Purpose: We aimed to investigate early effects of regulating alpha‑7 nicotinic acetylcholine receptor (α7nAChR) agonists and antagonists on maxillary expansion in mice.
Methods: We allocated 36 six-week-old male C57BL/6J mice into three group: 1) expansion alone, 2) expansion plus the α7nAChR-specific agonist 3‑(2,4-dimethoxybenzylidene)-anabaseine dihydrochloride (GTS-21), and 3) expansion plus alpha-bungarotoxin (α-BTX), a competitive antagonist of α7nAChR. The groups were daily injected with saline, GTS-21 (4 mg/kg/day) or α‑BTX (1 mg/kg/day), respectively, from days 0-7. In addition, a mouse model of maxillary expansion was established. Masson's trichrome staining was used to observe morphological changes and immunohistochemistry was performed to analyze α7nAChR, interleukin (IL)-1β, IL‑6, tumor necrosis factor (TNF)-α, runt-related transcription factor 2 (RUNX2), and osteocalcin (OCN) expression in the midpalatal suture. Microcomputed tomography was used to measure midpalatal suture and palatal basal bone widths. We assessed the normal distribution of our data using the Kolmogorov-Smirnoff test and evaluated the homogeneity of variance by Levene's test, followed by a two-way ANOVA and Bonferroni tests at a significance level of P < 0.05.
Results: In the GTS-21+expansion group, osteogenesis was more active in the middle palatine suture. New bone was calcified and deposited in the suture and we observed decreased IL-1β, IL‑6, and TNF‑α expression (P < 0.05). In the α‑BTX+expansion group, we observed increased proinflammatory cytokine and decreased RUNX2 and OCN expression and increased midpalatal suture and palatal basal bone widths (P < 0.05).
Conclusion: Using α7nAChR agonists and antagonists to regulate the cholinergic anti-inflammatory pathway, the secretion of inflammatory factors and osteoblast markers during maxillary expansion were altered, indicating the potential for clinical modulation of maxillary palatal suture expansion.
Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Ziel war es, die frühen Auswirkungen der Regulierung von α7nAChR(α-7-Nikotin-Acetylcholin-Rezeptor)-Agonisten und -Antagonisten auf die Gaumennahterweiterung bei Mäusen zu untersuchen.
Methoden: Wir teilten 36 sechs Wochen alte männliche C57BL/6J-Mäuse in 3 Gruppen ein: 1) nur Expansion, 2) Expansion plus α7nAChR-spezifischer Agonist 3‑(2,4-Dimethoxybenzyliden)-anabaseindihydrochlorid (GTS-21) und 3) Expansion plus Alpha-Bungarotoxin (α-BTX), ein kompetitiver α7nAChR-Antagonist. Den Gruppen wurde täglich von Tag 0 bis Tag 7 NaCl-Lösung, GTS-21 (4 mg/kg/Tag) bzw. α‑BTX (1 mg/kg/Tag) injiziert. Zusätzlich wurde ein Mausmodell für die Gaumennahterweiterung erstellt. Mittels Masson-Trichrom-Färbung wurden morphologische Veränderungen beobachtet und mittels Immunhistochemie die Expression von α7nAChR, Interleukin (IL)-1β, IL‑6, Tumornekrosefaktor (TNF)-α, „runt-related transcription factor 2“ (RUNX2) und Osteocalcin (OCN) in der Gaumennaht untersucht. Die Breite der mittleren Gaumennaht und des palatinalen Basalknochens wurde mikrocomputertomographisch gemessen. Anschließend wurde die Normalverteilung der Daten mit dem Kolmogorov-Smirnoff-Test und die Varianzhomogenität mit dem Levene-Test ermittelt. Danach wurden eine zweifaktorielle Varianzanalyse und Bonferroni-Tests bei einem Signifikanzniveau von p < 0,05 durchgeführt.
Ergebnisse: In der GTS-21+-Expansionsgruppe war die Osteogenese in der mittleren Gaumennaht aktiver. Neuer Knochen wurde kalzifiziert und in der Sutura abgelagert. Wir beobachteten eine verminderte Expression von IL-1β, IL‑6 und TNF‑α (p < 0,05), in der α‑BTX+-Expansionsgruppe eine erhöhte Expression proinflammatorischer Zytokine und eine verminderte RUNX2- und OCN-Expression sowie eine erhöhte Breite der mittleren Gaumennaht und des palatinalen Basalknochens (p < 0,05).
Schlussfolgerung: Durch die Verwendung von α7nAChR-Agonisten und -Antagonisten zur Regulierung des cholinergen entzündungshemmenden Signalwegs wurde die Sekretion von Entzündungsfaktoren und Osteoblastenmarkern während der Gaumennahterweiterung beeinflusst. Dies deutet auf das Potenzial für eine klinische Modulation der Gaumennahterweiterung hin.
Keywords: Alpha‑7 nicotinic acetylcholine receptor; Animal models; Bone remodeling; Inflammatory factors; Osteogenesis.
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