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The fundamentals of tooth movement
Ó 2010 CEO Published by / E´dite´ par Elsevier Masson SAS All rights reserved / Tous droits re´serve´s
Original article Article original
The fundamentals of tooth movement placement dentaire : bases fondamentales Le de Michel LE GALLa,, Julien SASTREb a
Faculte d’odontologie de Marseille, h^opital de La Timone, 264, rue Saint-Pierre, 13005 Marseille, France b 5, rue Henri-Cheneaux, 13008 Marseille, France Available online: 12 March 2010 / Disponible en ligne : 12 mars 2010
Summary
sume Re
Advances in the field of molecular phenomena have led to a fuller understanding of the mechanisms at work in tooth movement. The forces applied by orthodontic devices are converted into cellular signals via the deformation of the bony walls and the inflammatory reaction they trigger. In turn, the numerous cytokines, which are created by this process activate other messengers which differentiate, activate and inhibit the different cell populations involved in tooth movement. Ó 2010 CEO. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved
dans la connaissance des phenom Les progres enes moleculaires permettent une meilleure comprehension des mecanismes concourant au deplacement dentaire. Les forces par les dispositifs orthodontiques sont converties appliquees en signaux cellulaires par la flexion des parois osseuses et la reaction inflammatoire qu’elles creent. Les nombreuses cytokines ainsi produites vont a` leur tour activer d’autres messa gers responsables de la differenciation, de l’activation et de l’inhibition des differentes populations cellulaires impliquees dans le deplacement dentaire. Ó 2010 CEO. E´dite´ par Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s
Key-words
s Mots-cle
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Inflammation. Cytokine. Osteoclast. Osteoblast. Force.
Tooth movement is the basis of all orthodontic treatment. The physiological phenomena triggered by this process are complex, involving remodeling of both dental and periodontal tissues. Orthodontic tooth movement results from a biological response to a disruption of the physiological balance of the dentofacial complex. The purpose of all the resulting cellular phenomena is to restore a momentarily disrupted equilibrium by the application of a force.
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Inflammation. Cytokine. oclaste. Oste oblaste. Oste Force.
placement dentaire est la base de tout traitement orthoLe de nome nes physiologiques qu’il provoque dontique et les phe sont complexes, associant un remodelage des tissus denridentaires. Le de placement orthodontique est le taires et pe sultat d’une re ponse biologique vis-a`-vis d’une perturbation re quilibre physiologique du complexe dentofacial. de l’e nome nes cellulaires qui vont alors surveL’ensemble des phe er un e quilibre momentane ment nir ont pour but de recre par l’application d’une force. perturbe
Correspondence and reprints / Correspondance et tires a` part. e-mail addresses / Adresses e-mail : [email protected] (Michel LE GALL), [email protected] (Julien SASTRE).
International Orthodontics 2010 ; 8 : 1-13 doi:10.1016/j.ortho.2009.12.001
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Michel LE GALL et al.
Over the past few years, research into tooth movement has not been confined to understanding how cells behave but has endeavored to explore the impact and molecular regulation of these phenomena, which involve numerous substances such as arachidonic acid, growth factors, colony stimulating factors (CSF), cytokines and neurotransmitters. From a technical standpoint, advances in the field of technical metals have made available a wide selection of wires, which permit the use of optimal forces [1]. From the biological viewpoint, the tissue response observed during orthodontic movement is dependent upon numerous factors, which can be either treatment-related (type of movement, duration of force application, type of treatment) or constitutional (type of bone, root shape. . .) [2]. The aim of this article is to review the fundamental principles behind bone remodelling, which is indispensable when performing rapid and harmonious tooth movements, whilst respecting the physiological limits in order to avoid undesirable repercussions (root resorption or ankylosis) or relapses.
res anne es, l’e tude du de placement denDepuis ces dernie hension des me canismes taire ne se limite plus a` la compre sormais a` de terminer l’influence cellulaires mais s’attache de gulation mole culaire de ces phe nome nes ou` intervienet la re nent de multiples substances, telles que l’acide arachidonique, les facteurs de croissance, les colony stimulating factors (CSF), les cytokines ou les neurotransmetteurs. s me talotechniques D’un point de vue technique, les progre sormais un large choix de fils permettant d’utiliser offrent de placement hardes forces optimales compatibles avec un de monieux [1]. ponse tissulaire observe e au D’un point de vue biologique, la re placement orthodontique de pend de nombreux cours du de rapeutiques (type de mouvements, dure e d’applifacteurs the cation des forces, type de traitement) ou constitutionnels (type d’os, forme des racines. . .) [2]. es fondamenLe but de cet article est de rappeler les donne aliser des tales du remaniement osseux, indispensable pour re placements dentaires rapides et harmonieux, tout en de venir les restant dans des limites physiologiques afin de pre quelles (re sorptions radiculaires ou ankylose) ou les se cidives. re
The kinetics of tooth movement
tique du de placement dentaire Cine
Baron [3] devised a tooth movement model, which he divided into three stages: — an initial phase (24–48 h) during which tooth movement is rapid, immediate, but very slight within the alveolar socket;
une mode lisation du de placement denBaron [3] a propose taire qu’il divise en trois phases : — la « phase initiale » (24 h–2 j) correspond a` un mouvement diat et de faible amplitude de la dent au sein de rapide, imme ole ; son alve riode de latence » (20–30 j) lui fait suite et se car— la « pe rise par un de placement dentaire faible ou nul. Cette acte nome ne de hyalinisation du ligaphase correspond a` un phe olodentaire dans les zones de compression. Aucun ment alve te du mouvement ne se produit jusqu’a` la disparition comple crotique par re sorption directe (late rale ou frontale) ou tissu ne indirecte ; riode de post-latence » termine le de placement jus— la « pe qu’a` l’activation suivante. Au cours de cette phase, le taux de placement augmente graduellement ou subitement. de un nouveau mode le [4,5] dans D’autres auteurs ont propose riode de post-latence en deux lequel ils scindent la pe ` composant le de placement en quatre temps. A phases, de la suite de la phase de latence succede une troisieme riode au cours de laquelle le tissu ne crotique est e limine . pe viction se poursuit par la suite au cours d’une quaCette e me e tape. Ces troisie me et quatrie me phases regroupent trie placement dentaire au cours d’un la majeure partie du de traitement orthodontique.
— a latency period (20–30 days), which follows and which is marked by slight or zero movement. This phase corresponds with the hyalinisation of the dentoalveolar ligament in the areas of compression. No movement occurs until the necrotic tissue has been completely eliminated by direct (lateral or frontal) or indirect resorption; — the post-latency phase completes the displacement until the next activation. During this phase, the speed of movement increases, gradually or abruptly. Other authors have put forward a new model [4,5] in which they divide the post-latency period into two phases, thus dividing the movement into four stages. Following the latency period, there is a third stage during which the necrotic tissue is eliminated. The elimination continues throughout a fourth stage. These third and fourth phases are when most of the tooth movement occurs during orthodontic treatment.
Immediate biological effects
diats Effets biologiques imme
Two main theories can help explain the initiation of tooth movement.
ories principales expliquant l’initiation du Il existe deux the mouvement dentaire.
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The pressure/tension theory
orie de la pression/tension The
An applied force differentiates two sides of the periodontium [6,7]: — the pressure side, opposite to the applied force, undergoes disorganization of the dentoalveolar ligament associated with a reduction in both the number of fibers produced and the cellular replication resulting from vascular constriction combined with a loss of fundamental substance on the tension side;
According to this theory, the variation in PDL width modifies the cells and increases their activity.
rencie deux co ^te s au niveau parL’application d’une force diffe odontal [6,7] : ^ te pression, oppose a` l’application de la force, — le co rise par une de sorganisation du ligament se caracte olodentaire avec une diminution de la production de alve plication cellulaire due a` la constriction fibres et de la re ^ te vasculaire et une fuite de la substance fondamentale du co tension ; ^ te tension ou` le ligament s’e largit, mettant en tension — le co les fibres desmodontales. Il se produit une stimulation de la plication cellulaire, une augmentation de l’activite prolife rare ventuelle de la production de tive [8] avec augmentation e po ^t de cristaux d’hydroxyapatite. Il apparaıˆt fibres et de galement des zones d’oste oclasie dans les espaces e dullaires visant a` maintenir constante l’e paisseur du ligame ment [3]. e ne doit pas de passer la pression du lit La force applique vasculaire (20 a` 25 g/cm2) [9] sous peine de provoquer un tranglement et une suffocation parodontale a` l’origine d’une e crose. Si la force applique e est trop importante, la dent ne ant des zones de pression tre s entre en contact avec l’os, cre intenses et l’apparition de zones hyalines qui seront par la sorbe es de fa¸con indirecte a` partir des espaces suite re dullaires adjacents. me Selon ce concept, la variation de largeur du desmodonte . change la population cellulaire et augmente son activite
The theory of alveolar bone deformation
orie de la courbure de l’os alve olaire The
The applied force bends the bone, the solid structures of the dentoalveolar ligament and the tooth [10]. Bone is more elastic than the other above-mentioned structures and bends more readily, generating an electric flux in which the electrons are displaced from one crystalline mesh to another, a phenomenon known as piezo-electricity. Deformation of the alveolar bone involves two surfaces: — the concave side, which is electronegative and stimulates osteoblastic activity; — the convex side, which is electropositive and promotes osteoclastic activity. It is thought that these currents may polarize the molecules which could possibly interact with specific membrane sites or move ions through cell membranes.
e courbe l’os, les structures solides du La force applique olodentaire et la dent [10]. L’os est plus ligament alve lastique que les structures pre ce demment cite es et se e ant un flux e lectrique ou` les e lectrons courbe plus vite, cre place s d’une maille cristalline a` l’autre : c’est le sont de nome ne de piezoe lectricite . La flexion de l’os alve olaire phe rencie deux faces : diffe lectrone gative, qui stimule l’activite — l’une concave, e oblastique ; oste lectropositive, qui favorise l’activite — l’autre convexe, e oclastique. oste lectriques pourraient polariser les mole cules Ces courants e cifiqui interagiraient avec certains sites membranaires spe ques ou mobiliseraient des ions au travers des membranes cellulaires. Le processus bioactif qui se produit par la suite implique le turn-over et le renouvellement des cellules et des fracnome ne est d’autant tions inorganiques de l’os [11]. Ce phe plus important que l’os est maintenu dans une position courbe. ponses bioe lectriques (piezoe lectricite et propagation Les re es lors de la courbure de l’os peuvent des potentiels) propage ^ le central en tant que premier messager cellulaire jouer un ro [12,13].
