Förtydligande av de cellulära mekanismerna vid parodontit med en förbättrad djurmodell

Forskare från Tokyo Medical and Dental University (TMDU) har utvecklat en teknik som möjliggör detaljerad analys av utvecklingen av parodontit över tid.

Parodontit, även känd som parodontit, är den vanligaste orsaken till tandförlust och drabbar nästan var femte vuxen världen över. I de flesta fall beror tillståndet på en inflammatorisk reaktion på en bakteriell infektion i vävnaderna runt tänderna.

Allt eftersom tillståndet förvärras börjar tandköttet dra sig tillbaka, vilket blottlägger tändernas och benets rötter. Det är värt att notera att förekomsten av parodontit ökar med åldern, och eftersom världens befolkning lever längre är det viktigt att ha en god förståelse för dess bakomliggande orsaker och utveckling.

I en studie publicerad i tidskriften Nature Communications fann forskare från TMDU ett sätt att uppnå detta mål genom att förbättra en allmänt använd djurmodell för att studera parodontit.

Att direkt studera parodontit hos människor är svårt. Som ett resultat vänder sig forskare ofta till djurmodeller för prekliniska studier. Till exempel har den "ligaturinducerade parodontitmusmodellen" gjort det möjligt för forskare att studera de cellulära mekanismerna bakom tillståndet sedan introduktionen 2012.

Enkelt uttryckt framkallar denna modell artificiellt parodontit genom att placera silkestrådar på mössens kindtänder, vilket orsakar plackansamling. Även om denna metod är bekväm och effektiv, fångar den inte hela bilden av parodontit.

Schematisk illustration av inflammatoriska genuttrycksprofiler under parodontit och IL-33/ST2-axelns roll i kampen mot akut inflammation. Källa: Tokyo Medical and Dental University.

"Även om parodontal vävnad består av gingiva, parodontalt ligament, alveolärt ben och cement, utförs analysen vanligtvis enbart på gingivaprover på grund av tekniska och kvantitativa begränsningar", konstaterar huvudförfattaren till studien Anhao Liu. "Denna provtagningsstrategi begränsar de slutsatser som kan dras från dessa studier, så metoder som möjliggör samtidig analys av alla vävnadskomponenter behövs."

För att hantera denna begränsning utvecklade forskargruppen en modifierad modell för ligaturinducerad parodontit. Istället för den klassiska enligaturen använde de en trippelligatur på den övre vänstra molaren hos hanmöss. Denna strategi utökade området för benförlust utan att signifikant förstöra benet runt den andra molaren, vilket ökade antalet olika typer av parodontal vävnad.

"Vi isolerade tre huvudvävnadstyper och bedömde RNA-utbytet mellan de två modellerna. Resultaten visade att den trippelligerade modellen effektivt ökade utbytet, vilket uppnådde fyra gånger mängden normal periradikulär vävnad och stödde högupplöst analys av olika vävnadstyper", förklarar seniorförfattaren Dr. Mikihito Hayashi.

Efter att ha bekräftat effektiviteten hos sin modifierade modell, började forskarna studera effekterna av parodontit på genuttryck över olika vävnadstyper över tid, med fokus på gener associerade med inflammation och osteoklastdifferentiering.

Ett av deras viktigaste fynd var att uttrycket av Il1rl1-genen var signifikant högre i den periradikulära vävnaden fem dagar efter ligering. Denna gen kodar för ST2-proteinet i receptor- och decoy-isoformer, vilket binder till ett cytokin som kallas IL-33, vilket är involverat i inflammatoriska och immunreglerande processer.

För att få ytterligare insikt i denna genens roll inducerade teamet parodontit hos genetiskt modifierade möss som saknade antingen Il1rl1- eller Il33-generna. Dessa möss uppvisade accelererad inflammatorisk benförstöring, vilket belyser den skyddande rollen hos IL-33/ST2-vägen. Ytterligare analys av celler som innehåller ST2-proteinet i dess receptorform, mST2, visade att de flesta av dem härstammar från makrofager.

"Makrofager klassificeras generellt i två huvudtyper, proinflammatoriska och antiinflammatoriska, beroende på deras aktivering. Vi fann att mST2-uttryckande celler var unika genom att de samtidigt uttryckte vissa markörer för båda typerna av makrofager", kommenterade seniorförfattaren Dr. Takanori Iwata. "Dessa celler fanns i den periradikulära vävnaden innan inflammationen började, så vi kallade dem 'parodontala vävnadsresidenta makrofager'."

Tillsammans visar resultaten från denna studie kraften hos en modifierad djurmodell för att studera parodontit i en mer detaljerad skala, ner på biomolekylär nivå.

"Vi föreslår möjligheten till en ny IL-33/ST2-molekylär signalväg som reglerar inflammation och benförstörelse vid parodontal sjukdom, tillsammans med specifika makrofager i den periradikulära vävnaden som är djupt involverade i parodontal sjukdom. Detta kommer förhoppningsvis att leda till utveckling av nya behandlingsstrategier och förebyggande metoder", avslutar seniorförfattaren Dr. Tomoki Nakashima.