Induktion von Parodontitis durch eine Kombination aus Ligatur- und Lipopolysaccharid-Injektion im Rattenmodell
Summary
In dieser Studie wird ein Rattenmodell zur Induktion von Parodontitis durch eine Kombination aus remanenter Ligatur und wiederholten Injektionen von Lipopolysaccharid aus Porphyromonas gingivalis über 14 Tage um die ersten Oberkiefermolaren herum vorgestellt. Die Ligatur- und LPS-Injektionstechniken waren wirksam bei der Induktion einer Peridontitis, die zu einem Verlust und einer Entzündung des alveolären Knochens führte.
Abstract
Parodontitis (PD) ist eine weit verbreitete, chronisch immunentzündliche Erkrankung des Zahnhalteapparates, die zum Verlust von Zahnfleischweichgewebe, parodontalem Ligament, Zement und Alveolarknochen führt. In dieser Arbeit wird eine einfache Methode der Parkinson-Induktion bei Ratten beschrieben. Wir bieten eine detaillierte Anleitung für die Platzierung des Ligaturmodells um die ersten Oberkiefermolaren (M1) und eine Kombination von Injektionen von Lipopolysaccharid (LPS), abgeleitet von Porphyromonas gingivalis auf der mesio-palatinalen Seite des M1. Die Induktion der Parodontitis wurde 14 Tage lang aufrechterhalten, was die Ansammlung von Bakterienbiofilm und Entzündungen förderte. Um das Tiermodell zu validieren, wurde IL-1β, ein wichtiger Entzündungsmediator, durch einen Immunoassay in der gingivalen Crevicularflüssigkeit (GCF) bestimmt und der alveoläre Knochenverlust mittels Cone-Beam-Computertomographie (DVT) berechnet. Diese Technik war wirksam bei der Förderung der Gingivarezession, des Alveolarknochenverlusts und eines Anstiegs der IL-1β-Spiegel im GCF am Ende des experimentellen Verfahrens nach 14 Tagen. Diese Methode erwies sich als wirksam bei der Induktion von Parkinson und konnte daher in Studien zu Mechanismen des Krankheitsverlaufs und zukünftigen möglichen Behandlungen eingesetzt werden.
Introduction
Parodontitis (PD) ist die sechsthäufigste Erkrankung der öffentlichen Gesundheit weltweit, von der etwa 11 % der Gesamtbevölkerung betroffen sind, und ist eine fortgeschrittene, irreversible und zerstörerische Form der Parodontitis 1,2. Parkinson ist ein entzündlicher Prozess, der das Zahnfleisch- und Parodontalgewebe betrifft, was zu einer Gingivarezession, einer apikalen Migration des Saumepithels mit Taschenentwicklung und dem Verlust von Alveolarknochen führt3. Darüber hinaus wird Parkinson mit mehreren systemischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleibigkeit, Diabetes und rheumatoide Arthritis, bei denen umwelt- und wirtsspezifische Faktoren eine wichtige Rolle spielen 4,5.
Die Parkinson-Krankheit ist also eine multifaktorielle Erkrankung, die in erster Linie durch die Anhäufung von mikrobieller Plaque – die aus einer Dysbiose mikrobieller Gemeinschaften resultiert – und durch eine übertriebene Immunantwort des Wirts auf parodontale Krankheitserreger ausgelöst wird, die zum Abbau von parodontalem Gewebe führt 4,6. Unter mehreren Parodontalbakterien ist das gramnegative anaerobe Bakterium Porphyromonas gingivalis einer der Haupterreger der PD4. P. gingivalis enthält in seinen Wänden ein komplexes Lipopolysaccharid (LPS), ein Molekül, von dem bekannt ist, dass es eine polymorphkernige Leukozyteninfiltration und Gefäßerweiterung in entzündetem parodontalem Gewebe induziert7. Dies führt zur Produktion von Entzündungsmediatoren wie Interleukin 1 (IL-1), IL-6 und IL-8, Tumornekrosefaktor (TNF) oder Prostaglandinen mit anschließender Osteoklastenaktivierung und Knochenresorption, was zur Gewebezerstörung und schließlich zum Zahnverlustführt 3.
Zu den verschiedenen Vorteilen von Tiermodellen gehört die Fähigkeit, zelluläre Komplexitäten wie beim Menschen nachzuahmen oder genauer zu sein als In-vitro-Studien , die auf Kunststoffoberflächen mit begrenzten Zelltypen durchgeführt werden8. Für die experimentelle Modellierung der Parkinson-Krankheit in vivo wurden verschiedene Tierarten wie nicht-menschliche Primaten, Hunde, Schweine, Frettchen, Kaninchen, Mäuse und Ratten verwendet9. Ratten sind jedoch das am besten untersuchte Tiermodell für die Pathogenese der Parkinson-Krankheit, da sie kostengünstig und einfach zu handhaben sind10. Ihr Zahnfleischgewebe weist ähnliche strukturelle Merkmale wie menschliches Zahnfleischgewebe auf, mit einem flachen Zahnfleischsulkus und einem Saumepithel, das an der Zahnoberfläche befestigt ist. Darüber hinaus erleichtert das Saumepithel wie beim Menschen die Passage von bakteriellen Bakterien, Fremdstoffen und Exsudaten aus Entzündungszellen 9.
