Краниофациална биология и дентални изследвания

Редактиран от
Pierfrancesco Pagella

Университет в Цюрих, Швейцария

Прегледан от
Джоан Т. Ричтсмайер

Държавен университет в Пенсилвания (PSU), САЩ

Ставрос Килиаридис

Université de Genève, Швейцария

Demetrios Halazonetis

Национален и Каподистрийски университет в Атина, Гърция

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

меки

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Катедра по ортодонтия, Факултет по орална и дентална медицина, Университет Саут Вали, Кена, Египет
  • 2 Програма по краниофациална биология, Калифорнийски университет, Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния, САЩ
  • 3 Катедра по орална и лицево-челюстна хирургия, Стоматологично училище Guanghua, Стоматологична болница, Университет Sun Yat-sen, Гуанджоу, Китай
  • 4 Ключова лаборатория по стоматология в провинция Гуангдонг, Университет Сун Ятсен, Гуанджоу, Китай
  • 5 Център за биология на развитието и регенеративна медицина, Детски изследователски институт в Сиатъл, Сиатъл, Вашингтон, САЩ
  • 6 Катедра по ортопедична хирургия, Калифорнийски университет, Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния, САЩ
  • 7 дивизии на черепно-лицеви аномалии и ортодонтия, Калифорнийски университет, Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния, САЩ

Въведение

Може ли изключителната и продължителна консумация на меки диети (SD) да промени краниофациалната морфология на нашите и на нашите потомци? Човешките черепи са претърпели морфологични трансформации в продължение на векове, като промените са най-изразени в области, свързани с прикрепване на дъвкателните мускули (Jantz, 2001; Godde, 2015; Manthey et al., 2017). Промените във формата на човешкия череп (форма и размер) са свързани с прехода към по-меки диети, от културата на предци-ловци към културата на земеделието и земеделието (Larsen, 2006; Pinhasi et al., 2015). Освен това се предполага, че преминаването към по-меки диети след Индустриалната революция е една от основните причини за адаптивни промени в черепно-лицевите структури (Larsen, 2006; von Cramon-Taubadel, 2011; Rando et al., 2014). Нео-ламаркската еволюция предполага, че околната среда може директно да промени фенотипа и тази придобита черта се предава по наследствен начин чрез епигенетика на околната среда и епигенетично трансгенерационно наследство (Skinner, 2015). Освен това по-рано е доказано, че диетите на родителите потенциално влияят на наличието на широк спектър от черепно-лицеви деформации при потомството (Hassan et al., 2019; Wang et al., 2019).

Консумацията на SD за едно поколение води до краниофациални структурни и морфологични промени, които характеризират функционалната адаптация на соматичните клетки и тъкани в черепа поради разликите във функционалното натоварване (Mavropoulos et al., 2010, 2014; Chen et al., 2011; Dias и др., 2011; Utreja и сътр., 2016; Ödman и сътр., 2019). Предходни проучвания ясно показват, че краткосрочната SD намалява общия обем на краниофациалната кост, костната дебелина, трабекуларния обем на алвеоларната кост и обема на субхондралната кондиларна кост (Odman et al., 2008; Mavropoulos et al., 2010; Anderson et al., 2014 ). Освен това мандибулите показват по-къси алвеоларни процеси, по-малки короноидни и гониални процеси и екструдирани кътници в сравнение с контролни мишки, хранени с твърда диета (HD) (Odman et al., 2008; Mavropoulos et al., 2010; Anderson et al., 2014 ). За отбелязване е, че всички тези експерименти са проведени в рамките на едно поколение, като се използват различни двумерни (2D) измервания (Kiliaridis et al., 1985; Bresin, 2001; Mavropoulos et al., 2004; Enomoto et al., 2010; Guerreiro et al. ., 2013).

Целта на нашето ново проучване беше да идентифицира ефектите от продължителната консумация на SD от няколко поколения върху краниофациалната морфология на мишки, използвайки 3D GMA. Към тази цел захранвахме мишки HD (нормална миша чау) срещу SD в продължение на 15 непрекъснати поколения и провеждахме 3D GMA и 2D линейна морфометрия на миши крании и мандибули. Полу-ориентировъчна маркировка беше използвана върху кондила. Краткосрочната SD води до намаляване на черепно-лицевия размер на мишката. Продължителният SD не повлиява размера на черепа и долната челюст, но се забелязват промени във формата, като разширяване в напречното измерение и намаляване на предно-задния размер на черепа и долната челюст.

