歯槽骨生物学の種間比較、第1部：原始骨の形態と生理学

Interspecies Comparison of Alveolar Bone Biology, Part I: Morphology and Physiology of Pristine Bone.

• I Pilawski
• U S Tulu
• P Ticha
• P Schüpbach
• H Traxler
• Q Xu
• J Pan
• B R Coyac
• X Yuan
• Y Tian
• Y Liu
• J Chen
• Y Erdogan
• M Arioka
• M Armaro
• M Wu
• J B Brunski
• J A Helms

抄録

はじめに:

歯槽骨の種間比較はほとんど記録されておらず、この知識のギャップから、どの動物モデルが人間の歯の状態や外科的介入に対する反応を最も正確に表現できるのかという疑問が生じています。

INTRODUCTION: Few interspecies comparisons of alveolar bone have been documented, and this knowledge gap raises questions about which animal models most accurately represent human dental conditions or responses to surgical interventions.

目的:

本研究の目的は、ヒト、ミニブタ、ラット、マウスの歯槽骨の構造的・機能的特性を直接評価・比較するために、最先端の定量的測定法を用いることであった。

OBJECTIVES: The objective of this study was to employ state-of-the-art quantitative metrics to directly assess and compare the structural and functional characteristics of alveolar bone among humans, mini pigs, rats, and mice.

方法:

全ての種において、同じ解剖学的位置（すなわち、上顎後面）をマイクロコンピュータ断層撮影により解析し、その後、組織学と免疫組織化学を組み合わせた定量的な解析を行った。骨リモデリングは、骨芽細胞と破骨細胞の活性を識別するために、アルカリホスファターゼ活性とタール酸耐性酸ホスファターゼ染色で評価した。インビボでのフルオロクローム標識は、ミネラル付着率を評価する手段として使用された。

METHODS: The same anatomic location (i.e., the posterior maxillae) was analyzed in all species via micro-computed tomographic imaging, followed by quantitative analyses, coupled with histology and immunohistochemistry. Bone remodeling was evaluated with alkaline phosphatase activity and tartrate-resistant acid phosphatase staining to identify osteoblast and osteoclast activities. In vivo fluorochrome labeling was used as a means to assess mineral apposition rates.

結果:

これらの分析の結果、骨量は種によって異なるが、骨ミネラル密度は同等であることが明らかになった。すべての種で歯槽骨骨細胞の密度は類似しており、コラーゲンの組織パターンは高度に保存されていた。コラーゲンの成熟はマウス、ラット、ミニブタの間で同等であった。骨のリモデリングは、形態的に区別がつかないほどの半骨性の外観、骨細胞の蠕動性リモデリング、および歯槽骨のミネラル付着率が類似していることから、各種に共通した特徴であった。

RESULTS: Collectively, these analyses demonstrated that bone volume differed among the species, while bone mineral density was equal. All species showed a similar density of alveolar osteocytes, with a highly conserved pattern of collagen organization. Collagen maturation was equal among mouse, rat, and mini pig. Bone remodeling was a shared feature among the species, with morphologically indistinguishable hemiosteonal appearances, osteocytic perilacunar remodeling, and similar mineral apposition rates in alveolar bone.

結論:

その結果、歯槽骨の生物学的特徴の多くにおいて、4種の間で同等の結果が得られた。これまでの研究で矛盾する結果が出ているにもかかわらず、ヒトの骨の生物学的特徴を表現する上でブタモデルがげっ歯類モデルよりも優れているという証拠は見出されなかった。動物モデルは骨組織工学戦略を評価するために広く使用されているが、動物モデルの選択に影響を与える要因を厳密に比較し、定量化した最新の研究はほとんどない。その結果、歯科研究における前臨床動物モデルの予測価値を評価する必要性が急務となっている。我々の論文は、この知識のギャップに対処し、歯科学で一般的に使用されている動物モデル間のより効果的な標準化のための基礎を提供するものである。

CONCLUSIONS: Our analyses demonstrated equivalencies among the 4 species in a plurality of the biological features of alveolar bone. Despite contradictory results from older studies, we found no evidence for the superiority of pig models over rodent models in representing human bone biology. Animal models are extensively used to evaluate bone tissue engineering strategies, yet there are few state-of-the-art studies that rigorously compare and quantify the factors influencing selection of a given animal model. Consequently, there is an urgent need to assess preclinical animal models for their predictive value to dental research. Our article addresses this knowledge gap and, in doing so, provides a foundation for more effective standardization among animal models commonly used in dentistry.