— the tension side where the ligament gets thicker, thus tautening the desmodontal fibers. Cell replication is stimulated and proliferation occurs [8] associated with a possible augmentation of fiber production and depositing of hydroyapatite crystals. In addition, osteoclastic areas develop in the medullary spaces in an attempt to maintain constant thickness of the ligament [3]. The applied force should not exceed the pressure on the vascular bed (20 to 25 g/cm2) [9], failing which periodontal strangling and suffocation will lead to necrosis. If excessive force is applied, the tooth comes into contact with the bone creating areas of extreme pressure and hyalinised zones, which will later be resorbed indirectly by the adjacent medullary spaces.
The bioactive process, which then occurs, involves the turnover and renewal of bone cells and other inorganic constituents [11]. This process is all the more pronounced as the bone is maintained in a bent position. The bioelectric responses (piezo-electricity and propagation of potentials) triggered during bone bending could play an essential role as primary cell messengers [12,13].
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Transformation of the force into a cellular response
ponse cellulaire Transformation de la force en re
Bone remodeling follows an ARIF cycle in which the different phases succeed one another always in the same way within functional units (fig. 1): — the activation phase (A), involving the release of collagenases by the fibroblasts and the displacement of the osteoblasts to allow them access to the bone surface;
Le remodelage osseux se fait selon un cycle ARIF ou` les rentes phases se succe dent toujours de la me ^me manie re diffe s fonctionnelles (fig. 1) : au sein d’unite ration de — la phase d’activation (A), qui correspond a` la libe nases par les fibroblastes et au de placement des collage oblastes pour permettre l’acce s des oste oblastes a` la suroste face osseuse ; sorption (R), qui se caracte rise par la — la phase de re sence d’oste oclastes fonctionnels qui se fixent sur la pre sorber en cre ant un compartiment acide matrice osseuse a` re tanche ; e oclastes quittent la — la phase d’inversion (I), ou` les oste sorption pour laisser place aux oste oblastes ; lacune de re — la phase de formation (F), qui correspond au comblement oı¨de synthe tise par les de la lacune par du tissu oste oblastes qui deviennent par la suite des oste ocytes, minoste ralisant ce tissu ne oforme . e quilibre tissulaire est retrouve , les re actions s’arre ^Lorsque l’e tat de repos s’installe (fig. 1). tent. L’e sent et se reproduit a` l’identique de fa¸con Ce cycle est pre physiologique chez tous les individus, a` chaque activation activation. La balance entre formation et re sorption ou re quilibre le plus souvent et le mate riel dentaire re sorbe au s’e res phases est inte gralement remplace . cours des premie Cependant, ce cycle peut subir des modifications : — la phase d’inversion peut ne pas se produire, induisant une perte osseuse et une maladie parodontale et/ou un vieillissement ; se quilibre peut e ^tre positif, cor— et dans de rares cas, le de nome ne de croissance. respondant a` un phe
— the resorption phase (R), which is marked by the presence of functional osteoclasts, which fix onto the bone matrix to be resorbed by creating a sealed acid compartment; — the inversion phase (I), in which the osteoclasts leave the resorbed area and give way to the osteoblasts; — the formation phase (F), in which the resorbed lacunae are filled with osteoid tissue synthesized by the osteoblasts, which later turn into osteocytes and mineralize the newly-formed tissue. Once the tissue balance has been restored, the reactions cease and a state of rest prevails (fig. 1). This cycle occurs and is reproduced in identical physiological fashion in all individuals at every activation or reactivation. A balance between formation and resorption is most often achieved and the tooth material resorbed during the initial stages is entirely replaced. However, this cycle can undergo modifications: — the inversion phase may not occur, leading to bone loss and periodontal disease and/or aging of the tissues; — and, in rare cases, the imbalance can be positive, corresponding to the growth process.
Fig. 1: ARIF cycle (from Baron [3]). s Baron [3]). Fig. 1 : Cycle ARIF (d’apre
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The conversion of mechanical stress into cellular response [14] will occur either: — by mechanotransduction; — or following an inflammatory reaction. Although separated in time, these two phenomena occur every time and on each activation.
canique en re ponse cellulaire La conversion d’un stress me [14] va se faire : canotransduction ; — soit par me action inflammatoire. — soit par re cale s dans le temps, ces deux phe nome nes appaBien que de raissent a` chaque fois et a` chaque activation.
Mechanotransduction
canotransduction Me
This process is the most physiological response to take place during normal bone growth and remodeling. It constitutes the primary response to the application of a force inducing polarization of the tissues following deformation of the alveolar bone. Applying stress gives rise to structural and functional variations in the proteins in the extracellular matrix, the cytoskeleton and the cell membranes, thus modifying their permeability to certain ions. These changes expose focal fixation sites to which are bound the integrins a3b5, which are transmembrane cell proteins. The molecules ensure the liaison between the deformed extracellular matrix and the cytoskeletal proteins. This fixation permits the mechanical deformation of the cells effected by:
sente la re ponse la plus physiologique pouvant surElle repre venir avec une croissance et un remodelage normal de l’os. ponse primaire a` l’application d’une force en Elle constitue la re induisant une polarisation des tissus a` la suite de la courbure olaire. de l’os alve L’application d’une contrainte est responsable de variations ines de la matrice structurelles et fonctionnelles des prote extracellulaire, du cytosquelette et des membranes cellulaires abilite a` certains ions. modifiant leur perme Ces modifications exposent des sites de fixation focale ou` se grines a3b5, prote ines cellulaires transmembralient les inte cules assurent la liaison entre la matrice naires. Ces mole forme e et les prote ines du cytosquelette. extracellulaire de formation me canique des cellules Cette fixation permet la de e par : assure — le cytosquelette et les voies de signalement intracellulaire ; canosensibles ou che mosensibles — les canaux ioniques me cepteurs couple s a` la prote ine [15], les phospholipides et les re nylate cyclase qui stimule a` son tour des G activant l’ade ines kinases et participent, au niveau nucle aire, a` la prote ponse cellulaire. re rentes Les cellules qui remplissent cette fonction sont diffe re e. Ainsi, pour le ligament selon la structure conside olodentaire, cette fonction est de volue aux fibroblastes. alve olaire, les oste ocytes sont les cellules Pour l’os alve canosensibles [8]. me
— the cytoskeleton and the intracellular signaling pathways; — the mechanosensitive or chemosensitive ion channels [15], the phospholipids and the receptors coupled with the adenylate cyclase activating G-protein which, in turn, stimulates protein kinases and is involved, at nuclear level, in cell response. The cells, which fulfil this function, differ according to the structure under consideration. Thus, in the dentoalveolar ligament, this function is performed by the fibroblasts. In alveolar bone, the osteocytes are the mechanosensitive cells [8]. Inflammatory reaction
action inflammatoire Re
Inflammatory reaction is the commonest signaling pathway. Caused by tissue changes following application of orthodontic force, it brings into play numerous signaling molecules.
quente Elle constitue la voie de signalisation la plus fre sultant de l’alte ration des tissus par l’application de la force re cules de orthodontique et mettant en jeu de nombreuses mole signalisation. oblastes, des proge niteurs des Le recrutement des oste oclastes et les phe nome nes d’extravasation et de chimiooste butent dans les zones de tension et de pression du tactisme de tirement desmodonte a` la suite de la compression et de l’e dans ces zones des fibres et des cellules. coce du de placement est une re action inflammaLa phase pre € au cours de laquelle apparaissent une ge ^ne fonctoire aigue crasement des tionnelle et une sensation douloureuse. L’e cre tion fibres nerveuses entraıˆne une augmentation de la se de neuropeptides calcitonin gene-related protein (CGRP) et de substance P [16,17]. Par la suite, il se produit une vasodilatation des capillaires, une augmentation du flux sanguin, une extravasation de plasma, une migration de leucocytes et la production de nombreuses cytokines (Il1, TNFa, TNFb, INFg,
Recruitment of osteoblast and osteoclast progenitors and the processes of extravasation begin following compression and stretching in the areas of tension and pressure of the PDL of the desmodontal fibers and tissues. The initial movement phase is marked by an acute inflammatory reaction during which functional difficulties and pain are experienced. Crushing of the nerve fibers triggers increased secretion of calcitonin gene-related protein (CGRP) neuropeptides and substance P [16,17]. Subsequently, vasodilation of the capillaries occurs along with increased blood flow, plasma extravasation, leucocyte migration and production of numerous cytokines (Il1, TNFa, TNFb, INFg, PDGF). These substances or first messengers interact directly or indirectly
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Fig. 2: The main pathways of intracellular signaling following application of an orthodontic force. cutives a` l’application d’une force Fig. 2 : Principales voies de signalisation intracellulaire conse orthodontique.
with all the various paradental cells. They interact in autocrine or paracrine mode, in synergy with numerous substances produced by the target cells (prostaglandins, growth factors, cytokines). Additional first messengers are produced by the action of cytokines (substance P, Il1), stress or hormonal factors (parathormone). Arachidonic acid, which forms part of the cell membrane, is metabolized by either cyclooxygenase or lipooxygenase. During tooth movement, the applied stress induces stimulation of protein kinases triggered by the extracellular signals (ERK 1/2), which are responsible for activating the cyclooxygenase [18]. Arachidonic acid is then converted into thromboxane A2 and prostaglandin E1, I2, E2 (i.e. activators of bone resorption [19–21]), which play a key role in tooth movement [22]. All of these first messengers produced by the immune and nerve cells will go on to bind to the membrane receptors. The information is then converted into second messengers within the cell enzymes (protein kinases) thus enabling expression of the cell response (mobility, differentiation, proliferation, synthesis, secretion) (fig. 2).