Материали и методи

Животни и експериментален дизайн

Фигура 1. ПродължениеФИГУРА 1Череп на мишката и забележителности. (А) Експериментален дизайн. FVB мишките бяха поставени на мека диета (SD) или твърда диета/нормална чау (HD) за 15 непрекъснати поколения (F15SD и HD Con, съответно). Впоследствие HD Con и F15SD мишките бяха превключени на SD и HD за едно поколение, съответно (F1SD и F15SD-F1HD). (Б) Сегментиран череп и челюст. Червени точки посочете всички забележителности. Странично, дорзално, вентрално и медиално. (° С) Сегментирана получелюст в страничен изглед, показваща полуориентири (червени точки) на кондиларната глава (черна пунктирана кутия) и шията проксимо-дорзална до зададената граница (черна пунктирана линия). (° С') Увеличен изглед на главата на кондила. Червени точки посочете всички забележителности. an, предна; ди, дистално; ла, странично; аз, медиална; po, задна; pr, проксимално.

Обработка на изображения и Протокол за събиране на данни за ориентир

Фиксирани глави на мишките бяха заснети от microCT с помощта на SkyScan 1076 MicroCT в съоръжението за томографски анализ на малки животни (SANTA), намиращо се в Детския изследователски институт в Сиатъл, САЩ. Образците бяха сканирани с разделителна способност 17,2 микрона (55 kV, 150 mA, 0,5 mm Al филтър). Реконструкциите бяха генерирани с помощта на NRecon (Версия 1.6.9.4) с постоянни прагови параметри и преобразувани в 3D обеми. Сегментирането на черепа и генерирането на костни повърхности от данни от microCT бяха извършени с Avizo Lite (версия 9.1.1).

Ориентиране

Установихме три комплекта ориентири: Комплект 1 включваше 13 сдвоени двустранни ориентира, характеризиращи морфологията на долната челюст, Комплект 2 включваше 43 ориентира, характеризиращи морфологията на черепа (Фигура 1Б), а Комплект 3 включваше 50 полу-ориентира, разпределени по десен кондил на всички екземпляри - девет от тези точки бяха поставени по протежение на главата и шийката на кондила по въображаема линия, преминаваща от върха на короноидния израстък до гониалния ъгъл (Фигура 1С). Приложихме техники за полуориентиране, за да определим количествено тримерни кондиларни форми, тъй като полуориентирите могат значително да подобрят характеризирането на сложни структури (Bardua et al., 2019).

Традиционни морфометрични данни

Традиционната морфометрия използва стандартни измервания, рутинно използвани при анализи на вариации на миши череп. Взехме следните разстояния, измерени от черепа и долната челюст: дължина на черепа (SL); ширина на черепа (SW); ширина на неврокрания (NW); дължина на долната челюст (ML), бикондиларна ширина (BCW), бигониална ширина (BGW) и междумоларна ширина (IMW) (допълнителна фигура S1). Всички измервания са направени с помощта на софтуер Landmark (Wiley et al., 2005). Измерванията на дължината на долната челюст бяха извършени на дясната получелюст.

Анализи на основни компоненти и канонични променливи

Координатите на ориентира бяха експортирани като текстови файлове и импортирани в софтуера MorphoJ за извършване на GMA (Klingenberg, 2011). За всеки набор ориентири бяха насложени с помощта на обобщен анализ на Procrustes (GPA) и получените координати на Procrustes бяха оценени с помощта на анализ на основните компоненти (PCA) и каноничен анализ на променливи (CVA) (Slice, 2005). Тези процедури минимизират влиянието на размера и приемат една ориентация за всички образци, като пренасочват конфигурациите на ориентира към общо положение, мащабират ги до стандартен размер и ги въртят, докато се постигне най-доброто напасване на съответните ориентири. Следователно GPA блокира ефектите от мащаба, транслацията и въртенето, но не елиминира алометричната вариация на формата, която е свързана с размера (Rohlf, 1996; Slice, 2005).

