Micro-vibrations at 30 Hz on bone cells cultivated in vitro produce soluble factors for osteoclast inhibition and osteoblast activity.

OBJETIVE: It has been claimed that micro-pulse vibration can accelerate the rate of tooth movement during orthodontic treatment; however, the underlying cellular mechanism has yet to be elucidated. The purpose of this study was to understand the mechanisms underlying tooth movement acceleration by measuring alterations in a panel of intercellular signalling molecules and markers of osteoblast/osteoclast function following micro-pulse vibration for 20 min at 30 Hz. DESIGN: Primary BALB/c mouse calvarial osteoblasts were cultivatedin vitro and subjected to micro-pulse vibration (0.25 N; 30 Hz) with the AcceleDent® Aura appliance for 20 min and assayed for IL-4, IL-13, IL-17, OPG, soluble RANKL and TGF-ß protein by ELISA; for PCNA in osteoblasts and caspase 3/7 in osteoclasts by immunohistochemistry; for IL-4, IL-13, and Il-17 in osteoclasts by ELISA; and for cathepsin K by flow cytometry. RESULTS: After micro-pulse vibration, the murine osteoblast culture supernatant showed increased IL-4, IL-13, IL-17, OPG and TGF-ß levels and decreased RANKL levels; PCNA in osteoblasts and caspase 3/7 in osteoclasts were also upregulated. The osteoclast culture supernatant had increased levels of IL-4, IL-13 and IL-17, and cathepsin K was upregulated in the treatment group compared with the control group. CONCLUSIONS: Micro-pulse vibration promotes the production of soluble factors that inhibit osteoclasts, promote apoptosis and activate osteoblasts in vitro, which could increase bone mineral density. Further studies should be conducted in order to understand the biological mechanism of how micro-vibration might influence tooth movement during orthodontic treatment.

Determinación de la producción de interleucina-1B al estímulo mecánico en osteoblastos humanos cultivados "in vitro" / Determination of the interleukin-1B production by mechanical stimulation in cultured human osteoblastos, in vitro

La remodelación mecánica del hueso es utilizada por los ortodoncistas, quienes ejercen fuerza sobre los dientes para moverlos a través del hueso alveolar; tal remodelación ósea involucra la activación de las células del hueso y la estimulación de la reabsorción y aposición de la matriz ósea. La estimulacion mecánica ha sido reconocida como un factor importante en la remodelación ósea, especialmente durante la erupción de los dientes, en la corrección de las maloclusiones, sin embargo, los aspectos moleculares que se involucran en estos procesos no han sido totalmente entendidos. Se han desarrollado diferentes métodos para aplicar el estímulo mecánico al tejido óseo, in vivo o in vitro, a células humanas, para evaluar el resultado bioquímico. El objetivo de este trabajo fue analizar los efectos de la estimulación mecánica en osteoblastos humanos (Saos-2) cultivados in vitro, con respecto a la producción de interleucina 1 Beta (IL-1B), uno de los pasos involucrados en el proceso de remodelación ósea. En este estudio se desarrolló un método de crecer osteoblastos humanos como línea celular en cajas Petri, donde la base puede ser deformada intermitentemente cada 5 segundos después de 1.5 minutos durante más de 72 horas. La estimulación mcánica de estas células se compara con células no estimuladas (n=5). Los osteoblastos humanos son sembrados para ser confluentes en un medio de cultivo F12 de Dulbeco modificado con un 10 por ciento de suero fetal, 100 ug/mL de estreptomicina, 100U/mL de penicilina y 0.25 ug/mL de anfotericina, en una atmósfera de 95 por ciento de aire y un 5 por ciento de CO2, a 37§C. Utilizando el ensayo de ELISA (Enzyme-linked Immunoassay) se determinó los niveles de producción de IL-1B después de 8, 24, 48 y 72 horas. Los resultados mostraron que no hubo producción de IL-1B después de 8, 24, 48 y 72 horas. Los resultados mostraron que no hubo producción de IL-1B a las 8 horas de estímulo, sin embargo a las 24 (13.5 +- 2.1), 48 (23.2 +- 1.3) y 72 horas (33.9 +- 1.9) se encontró una diferencia estadísticamente significativa comparada con el control (p<0.0001). Estos resultados sugirieron que los osteoblastos humanos cutivados in vitro reaccionan al estímulo mecánico liberando mayor cantidad de IL-1B en comparación con el control y de alguna manera algunos efectos celulares pueden asociarse con la remodelación ósea y el movimiento dentario durante el tratamiento de ortodoncia