The cAMP and cGMP pathways These second messengers are associated with remodeling processes [20]. The mechanical stimuli [15] or the hormones
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PDGF). Ces substances ou premiers messagers interagissent directement ou indirectement avec toutes les populations cellulaires paradentaires. Elles agissent selon un mode autocrine ou paracrine, en synergie avec de nombreuses substances produites par les cellules cibles (prostaglandines, facteurs de croissance, cytokines). D’autres premiers messagers apparaissent sous l’effet des cytokines (substance P, Il1), de la contrainte ou de facteurs hormonaux (parathormone). L’acide arachidonique, qui tabolise soit par la constitue la membrane cellulaire, est me nase, soit par la lipo-oxyge nase. cyclo-oxyge placement dentaire, la contrainte applique e induit la Lors du de ines kinases stimule es par les signaux stimulation de prote extracellulaires (ERK1/2), responsables de l’activation de la nase [18]. L’acide arachidonique est alors transcyclo-oxyge en thromboxanes A2 et en prostaglandines E1, I2, E2 forme sorption osseuse [19–21]) qui jouent un ro ^ le (activateurs la re dans le de placement dentaire [22]. cle L’ensemble de ces premiers messagers issus des cellules immunitaires et nerveuses va par la suite se lier aux cepteurs membranaires. Les informations sont alors re converties en seconds messagers au sein du cytoplasme cules interagissent alors avec des cellulaire. Ces mole ines kinases) permettant ainsi enzymes cellulaires (prote ponse cellulaire (mobilite , diffe renciation, l’expression de la re ration, synthe se, se cre tion) (fig. 2). prolife La voie de l’AMPC et du GMPC s aux phe nome nes de Ces seconds messagers sont associe caniques [15] ou les remodelage [20]. Les stimuli me
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interact at the cell membrane with a receptor coupled with a G-protein. This activated protein stimulates adenylate cyclase, which induces cAMP synthesis which will later be rapidly degraded. In turn, this second messenger activates socalled cAMP-dependent protein kinases. The latter activate or inhibit enzyme activity, thus modulating cell response (fig. 2). The mode of functioning of the cGMP produced by guanylate cyclase via the same mechanism is identical to that of cAMP. These second messengers play a key role in synthesizing nucleid acids and proteins, and in the secretion products of tphe cellular products (enzymes, cytokines). The phosphoinositide pathway [22] Responding to activation of certain membrane receptors, phosphatidylinositol, biphosphate (PIP2), is hydrolized into inositol triphosphate (IP3) and diacylglycerol (DAG). IP3 plays a dual role as mitogenic mediator in the mechanically deformed tissues by augmenting DNA synthesis and by enabling release of calcium from the cell storage sites (endoplasmic reticulum and Golgi apparatus).
hormones interagissent au niveau de la membrane cellulaire cepteur couple a` une prote ine G. Cette prote ine avec un re e stimule l’ade nylate cyclase qui induit la synthe se active grade e. Ce second d’AMPC qui sera par la suite rapidement de ines kinases dites AMPCmessager active a` son tour des prote pendantes. Ces kinases activent ou inhibent l’activite enzyde ponse cellulaire (fig. 2). matique, modulant ainsi la re ^me Le GMPC produit par la guanylate cyclase selon le me canisme pre sente un mode de fonctionnement identique me a` celui de l’AMPC. ^ le cle dans la synthe se Ces seconds messagers jouent un ro iques, des prote ines et dans les produits des acides nucle cre tions des produits cellulaires (enzymes, cytokines). se
This IP3 is then phosphorylated into IP4, which controls the entry of calcium into the cells. The DAG activates a protein kinase, which acts on transcription regulation factors and leads to cell proliferation (fig. 2).
La voie du phosphoı¨nositides [22] ponse a` l’activation de certains re cepteurs membraEn re naires, le phosphatidylinositol, biphosphate (PIP2), est hydro en inositol triphosphate (IP3) et diacyl glyce rol (DAG). lyse de un double ro ^ le de me diateur mitoge ne dans L’IP3 posse caniquement de forme s en augmentant la les tissus me se d’ADN et en permettant le relargage du calcium synthe ticulum endoplasa` partir des sites de stockage cellulaires (re mique et appareil de Golgi). en IP4 qui contro ^ le l’entre e du Cet IP3 est ensuite phosphoryle ine kinase calcium dans les cellules. Le DAG active une prote gulation de la transcription et qui agit sur des facteurs de re ration cellulaire (fig. 2). aboutit a` une prolife
Short term biological effects
Effets biologiques a` court terme
These occur during a long, 6-week phase of chronic infection characterized by proliferative phenomena involving fibroblasts, endothelial cells, osteoblasts, medullary cells and leucocytes. According to the model devised by Meikle [8], the effects differ according to the side in question.
riode d’inflammation chronique qui Ils correspondent a` une pe rise par des phe nome nes prolife ratifs impliquant se caracte liales, des oste oblastes, des fibroblastes, des cellules endothe dullaires et des leucocytes. Cette phase, des cellules me longue, persiste durant six semaines. le propose par Meikle [8], elle sera diffe rente Selon le mode ^ te conside re . selon le co
Tension side
^ te tension Co
The fibroblasts placed under tension synthesize cytokines (Il1, Il6) which stimulate enzymes, which break down the constituents of the extracellular matrix. The vascular endothelial growth factor (VEGF) produced by the activated fibroblasts initiates angiogenesis. Capillary proliferation is facilitated by the breakdown of the extracellular matrix. The fibroblasts differentiated into osteoblasts and the quiescent osteoblasts then synthesize the osteoid matrix and other structural proteins on entering into contact with alveolar bone.
tisent des cytokines (Il1, Les fibroblastes mis en tension synthe gradant les constituants de la Il6) qui stimulent des enzymes de lial matrice extracellulaire. Le facteur de croissance endothe (Vascular Endothelial Growth Factor [VEGF]) produit par les s initie l’angiogene se ; la prolife ration capilfibroblastes active tant facilite e par la de gradation de la matrice extracellulaire e rencie s en oste oblastes et les laire. Les fibroblastes diffe oblastes quiescents synthe tisent alors de la matrice oste oı¨de et d’autres prote ines structurales au contact de l’os oste olaire. alve
Osteoblastic differentiation
renciation oste oblastique Diffe
Osteoblasts are of mesenchymal origin and are very similar, cytologically, to fibroblasts. Morphologically speaking,
oblastes ont une origine me senchymateuse et sont Les oste s proches, cytologiquement, des fibroblastes. Le de tail tre
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Fig. 3: Mechanisms of osteoblast differentiation. canismes de diffe renciation oste oblastique. Fig. 3 : Me
— Cbfa-1, a transcription factor and early marker of osteoblastic differentiation; — osteocalcine, an inhibitor of osteoblastic activity [24]. This differentiation is governed by a large number of factors (BMP, TGFb, FGF2. . .) the mechanism of action of which has not yet been clearly established (fig. 3). The fibroblasts bound to the extracellular matrix would appear to undergo cytoskeletal changes subsequent to stretching of the ligament. These variations are thought to be responsible for activating transcription factors via kinases initiated by extracellular signals [25]. Cbfa-1 regulates the expression of osteocalcine, which is only expressed in differentiated osteoblasts. Cbfa-1 fixation sites are present in the regulating sequences of most genes involved in the development of the extracellular matrix [26], thus establishing the fundamental role played by those cells in the production of the latter.
cifique a` l’oste oblaste re side dans la forme morphologique spe de la matrice extracellulaire qui est progressivement minralise e. Tous les ge nes exprime s par les fibroblastes sont e ` l’inverse, galement pre sents dans les oste oblastes [23]. A e oblastes pre sentent deux ge nes qu’ils ne partagent les oste pas avec les fibroblastes : coce de la — Cbfa-1, facteur de transcription et marqueur pre renciation oste oblastique ; diffe ocalcine, inhibiteur de l’activite oste oblastique [24]. — oste renciation est contro ^ le e par de nombreux facteurs Cette diffe canisme d’action n’a pas (BMP, TGFb, FGF2. . .) dont le me te totalement identifie (fig. 3). Les fibroblastes lie s encore e a` la matrice extracellulaire subiraient des modifications de leur cutives a` l’e tirement du ligament. Ces cytosquelette, conse variations seraient a` l’origine de l’activation de facteurs de diaire de kinases stimule es par les transcription par l’interme signaux extracellulaires [25]. gule l’expression de l’oste ocalcine qui ne s’exprime Cbfa-1 re oblastes diffe rencie s. Des sites de fixation que chez les oste quences re gulatrices de la plude Cbfa-1 existent dans les se nes implique s dans l’e laboration de la matrice part des ge ^ le fondamental de ces celextracellulaire [26], prouvant le ro re. lules dans la production de cette dernie
Pressure side
^ te pression Co
Different compression areas appear at different points on the ligament. The interruption of blood flow in certain regions
rentes re gions de compression apparaissent a` diffe rents Diffe niveaux du ligament. L’interruption du flux sanguin dans
osteoblasts are distinguished by the shape of their extracellular matrix, which is progressively mineralized. All the genes expressed by fibroblasts are also found in osteoblasts [23]. In contrast, osteoblasts present two genes which they do not have in common with fibroblasts:
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promotes apoptosis and the appearance of acellular hyalinic areas, which impede tooth movement. The compacted fibroblasts synthesize cytokines (Il1, Il6) thus favoring monocyte diapedesis and expression by osteoblasts of the RANKL ligand which is involved in osteoclastic differentiation. The monocyte cells go on to form multinucleated giant cells expressing the RANK receptor. They are then activated into functional osteoclasts on contact with the osteoblasts expressing RANKL. Resorption will occur directly on contact with the hyalinic areas (lateral or frontal direct resorption) or from the medullary spaces at a distance from these acellular areas (indirect or undermining resorption). Movement can only resume once the necrotic tissue has been eliminated from the medullary spaces (indirect resorption) or from the viable spaces on the ligament (undermining resorption) [22].