За това проучване вариациите в черепно-лицевата форма за тези проби бяха оценени с помощта на PCA. Проведохме PCA, използвайки остатъците от многовариантна регресия на координатите на Procrustes върху размера на центроида, за да изследваме варирането на формата, независимо от размера (Darroch and Moismann, 1985; Falsetti et al., 1993). PCA на координатите на Procrustes се основава на декомпозиция на собствена стойност на ковариационна матрица, която преобразува координатите на Procrustes в резултати заедно с основните компоненти (PC). В повечето случаи първите няколко компютъра обясняват по-голямата част от дисперсията в набора от данни. Всяко наблюдение се оценява за всяка основна ос и резултатите от наблюдението по главните оси картографират това наблюдение в морфопространството с помощта на MorphoJ (Klingenberg, 2011).

В допълнение, проведохме CVA, за да идентифицираме характеристиките на формата, които максимизират разделянето между групите, използвайки отклонения във всяка група. Промените във формата на крания и мандибулите бяха показани визуално с помощта на контурите на каркаса в MorphoJ в сравнение със средната форма по всяка канонична променлива с контурите в крайностите. И накрая, изчислихме размера на центроида (квадратния корен от сумата на квадратните евклидови разстояния от всяка забележителност до собствения им центроид) за черепа и долната челюст. Като цяло това измерване е стандарт за оценка на размера в GMA (Le and Kume, 2000; Schwarze et al., 2019).

Статистически анализ

Описателната статистика беше изчислена за линейни измервания и размери на центроидите. За тестове за значимост използвахме еднопосочна ANOVA. Graphpad Prism (Версия 8.0.2) е използван за извършване на тестове и графики. За да се определи дали разликите във формата са статистически значими, стойности на стр бяха изчислени също така, като се използваха разстояния ANOVA на Procrustes и Mahalanobis (допълнителна таблица S1). За да се определи възпроизводимостта на забележителността между наблюдатели, двама наблюдатели (MGH и HK) независимо разположиха ориентирите върху 10 произволно избрани проби (допълнителна фигура S2). Извършен е тест с 10 000 кръгли пермутации на разстоянието на Прокруста между забележителните проби на наблюдателите, като се тества за средни общи разлики във формата между тях. За линейни измервания се анализира надеждността в рамките на наблюдателя с помощта на сдвоени-т тест и метод на Bland-Altman (допълнителна фигура S3). Основният наблюдател (MGH) направи втори набор от измервания (седем произволно избрани проби) 1 седмица след първия набор, за да потвърди липсата на грешка вътре в наблюдателя.

Резултати

Нашето проучване анализира четири групи мишки: (1) HD Con мишки, (2) F15SD мишки, (3) F1SD мишки и (4) F15SD-F1HD мишки (Фигура 1А). Представени са описателните статистически данни на променливите, използвани в това проучване, размера на центроида и линейните измервания (Таблица 1).

маса 1. Описателна статистика на всички променливи и сравнения между групите.

Ефекти на SD върху черепната морфология

Проведена е еднопосочна ANOVA, за да се илюстрира ефектът на SD върху краниофациалната морфология. Имаше значителна разлика в средния размер на центроида [F(3,38) = 14,25, стр Ключови думи: мека диета, краниофациална морфология, много поколение, мишка, геометрична морфометрия, череп, долна челюст

Цитиране: Hassan MG, Kaler H, Zhang B, Cox TC, Young N и Jheon AH (2020) Ефекти от консумацията на много поколения мека диета върху краниофациалната морфология на мишката. Отпред. Физиол. 11: 783. doi: 10.3389/fphys.2020.00783

Получено: 10 февруари 2020 г .; Приет: 15 юни 2020 г .;
Публикувано: 10 юли 2020 г.

Pierfrancesco Pagella, Университет в Цюрих, Швейцария

Demetrios Halazonetis, Национален и Каподистрийски университет в Атина, Гърция
Джоан Тереза ​​Ричтсмайер, Държавен университет в Пенсилвания (PSU), САЩ
Ставрос Килиаридис, Университетът на Женев, Швейцария

† Настоящ адрес: Тимъти К. Кокс, Катедра по устни и черепно-лицеви науки, Университет по митология на Канзас Сити, Стоматологично училище, Канзас Сити, Мисури, САЩ