Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Histologische Untersuchungen am Zahnhalteapparat (Parodontium) des Pferdebackenzahns in Hinblick auf eine zytologische Dynamik in bestimmten Bereichen

Warhonowicz, Maren

The aim of this study was to clarify the role of the fibroblasts in maintaining homeostasis of the periodontal ligament (PDL) in the hypsodont equine cheek tooth. This study also contributes to clarification of the involvement of the PDL in generating the eruptive forces. The study included the first molar tooth (M1, Triadan: 109, 209, 309, 409) of 11 warm-blooded horses. Samples were taken from two aspects of the tooth (buccal and lingual/palatinal) in three distinct levels (subgingival, middle level, and apical). Specimens always contained the PDL as well as parts of the adjacent cementum and alveolar bone. After decalcification (with 25% EDTA solution) and embedding in paraffin wax, horizontal sections were made. The expression of cementum-attachment-protein (CAP), Ki-67, and matrix-metalloproteinase-1 (MMP-1) were analysed immunhistochemically and evaluated semiquantitatively (CAP, MMP-1) or quantitatively by use of the morphometric software AnalySISâ (Ki-67). Three PDL-zones were distinguished in each specimen: a zone next to the dental cementum, a central zone of the PDL, and a zone next to the alveolar bone. The PDL was divided into three levels and three zones, resulting in nine defined regions of interest (ROI). The following morphometric data were also collected with AnalySISâ: width of the PDL, blood vessel area, number of blood vessels, total number of cells. Main results: §         Cell density was found to be high at the subgingival level and next to the dental cementum. §         Conversely, the proliferation index was highest at the apical level and in the zone next to the alveolar bone. §         Fibroblasts expressing MMP-1 were localized in all regions of the PDL in all specimens. The immunopositive fibroblasts were always accumulated in certain   single collagen fascicles. Evaluation of the parameters cell density and proliferation index in different regions of the PDL (levels, zones), and the statistical analysis of these data make it possible to interpret the static conditions in the histologic “freeze-image” (e.g. low cell density/high proliferation index) as dynamic processes, i.e. cell migration: the cells of the PDL migrate from the alveolar bone to the dental cementum, and in an apico-occlusal direction. The detection of MMP-1 proves that extracellular collagen degradation occurs in the equine PDL. The accumulation of immunopositive fibroblasts within certain single collagen fascicles indicates a well-directed remodelling of the fiber apparatus. This emphasizes the central role of the fibroblasts: in addition to their ability to synthesize collagen, their ability to degrade collagen adequately is a vital feature of the fibroblasts. Both of these abilities are important for the maintenance of homeostasis in the PDL. The results reflect certain phenomena (cell migration, remodelling of the collagen fiber apparatus) which are the basis for the life-long eruption of the hyspodont equine cheek tooth. These results support proposals in the literature that the migration of the fibroblasts generates the eruptive force. This tractional force is transmitted via the collagen fibers, and may facilitate, or at least contribute to the eruption mechanism. 

In der vorliegenden Arbeit soll am Beispiel des hypsodonten Pferdebackenzahns die Rolle der Zellen des Lig. periodontale (PDL) bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im PDL untersucht werden. Dies soll auch zur weiteren Klärung der Frage dienen, inwieweit diese Zellen an der Generierung der Eruptionskräfte beteiligt sind. Vom ersten molaren Backenzahn (M1; Triadan: 109, 209, 309, 409) wurden Proben an zwei Seiten des Zahns (bukkal und lingual/palatinal) in drei definierten Ebenen (subgingival, Mitte, apikal) entnommen, die stets sowohl das PDL als auch das benachbarte Zement und den Alveolarknochen enthielten. Nach Entkalkung (mit 25%iger EDTA-Lösung) und Einbettung in Paraffin wurden Schnittpräparate in horizontaler Richtung angefertigt. Diese wurden mit Antikörpern gegen Cementum-Attachment-Protein (CAP), gegen Ki-67 und gegen Matrix-Metalloproteinase-1 (MMP-1) immunhistochemisch untersucht. Die Auswertung erfolgte z.T. semiquantitativ (CAP-Nachweis, MMP-1-Nachweis), z.T. quantitativ mithilfe des Bildanalyse-programms AnalySISâ (Ki-67-Nachweis). Innerhalb der einzelnen Proben wurden drei PDL-Zonen unterschieden: zahnnah, zentral und alveolarknochennah. Der Untersuchungsbereich im PDL wurde insgesamt also in 3 Ebenen und 3 Zonen, folglich in 9 Regions of Interest (ROI) unterteilt. Zusätzlich wurden mit AnalySISâ morphometrische Daten erhoben: PDL-Breite, Flächenanteil der Blutgefäße, Anzahl der Blutgefäße, Gesamtzellzahl. Folgende Ergebnisse sollen als Schwerpunkte besonders hervorgehoben werden: §         Die Zelldichte ist in der subgingivalen Ebene und in der zahnnahen Zone hoch. §         Der Proliferationsindex ist – genau „umgekehrt“ – in der apikalen Ebene und in der alveolarknochennahen Zone hoch. §         In allen Proben, also in allen PDL-Bereichen, liegen Fibroblasten vor, die MMP-1 exprimieren. Sie treten stets gehäuft in einzelnen bestimmten Kollagenfaserzügen auf. Die statistische Auswertung der Parameter Zelldichte und Proliferationsindex in den verschiedenen untersuchten Regionen (Ebenen, Zonen) ermöglicht es, die    statischen Zustände im histologischen „Stand-Bild“ (z. B. Zelldichte niedrig/Prolife-rationsindex hoch) als dynamische Prozesse – d. h. als Zellmigration – zu inter-pretieren: Die Zellen des PDL wandern vom Alveolarknochen in Richtung auf das Zement und von apikal nach okklusal. Der MMP-1-Nachweis belegt den extrazellulären Kollagenabbau im equinen PDL. Die Häufung immunopositiver Fibroblasten jeweils in bestimmten Kollagenfaser-zügen weist auf ein gezieltes Remodelling des Faserapparates hin. Dies hebt auch die zentrale Rolle der Fibroblasten hervor: Neben der Fähigkeit zur Kollagensynthese ist die Fähigkeit zum adäquaten Kollagenabbau ein wichtiges Wesenselement der Fibroblasten. Beides dient der Aufrechterhaltung der Homöostase im PDL. In der Diskussion wird herausgestellt: Die Ergebnisse bilden bestimmte Phänome ab (Zellmigration; Remodelling des Faserapparates), die wichtige Grundlagen für den Eruptionsvorgang beim hypsodonten Pferdebackenzahn sind. Diese Ergebnisse unterstützen jene im Schrifttum vorgestellten Konzepte, die in der Fibroblasten-Mobilität eine Quelle von Zugkräften sehen; die Zugkräfte werden über Kollagenfasern auf den Zahn „übertragen“ und können so zur Eruption führen oder zumindest dazu beitragen. 

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Warhonowicz, Maren: Histologische Untersuchungen am Zahnhalteapparat (Parodontium) des Pferdebackenzahns in Hinblick auf eine zytologische Dynamik in bestimmten Bereichen. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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