certaines zones favorise l’apoptose et l’apparition de zones placement dentaire. hyalines acellulaires, bloquant ainsi le de s synthe tisent des cytokines (Il1, Il6) Les fibroblastes comprime de se de monocytes et l’expression, par qui favorisent la diape oblastes, du ligand RANKL intervenant dans la les oste renciation oste oclastique. Les cellules monocytaires vont diffe antes multinucle e es exprimant le former des cellules ge cepteur RANK. Elles vont alors s’activer en oste oclastes re oblastes exprimant RANKL. fonctionnels au contact des oste sorption va se produire directement au contact des zones La re sorption directe late rale ou frontale) ou a` partir des hyalines (re dullaires a` distance de ces zones acellulaires espaces me sorption indirecte ou sapante). (re placement ne peut se faire qu’apre s La reprise du de limination du tissu ne crotique depuis les espaces me dullaires e sorption indirecte) ou depuis les espaces viables du liga(re sorption sapante) [22]. ment (re
Differentiation and osteoclastic regulation
renciation et re gulation oste oclastique Diffe
Osteoclasts are tissue-specific macrophages generated by the differentiation of premonocytes and macrophages at bone level (fig. 4). The differentiation factors are produced by stromal cells:
oclastes sont des macrophages « tissus Les oste cifiques » issus de la diffe renciation des pre monocytes spe et macrophages au niveau de la surface osseuse (fig. 4). renciation sont produits par les cellules Les facteurs de diffe stromales : — le CSF1 ; cepteur activateur du facteur nucle aire kappa — le ligand du re B (RANKL) [27] ;
— CSF1; — the activator receptor of the nuclear factor kappa B (RANKL) ligand [27];
Fig. 4: Mechanisms and molecules involved in osteoclast differentiation (from Lacey) [29]). canismes et mole cules implique es dans la diffe renciation oste oclastique (d’apre s Fig. 4 : Me Lacey [29]).
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— Cathepsin K and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), enzymes which enable bone resorption; — CGRP and integrin b3 which are involved in fixation of the osteoclast on the bone matrix [29]. The osteoclasts differentiate, polarize and undergo structural changes (rearrangement of the actin cytoskeleton, appearance of tight gap junctions between the cells and the bone surface. . .) in response to the activation of RANK by RANKL. They then attach to the bone matrix to be resorbed at integrins a5b3, thus creating a resorption vacuole, which is a compartment that has been acidified by the production of H+ ions and in which are secreted the TRAP and the Cathespin K. The breakdown products (Ca2+, PO43+, collagen) are processed inside the osteoclasts and released into the bloodstream [28].
cepteur activateur du facteur nucle aire kappa — le ligand du re oblastes et les cellules de la B (RANKL) produit par les oste e T [28] et similaire a` la cytokine TNF. ligne matopoı¨e tiques ne cessaires et suffiCe sont des facteurs he oclastogene se et a` l’expression du re cepteur sants a` l’oste RANK (semblable a` celui des TNF) a` la surface des cellules matopoı¨e tiques [8]. he nes caracte risCes deux facteurs activent l’expression des ge e oste oclastique a` l’origine de la production tiques de la ligne de : sistante — la cathepsine K et la phosphatase acide tartrate re sorption osseuse ; (TRAP), enzymes permettant la re grine b3 qui permettent la fixation de — CGRP et l’inte oclaste sur la matrice osseuse [29]. l’oste oclaste se diffe rencie, se polarise et subit des changeL’oste arrangement du cytosquelette d’actine, ments structurels (re es entre les cellules et la surface apparition de jonctions serre ponse a` l’activation de RANK par RANKL. osseuse. . .) en re oclastes se fixent alors sur la matrice osseuse Les oste sorber au niveau des inte grines a5b3, cre ant ainsi une a` re sorption qui est un compartiment rendu acide vacuole de re cre te es la TRAP et la par la production d’ions H+ et ou` sont se gradation (Ca2+, PO43+, colcathepsine K. Les produits de de ne) sont traite s a` l’inte rieur de l’oste oclaste et relargue s lage dans le sang [28].
Long-term biological effects
Effets biologiques a` long terme
When the compressive stress ceases, the cell cycle is reversed and the osteoclasts disappear giving way to osteoblasts. The latter generate the osteoid matrix, which will later be mineralized by osteocytes. Once the initial tissue balance has been restored, cell reactions stop.
Lorsque la contrainte cesse, il se produit alors une inversion oclastes disparaissent, laisdans le cycle cellulaire et les oste oblastes. Les oste oblastes produisent la sant place aux oste oı¨de, qui sera par la suite mine ralise e par les matrice oste ocytes. Lorsque l’e quilibre tissulaire de de part est retrooste , les re actions cellulaires s’arre ^ tent. uve
Osteoclast inhibition
oclastes Inhibition des oste
Osteoclasts remain active as long as the adjacent cells are producing RANKL. Influenced by hormonal anabolic and antiresorptif agents (calcitonin, estrogens), immunological agents (Il17, Il4, PDGF, TGFb) or inorganic substances (calcium), osteoblasts produce and secrete osteoprotegerin (OPG). This molecule is a lure, which binds to RANKL, thus preventing it from binding to its RANK transmembrane receptor (fig. 5).
oclastes restent actifs tant que les cellules adjacentes Les oste produisent RANKL. Sous l’influence de facteurs anaboliques sorptifs hormonaux (calcitonine, estroge nes), immuet antire nologiques (Il17, Il4, PDGF, TGFb) ou inorganiques (calcium), oblastes produisent et se cre tent de l’oste oprote ge rine les oste cule est un leurre qui se lie a` RANKL, empe ^(OPG). Cette mole cepteur transmembranaire chant ainsi sa fixation sur son re RANK (fig. 5). oblastes jouent donc un ro ^ le cle au cours des Les oste nome nes osseux car ils interviennent a` la fois dans l’actiphe oclastogene se, l’inhibition de la re sorption et la vation de l’oste se d’une ne omatrice osseuse. synthe s cette pe riode initiale, apparaıˆt une phase d’adaptation Apre cellulaire pendant laquelle le rythme du remaniement osseux . Cette acce le ration est lie e a` la pre sence de est augmente s actives. Ce phe nome ne est appele nombreuses cellules tre le « Regional Acceleratory Phenomenon » (RAP) [30].
— the activator receptor of the nuclear factor ligand produced by the osteoblasts and the T line cells [28] and similar to the TNF cytokine. These are essential and sufficient hemopoietic factors for osteoclastogenesis and expression of the RANK receptor (similar to that of TNF) at the surface of the hemopoietic cells [8]. These two factors activate the expression of the genes characteristic of the osteoclastic line which produces:
Consequently, osteoblasts play a key role in bone-related phenomena as they are involved in osteoclastogenesis, resorption inhibition and synthesis of a bony neomatrix. Following this initial period, there is a stage of cell adaptation during which the rate of bone remodelling increases. This acceleration process, termed Regional Acceleratory Phenomenon (RAP) [30], is linked to the presence of numerous highly active cells.
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The fundamentals of tooth movement
placement dentaire : bases fondamentales Le de
Fig. 5: Mechanisms and molecules involved in osteoclast inhibition (from Lacey [29]). canismes et mole cules implique s dans l’inhibition oste oclastique (d’apre s Lacey [29]). Fig. 5 : Me
Recent advances in the various areas of biology have led to a better understanding of the mechanisms involved in orthodontic movement. Depending on the stage of tooth movement, different cell–cell and extracellular cell–matrix interactions occur, which determine the form taken by bone and ligament remodelling. Ongoing research is attempting to uncover the molecular interactions and the impact of the relationships between genes and transcription factors on controlling bone and ligament remodeling. Enhanced knowledge regarding cellular interactions and the mechanisms regulating these phenomena could lead to more effective orthodontic treatment and avert undesirable side-effects such as ankylosis and root resorption.
centes avance es dans les diffe rents domaines de la Les re hension des biologie ont permis une meilleure compre canismes implique s dans les mouvements orthodontiques. me placement dentaire, il se produit Selon le stade du de rentes interactions cellules–cellules et cellules–matrice diffe terminant les modalite s du remodelage extracellulaire de osseux et ligamentaire. La recherche actuelle s’attache terminer les interactions mole culaires et l’importance a` de nes et les facteurs de transcriptions des relations entre les ge ^ le du remodelage osseux et ligamentaire. dans le contro lioration de nos connaissances sur les interactions celL’ame canismes de re gulation de ces phe nome nes lulaires et les me des the rapeutiques pourrait permettre d’accroıˆtre l’efficacite venir la survenue d’effets de le te res orthodontiques et de pre sorptions radiculaires. tels que l’ankylose ou les re
Conflicts of interest
re ^t Conflits d’inte
None.
