Purpose: It is thought that orthodontic forces initially reduce periodontal blood flow during orthodontic tooth movement (OTM) via tissue compression with cells responding to concomitant oxygen deprivation with expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) triggering angiogenesis via binding to its receptor VEGFR‑2. To test this hypothesis, we performed a pilot study to establish a protocol for molecular magnetic resonance imaging (MRI) of rat jaws administering a VEGFR-2-specific contrast agent.
Methods: Mesial OTM of a first upper left rat molar was initiated in one male Fischer 344 rat 4 days prior to MRI by insertion of an elastic band between the first and second upper molars with the contralateral side left untreated (internal control). T1-weighted MRI sequences including dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) were recorded before and after administration of a molecular VEGFR‑2 MRI marker with a 7 T MRI dedicated for small animal use.
Results: After injection of anti-VEGFR2-albumin-gadolinium-DTPA, volume enhancement on T1-weighted images was increased at the OTM side distally of the moved first upper molar (M1) compared to the control side, whereas the T1 relaxation time was reduced on the OTM side. DCE-MRI resulted in an increased area under the curve (AUC), whereas time-to-peak (TTP) and washout rate were reduced during OTM distally of the moved M1 compared to the contralateral side.
Conclusions: OTM resulted in uptake of the VEGFR-2-specific MRI contrast agent in tension areas of the periodontal ligament. The imaging protocol presented here is useful for the assessment of VEGFR‑2 expression in tension areas of the periodontal ligament in vivo.
Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Es wird angenommen, dass kieferorthopädische Kräfte initial den parodontalen Blutfluss während der kieferorthopädischen Zahnbewegung (OTM) durch Gewebekompression reduzieren, wobei die beteiligten Zellen auf einen begleitenden Sauerstoffmangel mit einer Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) reagieren, der über die Bindung an seinen Rezeptor VEGFR‑2 die Angiogenese induziert. Um diese Hypothese zu untersuchen, führten wir eine Pilotstudie durch, um ein Protokoll für die molekulare Magnetresonanztomographie (MRT) von Rattenkiefern nach Verabreichung eines VEGFR-2-spezifischen Kontrastmittels zu etablieren.
Material und methoden: Bei einer männlichen Fischer-344-Ratte wurde der erste obere Molar (M1) auf der linken Kieferseite 4 Tage vor der MRT durch Einbringen eines elastischen Bandes zwischen dem ersten und zweiten oberen Molaren mesialisiert, wobei die kontralaterale Seite unbehandelt blieb (interne Kontrolle). T1-gewichtete MRT-Sequenzen einschließlich dynamischer kontrastmittelunterstützter MRT (DCE-MRT) wurden vor und nach der Verabreichung eines molekularen VEGFR-2-MRT-Markers mit einem 7‑Tesla-MRT für Kleintiere aufgezeichnet.
Ergebnisse: Nach Injektion von Anti-VEGFR2-Albumin-Gadolinium-DTPA war die Volumenanhebung auf T1-gewichteten Bildern auf der OTM-Seite distal des bewegten ersten oberen Molaren (M1) im Vergleich zur Kontrollseite erhöht, während die T1-Relaxationszeit auf der OTM-Seite verkürzt war. Die DCE-MRT führte zu einer erhöhten Fläche unter der Kurve (AUC), während die TTP-Zeit bis zum Spitzenwert und die Auswaschungsrate während der OTM distal des bewegten M1 im Vergleich zur kontralateralen Seite reduziert waren.
Schlussfolgerungen: Die kieferorthopädische Zahnbewegung führte zur Aufnahme des VEGFR-2-spezifischen MRT-Kontrastmittels in Zugzonen des Parodontalligaments. Das hier vorgestellte Bildgebungsprotokoll hat sich für die In-vivo-Beurteilung der VEGFR-2-Expression in Zugzonen des Parodonts als nützlich erwiesen.
Keywords: Animal models; Hypoxia; Molecular magnetic resonance imaging; Periodontal ligament; Vascular endothelial growth factor receptor‑2.
© 2021. The Author(s).