Zur Entwicklung des Kieferknochens im Bereich der Zahnanlagen: histologische und morphologische Untersuchungen an der fetalen Maxilla des Menschen während des Glockenstadiums der Zahnanlagen (160-270 mm SSL)

Abstract

Aktuelle Untersuchungen der pränatalen Knochenbildung und Knochenentwicklung um die einzelnen Zahnanlagen fehlen weitestgehend. Bislang wurden lediglich die molekularen Mechanismen des Tooth-Bone-Interface untersucht, während morphologische Zusammenhänge wenig Beachtung fanden. In dieser Arbeit werden erstmals computergestützt und dreidimensional solche morphologisch bedeutsamen Wachstumsvorgänge der Zahnanlagen und des benachbarten Knochens in der fetalen Maxilla untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den Knochenumbauvorgängen bzw. der Bildung von peri- und interdentalem Knochen um die Zahnanlagen von Feten im Glocken¬stadium (SSL 160-270 mm; SSW ca. 18-28 Wochen p.c.). Mikroskopisch untersucht wurden fünf histologische Schnittserien; drei wurden exemplarisch mithilfe der Software AnalySIS® 3D dreidimensional rekonstruiert, um zeitliche Entwicklungsstufen abzubilden: das jüngste (160 mm SSL), das mittlere (225 mm SSL) und das älteste Stadium (270 mm SSL). Weiter wurden histomorphologische Gegebenheiten von Knochenumbauvorgängen in Form von Appositionszonen, Resorptionszonen und Ruhezonen ermittelt und die Abstände von den Zahnsäckchen der Zahnanlagen zum umliegenden Knochen nach mesial, distal, palatinal und vestibulär gemessen. Die Frage nach etwaigen Interaktionen/Gesetzmäßigkeiten im Umbauverhalten hinsichtlich der Entwicklung der einzelnen Zahnanlagen und des Abstands der einzelnen Zahnanlagen zum benachbarten Knochen war hierbei zentral. Die vorliegende Untersuchung bestätigt den aktuellen Forschungsstand erstmals auch für den Oberkiefer, dass die Zahnanlagen in sogenannten knöchernen Krypten von Knochen umschlossen sind und sich in diesen entwickeln. Wir zeigen, dass die vollständige Bildung interdentaler Septen und damit eine vollständige Kompartimentierung der einzelnen Zahnanlagen in mesio-distaler Richtung bis zu einem Entwicklungsstadium von SSL 270 mm (28. SSW) unterbleibt. Dabei bildet die Milcheck¬zahnanlage eine gewisse Ausnahme; ihre knöchernen Septen werden zuerst gebildet. Dennoch umbaut der benachbarte Knochen im untersuchten Zeitraum nie komplett die angrenzenden Zahnanlagen. Vielmehr können wir belegen, dass diese knöcherne Septe zentral offen verbleibt. Auch nach vestibulär zeigt der Eckzahn eine fehlende vollständige knöcherne Begrenzung, die sich in der weiteren Entwicklung zwar reduziert, jedoch bis zur 28. SSW nicht schließt. Innerhalb der knöchernen Krypten dominieren Resorptionsvorgänge um die Zahnanlagen herum. An der äußeren Knochenseite (zahnanlagenfern) findet sich hauptsächlich Knochenanbau. Diese Prozesse implizieren ein ‚zentrifugales’ Knochen¬wachstum, und zwar bei gleichzeitiger Volumenzunahme der Zahnanlagen. Die Abstandsmessungen der einzelnen Zahnanlagen zum benachbarten maxillären Knochen werfen weiter Fragen auf, da die Abstände des mittleren Fetus (SSL 225 mm) oftmals höhere Werte aufwiesen als die des älteren (SSL 270 mm). Individuelle Wachstumsschübe und etwaige physiologische Variabilitäten der Feten können auch in dieser Untersuchung nicht ausgeschlossen werden. Dennoch zeigen unsere Ergebnisse der Abstandsmessungen, dass eine Anlehnung der Abstände an einen sich zukünftig entwickelnden Parodontalspalt plausibel erscheint.

Recent studies on prenatal bone formation and bone development around the developing teeth are lacking. While molecular mechanisms underlying the tooth- bone-interface have been examined, morphological contexts were given little attention. This study closely examines such morphologically substantial bone development processes of developing teeth and the neighboring bone in the fetal maxilla applying for the first time computer-based and three-dimensional methods. Our main focus lies on bone development processes and the formation of peridental and interdental bone around the developing teeth of fetuses in the bell stage (CRL 160-270 mm, approx. 18-28 WG). Five series of histological sections were microscopically examined; three were reconstructed in 3D using AnalySIS® 3D to illustrate different developmental stages of 160 mm CRL, 225 mm CRL and 270 mm CRL. We aimed at determining the histo-morphological conditions of bone development processes (apposition zones, resorption zones, and inactive zones). Distances from the dental follicles of the developing teeth to the surrounding bone in mesial, distal, palatal, and vestibular directions were measured. Possible interactions or regularities within the modifying process regarding the development of single teeth and their distance to the surrounding bone were investigated. We for the first time confirm also for the upper jaw that the developing teeth are enclosed by bone in bony crypts; they develop within the latter. The formation of interdental septa and a complete compartmentalization of the single developing teeth remain undone in a mesio-distal direction until a developmental stage of 270 mm CRL (WG 28). The developing primary canine is an exception with its bony septa being formed firstly. The surrounding bone never completely encloses the neighboring developing teeth within the investigation period; the bony septum remains open in a central position. The canine lacks a complete bony margin in a vestibular direction that cannot be counterbalanced until WG 28. Resorption processes dominate around the developing teeth. At the outward side of the bone, bone formation predominates. These processes imply a “centrifugal” bone formation with a concurrent volume increase of the developing teeth. Open questions remain with the distance measurements from the single developing teeth to the neighboring maxillary bone. The measured distances of the middle fetus are often bigger than those of the older fetus. Individual growth spurts and a possible physiological variability of the fetuses cannot be excluded in this study. However, our distance measurement results make it plausible that the distances follow a prospectively developing periodontal space.