Aucun.
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References/References 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
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Original article Article original
The fundamentals of tooth movement placement dentaire : bases fondamentales Le de Michel LE GALLa,, Julien SASTREb a
Faculte d’odontologie de Marseille, h^opital de La Timone, 264, rue Saint-Pierre, 13005 Marseille, France b 5, rue Henri-Cheneaux, 13008 Marseille, France Available online: 12 March 2010 / Disponible en ligne : 12 mars 2010
Summary
sume Re
Advances in the field of molecular phenomena have led to a fuller understanding of the mechanisms at work in tooth movement. The forces applied by orthodontic devices are converted into cellular signals via the deformation of the bony walls and the inflammatory reaction they trigger. In turn, the numerous cytokines, which are created by this process activate other messengers which differentiate, activate and inhibit the different cell populations involved in tooth movement. Ó 2010 CEO. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved
dans la connaissance des phenom Les progres enes moleculaires permettent une meilleure comprehension des mecanismes concourant au deplacement dentaire. Les forces par les dispositifs orthodontiques sont converties appliquees en signaux cellulaires par la flexion des parois osseuses et la reaction inflammatoire qu’elles creent. Les nombreuses cytokines ainsi produites vont a` leur tour activer d’autres messa gers responsables de la differenciation, de l’activation et de l’inhibition des differentes populations cellulaires impliquees dans le deplacement dentaire. Ó 2010 CEO. E´dite´ par Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s
Key-words
s Mots-cle
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Inflammation. Cytokine. Osteoclast. Osteoblast. Force.
Tooth movement is the basis of all orthodontic treatment. The physiological phenomena triggered by this process are complex, involving remodeling of both dental and periodontal tissues. Orthodontic tooth movement results from a biological response to a disruption of the physiological balance of the dentofacial complex. The purpose of all the resulting cellular phenomena is to restore a momentarily disrupted equilibrium by the application of a force.
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Inflammation. Cytokine. oclaste. Oste oblaste. Oste Force.
placement dentaire est la base de tout traitement orthoLe de nome nes physiologiques qu’il provoque dontique et les phe sont complexes, associant un remodelage des tissus denridentaires. Le de placement orthodontique est le taires et pe sultat d’une re ponse biologique vis-a`-vis d’une perturbation re quilibre physiologique du complexe dentofacial. de l’e nome nes cellulaires qui vont alors surveL’ensemble des phe er un e quilibre momentane ment nir ont pour but de recre par l’application d’une force. perturbe
Correspondence and reprints / Correspondance et tires a` part. e-mail addresses / Adresses e-mail : [email protected] (Michel LE GALL), [email protected] (Julien SASTRE).
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Over the past few years, research into tooth movement has not been confined to understanding how cells behave but has endeavored to explore the impact and molecular regulation of these phenomena, which involve numerous substances such as arachidonic acid, growth factors, colony stimulating factors (CSF), cytokines and neurotransmitters. From a technical standpoint, advances in the field of technical metals have made available a wide selection of wires, which permit the use of optimal forces [1]. From the biological viewpoint, the tissue response observed during orthodontic movement is dependent upon numerous factors, which can be either treatment-related (type of movement, duration of force application, type of treatment) or constitutional (type of bone, root shape. . .) [2]. The aim of this article is to review the fundamental principles behind bone remodelling, which is indispensable when performing rapid and harmonious tooth movements, whilst respecting the physiological limits in order to avoid undesirable repercussions (root resorption or ankylosis) or relapses.
res anne es, l’e tude du de placement denDepuis ces dernie hension des me canismes taire ne se limite plus a` la compre sormais a` de terminer l’influence cellulaires mais s’attache de gulation mole culaire de ces phe nome nes ou` intervienet la re nent de multiples substances, telles que l’acide arachidonique, les facteurs de croissance, les colony stimulating factors (CSF), les cytokines ou les neurotransmetteurs. s me talotechniques D’un point de vue technique, les progre sormais un large choix de fils permettant d’utiliser offrent de placement hardes forces optimales compatibles avec un de monieux [1]. ponse tissulaire observe e au D’un point de vue biologique, la re placement orthodontique de pend de nombreux cours du de rapeutiques (type de mouvements, dure e d’applifacteurs the cation des forces, type de traitement) ou constitutionnels (type d’os, forme des racines. . .) [2]. es fondamenLe but de cet article est de rappeler les donne aliser des tales du remaniement osseux, indispensable pour re placements dentaires rapides et harmonieux, tout en de venir les restant dans des limites physiologiques afin de pre quelles (re sorptions radiculaires ou ankylose) ou les se cidives. re
The kinetics of tooth movement
tique du de placement dentaire Cine
Baron [3] devised a tooth movement model, which he divided into three stages: — an initial phase (24–48 h) during which tooth movement is rapid, immediate, but very slight within the alveolar socket;
une mode lisation du de placement denBaron [3] a propose taire qu’il divise en trois phases : — la « phase initiale » (24 h–2 j) correspond a` un mouvement diat et de faible amplitude de la dent au sein de rapide, imme ole ; son alve riode de latence » (20–30 j) lui fait suite et se car— la « pe rise par un de placement dentaire faible ou nul. Cette acte nome ne de hyalinisation du ligaphase correspond a` un phe olodentaire dans les zones de compression. Aucun ment alve te du mouvement ne se produit jusqu’a` la disparition comple crotique par re sorption directe (late rale ou frontale) ou tissu ne indirecte ; riode de post-latence » termine le de placement jus— la « pe qu’a` l’activation suivante. Au cours de cette phase, le taux de placement augmente graduellement ou subitement. de un nouveau mode le [4,5] dans D’autres auteurs ont propose riode de post-latence en deux lequel ils scindent la pe ` composant le de placement en quatre temps. A phases, de la suite de la phase de latence succede une troisieme riode au cours de laquelle le tissu ne crotique est e limine . pe viction se poursuit par la suite au cours d’une quaCette e me e tape. Ces troisie me et quatrie me phases regroupent trie placement dentaire au cours d’un la majeure partie du de traitement orthodontique.
— a latency period (20–30 days), which follows and which is marked by slight or zero movement. This phase corresponds with the hyalinisation of the dentoalveolar ligament in the areas of compression. No movement occurs until the necrotic tissue has been completely eliminated by direct (lateral or frontal) or indirect resorption; — the post-latency phase completes the displacement until the next activation. During this phase, the speed of movement increases, gradually or abruptly. Other authors have put forward a new model [4,5] in which they divide the post-latency period into two phases, thus dividing the movement into four stages. Following the latency period, there is a third stage during which the necrotic tissue is eliminated. The elimination continues throughout a fourth stage. These third and fourth phases are when most of the tooth movement occurs during orthodontic treatment.
Immediate biological effects
diats Effets biologiques imme
Two main theories can help explain the initiation of tooth movement.
ories principales expliquant l’initiation du Il existe deux the mouvement dentaire.
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The pressure/tension theory
orie de la pression/tension The
An applied force differentiates two sides of the periodontium [6,7]: — the pressure side, opposite to the applied force, undergoes disorganization of the dentoalveolar ligament associated with a reduction in both the number of fibers produced and the cellular replication resulting from vascular constriction combined with a loss of fundamental substance on the tension side;
According to this theory, the variation in PDL width modifies the cells and increases their activity.
rencie deux co ^te s au niveau parL’application d’une force diffe odontal [6,7] : ^ te pression, oppose a` l’application de la force, — le co rise par une de sorganisation du ligament se caracte olodentaire avec une diminution de la production de alve plication cellulaire due a` la constriction fibres et de la re ^ te vasculaire et une fuite de la substance fondamentale du co tension ; ^ te tension ou` le ligament s’e largit, mettant en tension — le co les fibres desmodontales. Il se produit une stimulation de la plication cellulaire, une augmentation de l’activite prolife rare ventuelle de la production de tive [8] avec augmentation e po ^t de cristaux d’hydroxyapatite. Il apparaıˆt fibres et de galement des zones d’oste oclasie dans les espaces e dullaires visant a` maintenir constante l’e paisseur du ligame ment [3]. e ne doit pas de passer la pression du lit La force applique vasculaire (20 a` 25 g/cm2) [9] sous peine de provoquer un tranglement et une suffocation parodontale a` l’origine d’une e crose. Si la force applique e est trop importante, la dent ne ant des zones de pression tre s entre en contact avec l’os, cre intenses et l’apparition de zones hyalines qui seront par la sorbe es de fa¸con indirecte a` partir des espaces suite re dullaires adjacents. me Selon ce concept, la variation de largeur du desmodonte . change la population cellulaire et augmente son activite
The theory of alveolar bone deformation
orie de la courbure de l’os alve olaire The
The applied force bends the bone, the solid structures of the dentoalveolar ligament and the tooth [10]. Bone is more elastic than the other above-mentioned structures and bends more readily, generating an electric flux in which the electrons are displaced from one crystalline mesh to another, a phenomenon known as piezo-electricity. Deformation of the alveolar bone involves two surfaces: — the concave side, which is electronegative and stimulates osteoblastic activity; — the convex side, which is electropositive and promotes osteoclastic activity. It is thought that these currents may polarize the molecules which could possibly interact with specific membrane sites or move ions through cell membranes.
e courbe l’os, les structures solides du La force applique olodentaire et la dent [10]. L’os est plus ligament alve lastique que les structures pre ce demment cite es et se e ant un flux e lectrique ou` les e lectrons courbe plus vite, cre place s d’une maille cristalline a` l’autre : c’est le sont de nome ne de piezoe lectricite . La flexion de l’os alve olaire phe rencie deux faces : diffe lectrone gative, qui stimule l’activite — l’une concave, e oblastique ; oste lectropositive, qui favorise l’activite — l’autre convexe, e oclastique. oste lectriques pourraient polariser les mole cules Ces courants e cifiqui interagiraient avec certains sites membranaires spe ques ou mobiliseraient des ions au travers des membranes cellulaires. Le processus bioactif qui se produit par la suite implique le turn-over et le renouvellement des cellules et des fracnome ne est d’autant tions inorganiques de l’os [11]. Ce phe plus important que l’os est maintenu dans une position courbe. ponses bioe lectriques (piezoe lectricite et propagation Les re es lors de la courbure de l’os peuvent des potentiels) propage ^ le central en tant que premier messager cellulaire jouer un ro [12,13].
