Att klargöra de cellulära mekanismerna för parodontit med en förbättrad djurmodell

Forskare från Tokyo Medical and Dental University (TMDU) har utvecklat en teknik som gör det möjligt för dem att i detalj analysera utvecklingen av parodontit över tid.

Periodontal sjukdom, representerad av parodontit, är den vanligaste orsaken till tandlossning och drabbar nästan en av fem vuxna världen över. I de flesta fall uppstår detta tillstånd som ett resultat av ett inflammatoriskt svar på en bakteriell infektion i vävnaderna runt tänderna.

När tillståndet förvärras börjar tandköttet dra sig tillbaka, vilket exponerar rötterna på tänderna och benen. Noterbart är att förekomsten av parodontit ökar med åldern, och när befolkningar runt om i världen ökar i medellivslängd är det viktigt att ha en solid förståelse för dess underliggande orsaker och utveckling.

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

Det är svårt att direkt studera parodontit hos människor. Som ett resultat vänder sig forskare ofta till djurmodeller för preklinisk forskning. Till exempel har "musligationsinducerad parodontitmodell" sedan den introducerades 2012, gjort det möjligt för forskare att studera de cellulära mekanismerna som ligger bakom detta tillstånd.

Förenklat uttryckt, i denna modell, induceras periodontal sjukdom artificiellt genom att silkessuturer placeras på molarerna på möss, vilket orsakar plackackumulering. Även om denna metod är bekväm och effektiv, täcker den inte hela bilden av parodontit.

Skematisk illustration av inflammatoriska genuttrycksprofiler under parodontit och rollen av IL-33/ST2-axeln för att kontrollera akut inflammation. Källa: Tokyo Medical and Dental University.

"Även om periodontal vävnad består av gingiva, parodontala ligament, alveolärt ben och cement, utförs analys vanligtvis uteslutande på tandköttsprover på grund av tekniska och kvantitativa begränsningar", konstaterar huvudstudieförfattaren Anhao Liu. "Denna provtagningsstrategi begränsar slutsatserna som kan dras från dessa studier, så det behövs metoder som kan analysera alla vävnadskomponenter samtidigt."

För att komma till rätta med denna begränsning utvecklade forskargruppen en modifierad modell av ligaturinducerad parodontit. Istället för den klassiska enkelligaturen använde de en trippelligatur på den övre vänstra molaren hos möss av hankön. Denna strategi utökade området för benförlust utan betydande benförstörelse runt den andra molaren, vilket ökade antalet olika typer av periodontal vävnad.

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

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

Ett av deras huvudfynd var att Il1rl1-genuttrycket var signifikant högre i periradikulär vävnad fem dagar efter ligering. Den här genen kodar för ST2-proteinet i receptor- och lockbeteisoformer, som binder till en cytokin som kallas IL-33, som är involverad i inflammatoriska och immunreglerande processer.

För att få ytterligare insikt om denna gens roll inducerade teamet parodontit hos genetiskt modifierade möss som saknade Il1rl1- eller Il33-generna. Dessa möss visade accelererad inflammatorisk benförstöring, vilket framhävde den skyddande rollen för IL-33/ST2-vägen. Ytterligare analys av celler som innehåller ST2-proteinet i dess receptorform, mST2, visade att majoriteten härrörde från makrofager.

"Makrofager klassificeras generellt i två huvudtyper, pro-inflammatoriska och antiinflammatoriska, beroende på deras aktivering. Vi fann att mST2-uttryckande celler är unika genom att de samtidigt uttrycker vissa markörer för båda typerna av makrofager", kommenterar senior författare Dr. Takanori Iwata. "Dessa celler fanns i den periradikulära vävnaden innan inflammationen började, så vi kallade dem "resident periodontal makrofager."

Tillsammans visar resultaten av denna studie styrkan hos den modifierade djurmodellen för att studera parodontit i en mer detaljerad skala, ner till biomolekylär nivå.

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