Eines der am häufigsten berichteten experimentellen Modelle der Parkinson-Induktion bei Ratten ist die Platzierung von Ligaturen um die Zähne, die technisch anspruchsvoll, aber zuverlässig ist10. Die Platzierung der Ligatur begünstigt die Ansammlung von Zahnbelag und Bakterien, wodurch eine Dysbiose in den Zahnfleischsulci entsteht, die eine Entzündung und Zerstörung des parodontalen Gewebes verursacht11. Der Verlust der parodontalen Befestigung und die Resorption des Alveolarknochens konnte bei diesem Rattenmodell innerhalb von 7 Tagen auftreten8.
Ein weiteres Tiermodell für Parkinson ist die Injektion von LPS in das Zahnfleischgewebe. Dadurch werden die Osteoklastogenese und der Knochenabbau angeregt. Die histopathologischen Merkmale dieses Modells ähneln denen der vom Menschen etablierten Parkinson-Krankheit, die durch höhere Konzentrationen von proinflammatorischen Zytokinen, Kollagenabbau und Alveolarknochenresorption gekennzeichnetist 6,8.
Das Ziel dieser Arbeit war es daher, ein einfaches Rattenmodell der experimentellen Parkinson-Krankheit zu beschreiben, das auf den Techniken der P . gingivalis-LPS (Pg-LPS)-Injektionen basiert, kombiniert mit der Platzierung von Ligaturen um die ersten Oberkiefermolaren (M1). Dabei handelt es sich um ein Modell mit ähnlichen Merkmalen wie bei der menschlichen Parkinson-Krankheit, das bei der Untersuchung von Mechanismen des Krankheitsverlaufs und zukünftiger möglicher Behandlungen verwendet werden könnte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Methode beschreibt die Induktion von Parkinson bei Ratten nach einer kombinierten Technik aus Pg-LPS-Injektionen und der Platzierung von Ligaturen um den M1 und zeigt, dass signifikante Veränderungen im parodontalen Gewebe und im Alveolarknochen innerhalb von 14 Tagen nach dieser Methode induziert werden können.
Während dieses Verfahrens müssen verschiedene kritische Schritte beachtet werden. Während der Tieranästhesie und der Vorbereitung des Eingriffs ist die Beurteilung…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt von der Fundació Universitat-Empresa de les Illes Balears (Proof of Concept Call 2020), vom Instituto de Salud Carlos III, Ministerio de Economía y Competividad, kofinanziert vom Europäischen Sozialfonds ESF und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung EFRE (Vertrag an M.M.B; FI18/00104) und von der Direcció General d’Investigació, Conselleria d’Investigació, Govern Balear (Vertrag mit M.M.F.C; FPI/040/2020). Die Autoren danken Dr. Anna Tomás und Maria Tortosa für ihre Hilfe in der experimentellen Chirurgie und Plattform von IdISBa. Abschließend möchten wir uns bei der ADEMA School of Dentistry für den Zugang zum DVT-Scanner bedanken.
Materials
| Adsorbent paper point nº30 | Proclinc | 8187 | |
| Aprotinin | Sigma-Aldrich | A1153 | |
| Atipamezole | Dechra | 573751.5 | Revanzol 5 mg/mL |
| Braided silk ligature (5/0) | Laboratorio Arago Sl | 613112 | |
| Buprenorphine | Richter pharma | 578816.6 | Bupaq 0.3 mg/mL |
| Cone-beam computed tomography (CBCT) Scanner | MyRay | hyperion X9 | Model Hyperion X9 |
| CTAn software | SkyScan | Version 1.13.4.0 | |
| Dental explorer | Proclinc | 99743 | |
| Diamond lance-shaped bur | Dentaltix | IT21517 | |
| Food maintenance diet | Sodispain research | ROD14 | |
| Heated surgical platform | PetSavers | ||
| Hollenback carver | Hu-FRIEDY | HF45234 | |
| Hypodermic needle | BD | 300600 | 25G X 5/8” – 0,5 X 16 MM |
| Isoflurane | Karizoo | Isoflutek 1000mg/g | |
| Ketamine | Dechra | 581140.6 | Anesketin 100 mg/mL |
| Lipopolysaccharide derived from P.Gingivalis | InvivoGen | TLRL-PGLPS | |
| Methanol | Fisher Scientific | M/4000/PB08 | |
| Micro needle holter | Fehling Surgical Instruments | KOT-6 | |
| Microsurgical pliers | KLS Martin | 12-384-06-07 | |
| microsurgical scissors | S&T microsurgical instruments | SDC-15 RV | |
| Monitor iMEC 8 Vet | Mindray | ||
| Multiplex bead immunoassay | Procartaplex, Thermo fisher Scientific | PPX-05 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich | 8187151000 | |
| Periosteal microsurgical elevator | Dentaltix | CU19112468 | |
| Phenylmethylsulfonylfluoride (PMSF) | Roche | 10837091001 | |
| Phosphate Buffer Solution (PBS) | Capricorn Scientific | PBS-1A | |
| PhosSTOP | Roche | 4906845001 | Commercial phosphatase inhibitor tablet |
| Plastic vial | SPL Lifesciencies | 60015 | 1.5mL |
| Saline | Cinfa | 204024.3 | |
| Stereo Microscope | Zeiss | Model SteREO Discovery.V12 | |
| Surgical loupes led light | Zeiss | ||
| Surgical scissors | Zepf Surgical | 08-1701-17 | |
| Syringe | BD plastipak | 303172 | 1mL |
| Veterinary dental micromotor | Eickemeyer | 174028 | |
| Xylazine | Calier | 20102-003 | Xilagesic 20 mg/mL |
Referenzen
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