— the tension side where the ligament gets thicker, thus tautening the desmodontal fibers. Cell replication is stimulated and proliferation occurs [8] associated with a possible augmentation of fiber production and depositing of hydroyapatite crystals. In addition, osteoclastic areas develop in the medullary spaces in an attempt to maintain constant thickness of the ligament [3]. The applied force should not exceed the pressure on the vascular bed (20 to 25 g/cm2) [9], failing which periodontal strangling and suffocation will lead to necrosis. If excessive force is applied, the tooth comes into contact with the bone creating areas of extreme pressure and hyalinised zones, which will later be resorbed indirectly by the adjacent medullary spaces.
The bioactive process, which then occurs, involves the turnover and renewal of bone cells and other inorganic constituents [11]. This process is all the more pronounced as the bone is maintained in a bent position. The bioelectric responses (piezo-electricity and propagation of potentials) triggered during bone bending could play an essential role as primary cell messengers [12,13].
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Transformation of the force into a cellular response
ponse cellulaire Transformation de la force en re
Bone remodeling follows an ARIF cycle in which the different phases succeed one another always in the same way within functional units (fig. 1): — the activation phase (A), involving the release of collagenases by the fibroblasts and the displacement of the osteoblasts to allow them access to the bone surface;
Le remodelage osseux se fait selon un cycle ARIF ou` les rentes phases se succe dent toujours de la me ^me manie re diffe s fonctionnelles (fig. 1) : au sein d’unite ration de — la phase d’activation (A), qui correspond a` la libe nases par les fibroblastes et au de placement des collage oblastes pour permettre l’acce s des oste oblastes a` la suroste face osseuse ; sorption (R), qui se caracte rise par la — la phase de re sence d’oste oclastes fonctionnels qui se fixent sur la pre sorber en cre ant un compartiment acide matrice osseuse a` re tanche ; e oclastes quittent la — la phase d’inversion (I), ou` les oste sorption pour laisser place aux oste oblastes ; lacune de re — la phase de formation (F), qui correspond au comblement oı¨de synthe tise par les de la lacune par du tissu oste oblastes qui deviennent par la suite des oste ocytes, minoste ralisant ce tissu ne oforme . e quilibre tissulaire est retrouve , les re actions s’arre ^Lorsque l’e tat de repos s’installe (fig. 1). tent. L’e sent et se reproduit a` l’identique de fa¸con Ce cycle est pre physiologique chez tous les individus, a` chaque activation activation. La balance entre formation et re sorption ou re quilibre le plus souvent et le mate riel dentaire re sorbe au s’e res phases est inte gralement remplace . cours des premie Cependant, ce cycle peut subir des modifications : — la phase d’inversion peut ne pas se produire, induisant une perte osseuse et une maladie parodontale et/ou un vieillissement ; se quilibre peut e ^tre positif, cor— et dans de rares cas, le de nome ne de croissance. respondant a` un phe
— the resorption phase (R), which is marked by the presence of functional osteoclasts, which fix onto the bone matrix to be resorbed by creating a sealed acid compartment; — the inversion phase (I), in which the osteoclasts leave the resorbed area and give way to the osteoblasts; — the formation phase (F), in which the resorbed lacunae are filled with osteoid tissue synthesized by the osteoblasts, which later turn into osteocytes and mineralize the newly-formed tissue. Once the tissue balance has been restored, the reactions cease and a state of rest prevails (fig. 1). This cycle occurs and is reproduced in identical physiological fashion in all individuals at every activation or reactivation. A balance between formation and resorption is most often achieved and the tooth material resorbed during the initial stages is entirely replaced. However, this cycle can undergo modifications: — the inversion phase may not occur, leading to bone loss and periodontal disease and/or aging of the tissues; — and, in rare cases, the imbalance can be positive, corresponding to the growth process.
Fig. 1: ARIF cycle (from Baron [3]). s Baron [3]). Fig. 1 : Cycle ARIF (d’apre
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The fundamentals of tooth movement
placement dentaire : bases fondamentales Le de
The conversion of mechanical stress into cellular response [14] will occur either: — by mechanotransduction; — or following an inflammatory reaction. Although separated in time, these two phenomena occur every time and on each activation.
canique en re ponse cellulaire La conversion d’un stress me [14] va se faire : canotransduction ; — soit par me action inflammatoire. — soit par re cale s dans le temps, ces deux phe nome nes appaBien que de raissent a` chaque fois et a` chaque activation.
Mechanotransduction
canotransduction Me
This process is the most physiological response to take place during normal bone growth and remodeling. It constitutes the primary response to the application of a force inducing polarization of the tissues following deformation of the alveolar bone. Applying stress gives rise to structural and functional variations in the proteins in the extracellular matrix, the cytoskeleton and the cell membranes, thus modifying their permeability to certain ions. These changes expose focal fixation sites to which are bound the integrins a3b5, which are transmembrane cell proteins. The molecules ensure the liaison between the deformed extracellular matrix and the cytoskeletal proteins. This fixation permits the mechanical deformation of the cells effected by:
sente la re ponse la plus physiologique pouvant surElle repre venir avec une croissance et un remodelage normal de l’os. ponse primaire a` l’application d’une force en Elle constitue la re induisant une polarisation des tissus a` la suite de la courbure olaire. de l’os alve L’application d’une contrainte est responsable de variations ines de la matrice structurelles et fonctionnelles des prote extracellulaire, du cytosquelette et des membranes cellulaires abilite a` certains ions. modifiant leur perme Ces modifications exposent des sites de fixation focale ou` se grines a3b5, prote ines cellulaires transmembralient les inte cules assurent la liaison entre la matrice naires. Ces mole forme e et les prote ines du cytosquelette. extracellulaire de formation me canique des cellules Cette fixation permet la de e par : assure — le cytosquelette et les voies de signalement intracellulaire ; canosensibles ou che mosensibles — les canaux ioniques me cepteurs couple s a` la prote ine [15], les phospholipides et les re nylate cyclase qui stimule a` son tour des G activant l’ade ines kinases et participent, au niveau nucle aire, a` la prote ponse cellulaire. re rentes Les cellules qui remplissent cette fonction sont diffe re e. Ainsi, pour le ligament selon la structure conside olodentaire, cette fonction est de volue aux fibroblastes. alve olaire, les oste ocytes sont les cellules Pour l’os alve canosensibles [8]. me
— the cytoskeleton and the intracellular signaling pathways; — the mechanosensitive or chemosensitive ion channels [15], the phospholipids and the receptors coupled with the adenylate cyclase activating G-protein which, in turn, stimulates protein kinases and is involved, at nuclear level, in cell response. The cells, which fulfil this function, differ according to the structure under consideration. Thus, in the dentoalveolar ligament, this function is performed by the fibroblasts. In alveolar bone, the osteocytes are the mechanosensitive cells [8]. Inflammatory reaction
action inflammatoire Re
Inflammatory reaction is the commonest signaling pathway. Caused by tissue changes following application of orthodontic force, it brings into play numerous signaling molecules.
quente Elle constitue la voie de signalisation la plus fre sultant de l’alte ration des tissus par l’application de la force re cules de orthodontique et mettant en jeu de nombreuses mole signalisation. oblastes, des proge niteurs des Le recrutement des oste oclastes et les phe nome nes d’extravasation et de chimiooste butent dans les zones de tension et de pression du tactisme de tirement desmodonte a` la suite de la compression et de l’e dans ces zones des fibres et des cellules. coce du de placement est une re action inflammaLa phase pre € au cours de laquelle apparaissent une ge ^ne fonctoire aigue crasement des tionnelle et une sensation douloureuse. L’e cre tion fibres nerveuses entraıˆne une augmentation de la se de neuropeptides calcitonin gene-related protein (CGRP) et de substance P [16,17]. Par la suite, il se produit une vasodilatation des capillaires, une augmentation du flux sanguin, une extravasation de plasma, une migration de leucocytes et la production de nombreuses cytokines (Il1, TNFa, TNFb, INFg,
Recruitment of osteoblast and osteoclast progenitors and the processes of extravasation begin following compression and stretching in the areas of tension and pressure of the PDL of the desmodontal fibers and tissues. The initial movement phase is marked by an acute inflammatory reaction during which functional difficulties and pain are experienced. Crushing of the nerve fibers triggers increased secretion of calcitonin gene-related protein (CGRP) neuropeptides and substance P [16,17]. Subsequently, vasodilation of the capillaries occurs along with increased blood flow, plasma extravasation, leucocyte migration and production of numerous cytokines (Il1, TNFa, TNFb, INFg, PDGF). These substances or first messengers interact directly or indirectly
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Fig. 2: The main pathways of intracellular signaling following application of an orthodontic force. cutives a` l’application d’une force Fig. 2 : Principales voies de signalisation intracellulaire conse orthodontique.
with all the various paradental cells. They interact in autocrine or paracrine mode, in synergy with numerous substances produced by the target cells (prostaglandins, growth factors, cytokines). Additional first messengers are produced by the action of cytokines (substance P, Il1), stress or hormonal factors (parathormone). Arachidonic acid, which forms part of the cell membrane, is metabolized by either cyclooxygenase or lipooxygenase. During tooth movement, the applied stress induces stimulation of protein kinases triggered by the extracellular signals (ERK 1/2), which are responsible for activating the cyclooxygenase [18]. Arachidonic acid is then converted into thromboxane A2 and prostaglandin E1, I2, E2 (i.e. activators of bone resorption [19–21]), which play a key role in tooth movement [22]. All of these first messengers produced by the immune and nerve cells will go on to bind to the membrane receptors. The information is then converted into second messengers within the cell enzymes (protein kinases) thus enabling expression of the cell response (mobility, differentiation, proliferation, synthesis, secretion) (fig. 2).
