诱导效应，完成加速OTM的体外研究。三维组织模型是方兴未艾的新方向，将其与力学刺激结合更是极有意义的探索。本项目成功建模后，不仅有望实现加速OTM研究的突破，对其它同类研究亦有很大参考价值。

根据本项目计划，我们将人牙周膜细胞（PDLC）接种于多孔聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）膜状支架中进行三维培养，建立了牙周膜组织模型。分别施加5~35 g/cm2大小的持续压应力6小时，以及25g/cm2大小的持续压应力6、24、72小时；利用基因芯片技术检测了各时间点的基因表达谱，进行了信号通路和基因本体分析；利用RT-PCR验证了部分重要基因的表达；通过体内实验进一步证实了多个破骨生成诱导基因的表达。结果: 1） PDLC在PLGA支架中呈三维各向生长，分泌大量胞外基质。2）25g/cm2的压应力能显著上调RANKL的表达，为该体外模型模拟牙周膜促破骨效应的最适力值。3）在最适压应力下，PDLC内多种破骨诱导因子表达显著上调，包括PTHrP,IL-11，IL-8，FGF-2等,与体内反应一致。4）根据基因芯片分析，该生物学反应中最重要的信号通路是“细胞因子－细胞因子受体相互作用”；最重要的基因本体是“细胞间信号转导”、“胞外间隙”和 “基于微管的运动”。结论：本项目成功建立了能在体外模拟“压应力-牙周膜-破骨诱导”这一正畸牙移动核心生物学过程的三维牙周膜组织模型，全面揭示了正畸牙移动中持续压应力作用下牙周膜细胞基因表达变化的全貌，为进一步研究正畸牙移动的生物学机制提供了参考，也为加速正畸牙移动的研究提供了多个潜在调控靶点。