Tydeliggørelse af de cellulære mekanismer af parodontitis med en forbedret dyremodel

Forskere fra Tokyo Medical and Dental University (TMDU) har udviklet en teknik, der giver dem mulighed for i detaljer at analysere udviklingen af paradentose over tid.

Periodontal sygdom, repræsenteret ved parodontitis, er den hyppigste årsag til tandtab og rammer næsten hver femte voksne på verdensplan. I de fleste tilfælde opstår denne tilstand som et resultat af en inflammatorisk reaktion på en bakteriel infektion i vævene omkring tænderne.

Efterhånden som tilstanden forværres, begynder tandkødet at trække sig tilbage, hvilket blotlægger rødderne af tænder og knogler. Især stiger forekomsten af paradentose med alderen, og efterhånden som befolkninger verden over stiger i forventet levetid, er det vigtigt at have en solid forståelse af dens underliggende årsager og progression.

I en undersøgelse offentliggjort i Nature Communications fandt TMDU-forskere en måde at nå dette mål på ved at forbedre en meget brugt dyremodel til undersøgelse af paradentose.

Direkte undersøgelse af paradentose hos mennesker er vanskelig. Som følge heraf henvender forskere sig ofte til dyremodeller til præklinisk forskning. For eksempel har "muse-ligations-induceret parodontitis-model" siden introduktionen i 2012 givet forskere mulighed for at studere de cellulære mekanismer, der ligger til grund for denne tilstand.

Simpelt sagt, i denne model induceres periodontal sygdom kunstigt ved at placere silkesuturer på kindtænderne på mus, hvilket forårsager plakakkumulering. Selvom denne metode er praktisk og effektiv, dækker den ikke hele billedet af paradentose.

Skematisk illustration af inflammatoriske genekspressionsprofiler under parodontitis og IL-33/ST2-aksens rolle i at kontrollere akut inflammation. Kilde: Tokyo Medical and Dental University.

"Selvom periodontalt væv består af gingiva, parodontale ligamenter, alveolær knogle og cementum, udføres analyse normalt udelukkende på tandkødsprøver på grund af tekniske og kvantitative begrænsninger," bemærker hovedforfatter af undersøgelsen Anhao Liu. "Denne prøveudtagningsstrategi begrænser de konklusioner, der kan drages fra disse undersøgelser, så der er behov for metoder, der kan analysere alle vævskomponenter samtidigt."

For at imødegå denne begrænsning udviklede forskerholdet en modificeret model for ligatur-induceret parodontitis. I stedet for den klassiske enkeltligatur brugte de en tredobbelt ligatur på den øverste venstre kindtand hos hanmus. Denne strategi udvidede området for knogletab uden væsentlig knogleødelæggelse omkring den anden kindtand, hvilket øgede antallet af forskellige typer parodontalvæv.

"Vi isolerede tre hovedvævstyper og vurderede RNA-udbytte mellem de to modeller. Resultaterne viste, at den tredobbelte ligeringsmodel effektivt øgede udbyttet, opnåede fire gange mængden af normalt periradikulært væv og understøttede højopløsningsanalyse af forskellige vævstyper," forklarer Sr. Af Dr. Mikihito Hayashi.

Efter at have bekræftet effektiviteten af deres modificerede model, begyndte forskerne at studere virkningerne af paradentose på genekspression blandt forskellige vævstyper over tid, med fokus på gener forbundet med inflammation og osteoklastdifferentiering.

Et af deres hovedfund var, at Il1rl1-genekspression var signifikant højere i periradikulært væv fem dage efter ligering. Dette gen koder for ST2-proteinet i receptor- og lokkeisoformer, som binder til et cytokin kaldet IL-33, som er involveret i inflammatoriske og immunregulerende processer.

For at få yderligere indsigt i dette gens rolle inducerede holdet parodontitis i genetisk modificerede mus, der manglede Il1rl1- eller Il33-generne. Disse mus demonstrerede accelereret inflammatorisk knogledestruktion, hvilket fremhævede den beskyttende rolle af IL-33/ST2-vejen. Yderligere analyse af celler indeholdende ST2-proteinet i dets receptorform, mST2, viste, at størstedelen var afledt af makrofager.

"Makrofager er generelt klassificeret i to hovedtyper, pro-inflammatoriske og anti-inflammatoriske, afhængigt af deres aktivering. Vi fandt ud af, at mST2-udtrykkende celler er unikke ved, at de samtidigt udtrykker nogle markører for begge typer makrofager," kommenterer seniorforfatter Dr. Takanori Iwata. "Disse celler var til stede i det periradikulære væv før starten af inflammation, så vi kaldte dem 'residente parodontale makrofager'."

Tilsammen demonstrerer resultaterne af denne undersøgelse styrken af den modificerede dyremodel til at studere parodontitis i en mere detaljeret skala, ned til biomolekylært niveau.

"Vi foreslår muligheden for en ny molekylær pathway, IL-33/ST2, der regulerer inflammation og knoglenedbrydning ved paradentose, sammen med specifikke makrofager i det periradikulære væv, som er dybt involveret i periodontal sygdom. Dette vil forhåbentlig føre til til udvikling af nye behandlingsstrategier og forebyggelsesmetoder," konkluderer seniorforfatter Dr. Tomoki Nakashima.