The cAMP and cGMP pathways These second messengers are associated with remodeling processes [20]. The mechanical stimuli [15] or the hormones
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PDGF). Ces substances ou premiers messagers interagissent directement ou indirectement avec toutes les populations cellulaires paradentaires. Elles agissent selon un mode autocrine ou paracrine, en synergie avec de nombreuses substances produites par les cellules cibles (prostaglandines, facteurs de croissance, cytokines). D’autres premiers messagers apparaissent sous l’effet des cytokines (substance P, Il1), de la contrainte ou de facteurs hormonaux (parathormone). L’acide arachidonique, qui tabolise soit par la constitue la membrane cellulaire, est me nase, soit par la lipo-oxyge nase. cyclo-oxyge placement dentaire, la contrainte applique e induit la Lors du de ines kinases stimule es par les signaux stimulation de prote extracellulaires (ERK1/2), responsables de l’activation de la nase [18]. L’acide arachidonique est alors transcyclo-oxyge en thromboxanes A2 et en prostaglandines E1, I2, E2 forme sorption osseuse [19–21]) qui jouent un ro ^ le (activateurs la re dans le de placement dentaire [22]. cle L’ensemble de ces premiers messagers issus des cellules immunitaires et nerveuses va par la suite se lier aux cepteurs membranaires. Les informations sont alors re converties en seconds messagers au sein du cytoplasme cules interagissent alors avec des cellulaire. Ces mole ines kinases) permettant ainsi enzymes cellulaires (prote ponse cellulaire (mobilite , diffe renciation, l’expression de la re ration, synthe se, se cre tion) (fig. 2). prolife La voie de l’AMPC et du GMPC s aux phe nome nes de Ces seconds messagers sont associe caniques [15] ou les remodelage [20]. Les stimuli me
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interact at the cell membrane with a receptor coupled with a G-protein. This activated protein stimulates adenylate cyclase, which induces cAMP synthesis which will later be rapidly degraded. In turn, this second messenger activates socalled cAMP-dependent protein kinases. The latter activate or inhibit enzyme activity, thus modulating cell response (fig. 2). The mode of functioning of the cGMP produced by guanylate cyclase via the same mechanism is identical to that of cAMP. These second messengers play a key role in synthesizing nucleid acids and proteins, and in the secretion products of tphe cellular products (enzymes, cytokines). The phosphoinositide pathway [22] Responding to activation of certain membrane receptors, phosphatidylinositol, biphosphate (PIP2), is hydrolized into inositol triphosphate (IP3) and diacylglycerol (DAG). IP3 plays a dual role as mitogenic mediator in the mechanically deformed tissues by augmenting DNA synthesis and by enabling release of calcium from the cell storage sites (endoplasmic reticulum and Golgi apparatus).
hormones interagissent au niveau de la membrane cellulaire cepteur couple a` une prote ine G. Cette prote ine avec un re e stimule l’ade nylate cyclase qui induit la synthe se active grade e. Ce second d’AMPC qui sera par la suite rapidement de ines kinases dites AMPCmessager active a` son tour des prote pendantes. Ces kinases activent ou inhibent l’activite enzyde ponse cellulaire (fig. 2). matique, modulant ainsi la re ^me Le GMPC produit par la guanylate cyclase selon le me canisme pre sente un mode de fonctionnement identique me a` celui de l’AMPC. ^ le cle dans la synthe se Ces seconds messagers jouent un ro iques, des prote ines et dans les produits des acides nucle cre tions des produits cellulaires (enzymes, cytokines). se
This IP3 is then phosphorylated into IP4, which controls the entry of calcium into the cells. The DAG activates a protein kinase, which acts on transcription regulation factors and leads to cell proliferation (fig. 2).
La voie du phosphoı¨nositides [22] ponse a` l’activation de certains re cepteurs membraEn re naires, le phosphatidylinositol, biphosphate (PIP2), est hydro en inositol triphosphate (IP3) et diacyl glyce rol (DAG). lyse de un double ro ^ le de me diateur mitoge ne dans L’IP3 posse caniquement de forme s en augmentant la les tissus me se d’ADN et en permettant le relargage du calcium synthe ticulum endoplasa` partir des sites de stockage cellulaires (re mique et appareil de Golgi). en IP4 qui contro ^ le l’entre e du Cet IP3 est ensuite phosphoryle ine kinase calcium dans les cellules. Le DAG active une prote gulation de la transcription et qui agit sur des facteurs de re ration cellulaire (fig. 2). aboutit a` une prolife
Short term biological effects
Effets biologiques a` court terme
These occur during a long, 6-week phase of chronic infection characterized by proliferative phenomena involving fibroblasts, endothelial cells, osteoblasts, medullary cells and leucocytes. According to the model devised by Meikle [8], the effects differ according to the side in question.
riode d’inflammation chronique qui Ils correspondent a` une pe rise par des phe nome nes prolife ratifs impliquant se caracte liales, des oste oblastes, des fibroblastes, des cellules endothe dullaires et des leucocytes. Cette phase, des cellules me longue, persiste durant six semaines. le propose par Meikle [8], elle sera diffe rente Selon le mode ^ te conside re . selon le co
Tension side
^ te tension Co
The fibroblasts placed under tension synthesize cytokines (Il1, Il6) which stimulate enzymes, which break down the constituents of the extracellular matrix. The vascular endothelial growth factor (VEGF) produced by the activated fibroblasts initiates angiogenesis. Capillary proliferation is facilitated by the breakdown of the extracellular matrix. The fibroblasts differentiated into osteoblasts and the quiescent osteoblasts then synthesize the osteoid matrix and other structural proteins on entering into contact with alveolar bone.
tisent des cytokines (Il1, Les fibroblastes mis en tension synthe gradant les constituants de la Il6) qui stimulent des enzymes de lial matrice extracellulaire. Le facteur de croissance endothe (Vascular Endothelial Growth Factor [VEGF]) produit par les s initie l’angiogene se ; la prolife ration capilfibroblastes active tant facilite e par la de gradation de la matrice extracellulaire e rencie s en oste oblastes et les laire. Les fibroblastes diffe oblastes quiescents synthe tisent alors de la matrice oste oı¨de et d’autres prote ines structurales au contact de l’os oste olaire. alve
Osteoblastic differentiation
renciation oste oblastique Diffe
Osteoblasts are of mesenchymal origin and are very similar, cytologically, to fibroblasts. Morphologically speaking,
oblastes ont une origine me senchymateuse et sont Les oste s proches, cytologiquement, des fibroblastes. Le de tail tre
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Fig. 3: Mechanisms of osteoblast differentiation. canismes de diffe renciation oste oblastique. Fig. 3 : Me
— Cbfa-1, a transcription factor and early marker of osteoblastic differentiation; — osteocalcine, an inhibitor of osteoblastic activity [24]. This differentiation is governed by a large number of factors (BMP, TGFb, FGF2. . .) the mechanism of action of which has not yet been clearly established (fig. 3). The fibroblasts bound to the extracellular matrix would appear to undergo cytoskeletal changes subsequent to stretching of the ligament. These variations are thought to be responsible for activating transcription factors via kinases initiated by extracellular signals [25]. Cbfa-1 regulates the expression of osteocalcine, which is only expressed in differentiated osteoblasts. Cbfa-1 fixation sites are present in the regulating sequences of most genes involved in the development of the extracellular matrix [26], thus establishing the fundamental role played by those cells in the production of the latter.
cifique a` l’oste oblaste re side dans la forme morphologique spe de la matrice extracellulaire qui est progressivement minralise e. Tous les ge nes exprime s par les fibroblastes sont e ` l’inverse, galement pre sents dans les oste oblastes [23]. A e oblastes pre sentent deux ge nes qu’ils ne partagent les oste pas avec les fibroblastes : coce de la — Cbfa-1, facteur de transcription et marqueur pre renciation oste oblastique ; diffe ocalcine, inhibiteur de l’activite oste oblastique [24]. — oste renciation est contro ^ le e par de nombreux facteurs Cette diffe canisme d’action n’a pas (BMP, TGFb, FGF2. . .) dont le me te totalement identifie (fig. 3). Les fibroblastes lie s encore e a` la matrice extracellulaire subiraient des modifications de leur cutives a` l’e tirement du ligament. Ces cytosquelette, conse variations seraient a` l’origine de l’activation de facteurs de diaire de kinases stimule es par les transcription par l’interme signaux extracellulaires [25]. gule l’expression de l’oste ocalcine qui ne s’exprime Cbfa-1 re oblastes diffe rencie s. Des sites de fixation que chez les oste quences re gulatrices de la plude Cbfa-1 existent dans les se nes implique s dans l’e laboration de la matrice part des ge ^ le fondamental de ces celextracellulaire [26], prouvant le ro re. lules dans la production de cette dernie
Pressure side
^ te pression Co
Different compression areas appear at different points on the ligament. The interruption of blood flow in certain regions
rentes re gions de compression apparaissent a` diffe rents Diffe niveaux du ligament. L’interruption du flux sanguin dans
osteoblasts are distinguished by the shape of their extracellular matrix, which is progressively mineralized. All the genes expressed by fibroblasts are also found in osteoblasts [23]. In contrast, osteoblasts present two genes which they do not have in common with fibroblasts:
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promotes apoptosis and the appearance of acellular hyalinic areas, which impede tooth movement. The compacted fibroblasts synthesize cytokines (Il1, Il6) thus favoring monocyte diapedesis and expression by osteoblasts of the RANKL ligand which is involved in osteoclastic differentiation. The monocyte cells go on to form multinucleated giant cells expressing the RANK receptor. They are then activated into functional osteoclasts on contact with the osteoblasts expressing RANKL. Resorption will occur directly on contact with the hyalinic areas (lateral or frontal direct resorption) or from the medullary spaces at a distance from these acellular areas (indirect or undermining resorption). Movement can only resume once the necrotic tissue has been eliminated from the medullary spaces (indirect resorption) or from the viable spaces on the ligament (undermining resorption) [22].
certaines zones favorise l’apoptose et l’apparition de zones placement dentaire. hyalines acellulaires, bloquant ainsi le de s synthe tisent des cytokines (Il1, Il6) Les fibroblastes comprime de se de monocytes et l’expression, par qui favorisent la diape oblastes, du ligand RANKL intervenant dans la les oste renciation oste oclastique. Les cellules monocytaires vont diffe antes multinucle e es exprimant le former des cellules ge cepteur RANK. Elles vont alors s’activer en oste oclastes re oblastes exprimant RANKL. fonctionnels au contact des oste sorption va se produire directement au contact des zones La re sorption directe late rale ou frontale) ou a` partir des hyalines (re dullaires a` distance de ces zones acellulaires espaces me sorption indirecte ou sapante). (re placement ne peut se faire qu’apre s La reprise du de limination du tissu ne crotique depuis les espaces me dullaires e sorption indirecte) ou depuis les espaces viables du liga(re sorption sapante) [22]. ment (re
Differentiation and osteoclastic regulation
renciation et re gulation oste oclastique Diffe
Osteoclasts are tissue-specific macrophages generated by the differentiation of premonocytes and macrophages at bone level (fig. 4). The differentiation factors are produced by stromal cells:
oclastes sont des macrophages « tissus Les oste cifiques » issus de la diffe renciation des pre monocytes spe et macrophages au niveau de la surface osseuse (fig. 4). renciation sont produits par les cellules Les facteurs de diffe stromales : — le CSF1 ; cepteur activateur du facteur nucle aire kappa — le ligand du re B (RANKL) [27] ;
— CSF1; — the activator receptor of the nuclear factor kappa B (RANKL) ligand [27];
Fig. 4: Mechanisms and molecules involved in osteoclast differentiation (from Lacey) [29]). canismes et mole cules implique es dans la diffe renciation oste oclastique (d’apre s Fig. 4 : Me Lacey [29]).
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— Cathepsin K and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), enzymes which enable bone resorption; — CGRP and integrin b3 which are involved in fixation of the osteoclast on the bone matrix [29]. The osteoclasts differentiate, polarize and undergo structural changes (rearrangement of the actin cytoskeleton, appearance of tight gap junctions between the cells and the bone surface. . .) in response to the activation of RANK by RANKL. They then attach to the bone matrix to be resorbed at integrins a5b3, thus creating a resorption vacuole, which is a compartment that has been acidified by the production of H+ ions and in which are secreted the TRAP and the Cathespin K. The breakdown products (Ca2+, PO43+, collagen) are processed inside the osteoclasts and released into the bloodstream [28].
cepteur activateur du facteur nucle aire kappa — le ligand du re oblastes et les cellules de la B (RANKL) produit par les oste e T [28] et similaire a` la cytokine TNF. ligne matopoı¨e tiques ne cessaires et suffiCe sont des facteurs he oclastogene se et a` l’expression du re cepteur sants a` l’oste RANK (semblable a` celui des TNF) a` la surface des cellules matopoı¨e tiques [8]. he nes caracte risCes deux facteurs activent l’expression des ge e oste oclastique a` l’origine de la production tiques de la ligne de : sistante — la cathepsine K et la phosphatase acide tartrate re sorption osseuse ; (TRAP), enzymes permettant la re grine b3 qui permettent la fixation de — CGRP et l’inte oclaste sur la matrice osseuse [29]. l’oste oclaste se diffe rencie, se polarise et subit des changeL’oste arrangement du cytosquelette d’actine, ments structurels (re es entre les cellules et la surface apparition de jonctions serre ponse a` l’activation de RANK par RANKL. osseuse. . .) en re oclastes se fixent alors sur la matrice osseuse Les oste sorber au niveau des inte grines a5b3, cre ant ainsi une a` re sorption qui est un compartiment rendu acide vacuole de re cre te es la TRAP et la par la production d’ions H+ et ou` sont se gradation (Ca2+, PO43+, colcathepsine K. Les produits de de ne) sont traite s a` l’inte rieur de l’oste oclaste et relargue s lage dans le sang [28].
Long-term biological effects
Effets biologiques a` long terme
When the compressive stress ceases, the cell cycle is reversed and the osteoclasts disappear giving way to osteoblasts. The latter generate the osteoid matrix, which will later be mineralized by osteocytes. Once the initial tissue balance has been restored, cell reactions stop.
Lorsque la contrainte cesse, il se produit alors une inversion oclastes disparaissent, laisdans le cycle cellulaire et les oste oblastes. Les oste oblastes produisent la sant place aux oste oı¨de, qui sera par la suite mine ralise e par les matrice oste ocytes. Lorsque l’e quilibre tissulaire de de part est retrooste , les re actions cellulaires s’arre ^ tent. uve
Osteoclast inhibition
oclastes Inhibition des oste
Osteoclasts remain active as long as the adjacent cells are producing RANKL. Influenced by hormonal anabolic and antiresorptif agents (calcitonin, estrogens), immunological agents (Il17, Il4, PDGF, TGFb) or inorganic substances (calcium), osteoblasts produce and secrete osteoprotegerin (OPG). This molecule is a lure, which binds to RANKL, thus preventing it from binding to its RANK transmembrane receptor (fig. 5).
oclastes restent actifs tant que les cellules adjacentes Les oste produisent RANKL. Sous l’influence de facteurs anaboliques sorptifs hormonaux (calcitonine, estroge nes), immuet antire nologiques (Il17, Il4, PDGF, TGFb) ou inorganiques (calcium), oblastes produisent et se cre tent de l’oste oprote ge rine les oste cule est un leurre qui se lie a` RANKL, empe ^(OPG). Cette mole cepteur transmembranaire chant ainsi sa fixation sur son re RANK (fig. 5). oblastes jouent donc un ro ^ le cle au cours des Les oste nome nes osseux car ils interviennent a` la fois dans l’actiphe oclastogene se, l’inhibition de la re sorption et la vation de l’oste se d’une ne omatrice osseuse. synthe s cette pe riode initiale, apparaıˆt une phase d’adaptation Apre cellulaire pendant laquelle le rythme du remaniement osseux . Cette acce le ration est lie e a` la pre sence de est augmente s actives. Ce phe nome ne est appele nombreuses cellules tre le « Regional Acceleratory Phenomenon » (RAP) [30].
— the activator receptor of the nuclear factor ligand produced by the osteoblasts and the T line cells [28] and similar to the TNF cytokine. These are essential and sufficient hemopoietic factors for osteoclastogenesis and expression of the RANK receptor (similar to that of TNF) at the surface of the hemopoietic cells [8]. These two factors activate the expression of the genes characteristic of the osteoclastic line which produces:
Consequently, osteoblasts play a key role in bone-related phenomena as they are involved in osteoclastogenesis, resorption inhibition and synthesis of a bony neomatrix. Following this initial period, there is a stage of cell adaptation during which the rate of bone remodelling increases. This acceleration process, termed Regional Acceleratory Phenomenon (RAP) [30], is linked to the presence of numerous highly active cells.
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Fig. 5: Mechanisms and molecules involved in osteoclast inhibition (from Lacey [29]). canismes et mole cules implique s dans l’inhibition oste oclastique (d’apre s Lacey [29]). Fig. 5 : Me
Recent advances in the various areas of biology have led to a better understanding of the mechanisms involved in orthodontic movement. Depending on the stage of tooth movement, different cell–cell and extracellular cell–matrix interactions occur, which determine the form taken by bone and ligament remodelling. Ongoing research is attempting to uncover the molecular interactions and the impact of the relationships between genes and transcription factors on controlling bone and ligament remodeling. Enhanced knowledge regarding cellular interactions and the mechanisms regulating these phenomena could lead to more effective orthodontic treatment and avert undesirable side-effects such as ankylosis and root resorption.
centes avance es dans les diffe rents domaines de la Les re hension des biologie ont permis une meilleure compre canismes implique s dans les mouvements orthodontiques. me placement dentaire, il se produit Selon le stade du de rentes interactions cellules–cellules et cellules–matrice diffe terminant les modalite s du remodelage extracellulaire de osseux et ligamentaire. La recherche actuelle s’attache terminer les interactions mole culaires et l’importance a` de nes et les facteurs de transcriptions des relations entre les ge ^ le du remodelage osseux et ligamentaire. dans le contro lioration de nos connaissances sur les interactions celL’ame canismes de re gulation de ces phe nome nes lulaires et les me des the rapeutiques pourrait permettre d’accroıˆtre l’efficacite venir la survenue d’effets de le te res orthodontiques et de pre sorptions radiculaires. tels que l’ankylose ou les re
Conflicts of interest
re ^t Conflits d’inte
None.
Aucun.
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References/References 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
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