Experimentelles Modell der Ligatur-induzierten Periimplantitis bei Mäusen

Summary

Dies ist ein Bericht über ein experimentelles Modell der Ligatur-induzierten Periimplantitis bei Mäusen. Wir beschreiben alle chirurgischen Schritte, von der prä- und postoperativen Behandlung der Tiere, Extraktionen, Implantatinsertion und ligaturinduzierter Periimplantitis.

Abstract

Zahnimplantate haben eine hohe Erfolgs- und Überlebensrate. Komplikationen wie Periimplantitis (PI) sind jedoch sehr schwierig zu behandeln. PI ist gekennzeichnet durch eine Entzündung im Gewebe um Zahnimplantate mit fortschreitendem Verlust des Stützknochens. Um die Langlebigkeit von Zahnimplantaten in Bezug auf Gesundheit und Funktionalität zu optimieren, ist es entscheidend, die Pathophysiologie der Periimplantitis zu verstehen. In dieser Hinsicht hat die Verwendung von Mausmodellen in der Forschung klare Vorteile bei der Nachbildung klinischer Umstände gezeigt. Ziel dieser Studie war es, ein experimentelles Modell der Ligatur-induzierten Periimplantitis bei Mäusen zu beschreiben und festzustellen, ob es angesichts der beobachteten Knochen- und Gewebeveränderungen eine Wirksamkeit bei der Induktion dieser Krankheit gibt. Die experimentelle Periimplantitis-Induktion umfasst die folgenden Schritte: Zahnextraktion, Implantatinsertion und Ligatur-induzierte PI. Eine Stichprobe von achtzehn 3 Wochen alten männlichen C57BL/6J-Mäusen wurde in zwei Gruppen eingeteilt, Ligatur (N=9) und Kontroll-Nicht-Ligatur (N=9). Die Bewertung klinischer, röntgenographischer und histologischer Faktoren wurde durchgeführt. Die Ligaturgruppe zeigte einen signifikant höheren Knochenverlust, ein erhöhtes Weichteilödem und eine apikale Epithelmigration als die Nicht-Ligaturgruppe. Es wurde der Schluss gezogen, dass dieses präklinische Modell erfolgreich eine Periimplantitis bei Mäusen induzieren kann.

Introduction

Zahnimplantate werden immer häufiger als wünschenswerte Wahl für den Ersatz fehlender Zähne^{eingesetzt 1}. Die Prävalenz von Zahnimplantaten in der erwachsenen US-Bevölkerung wird bis 2026 voraussichtlich um bis zu 23 % steigen². Basierend auf einem Marktanalysebericht von Grand View Research (2022) wird die globale Marktgröße für Zahnimplantate im Jahr 2022 voraussichtlich etwa 4,6 Milliarden US-Dollar erreichen. Darüber hinaus wird bis zum Jahr 2030 eine stetige jährliche Wachstumsrate von rund 10 % erwartet³. Leider kann die Verwendung von Zahnimplantaten zu Komplikationen wie Periimplantitis führen. Periimplantitis wurde definiert als eine durch Biofilm induzierte Erkrankung, die durch eine Entzündung der periimplantären Schleimhaut und einen anschließenden fortschreitenden Verlust des Stützknochens gekennzeichnet^{ist 4}.

Eine systematische Übersichtsarbeit ergab, dass die mittlere Prävalenz der Periimplantitis 19,53 % (95 % Konfidenzintervall [KI], 12,87 bis 26,19 %) auf Patientenebene und 12,53 % (95 % KI 11,67 bis 13,39 %) auf Implantatebene⁵ betrug. Periimplantitis stellt aufgrund eines Anstiegs des Implantatversagens und folglich erheblicher Behandlungskosten eine wachsende öffentliche Gesundheit dar⁶.

Das Verständnis der Pathogenese der Periimplantitis ist entscheidend für die Entwicklung eines systematischen Ansatzes, um ihr Auftreten und Fortschreiten zu verhindern und die Langlebigkeit von Zahnimplantaten in Bezug auf Ästhetik und Funktion zu maximieren ^7,8. In diesem Sinne hat sich die Verwendung von Mausmodellen in der zahnmedizinischen Forschung als vorteilhaft erwiesen, da Mäuse mehr als 95 % ihrer Gene mit dem Menschen teilen ^9,10, die Anzahl der verfügbaren genetischen Online-Datenbanken und die Fähigkeit, klinische Szenarien zu reproduzieren¹¹. Alle beschriebenen Vorteile ermöglichen die Aufschlüsselung genetischer Mechanismen bei verschiedenen Krankheiten¹², die zugängliche Akkommodation und das Management sowie Antikörper, die als humane Panels weit verbreitet sind, über die Verfügbarkeit genetischer Modifikationen (z. B. Knockout und Überexpression) für die Beurteilung von Entzündungsgewebe und die Kartierung von Krankheiten^{hinaus 13}. Obwohl dies vorteilhaft ist, gibt es nur wenige Publikationen, die sich mit Periimplantitis bei Mäusen befassen. Dies ist unter anderem auf methodische Herausforderungen zurückzuführen, darunter die Schwierigkeit, Miniimplantate zu erhalten oder zu installieren.

Um eine Periimplantitis bei Mäusen zu entwickeln, wurden viele Protokolle beschrieben, wie z. B. Ligatur-induzierte Periimplantitis, bakterieninduzierte Periimplantitis¹⁴, Lipopolysaccharid (LPS)-induzierte Periimplantitis¹⁵ oder die Kombination LPS + Ligatur-induzierte Periimplantitis¹⁶. Hier konzentrieren wir uns auf das Ligaturmodell, da es die am weitesten verbreitete Methode zur Induktion von Parodontitis 17,18,19 und in jüngerer Zeit von Periimplantitis ^20,21 ist. Die Ligatur, die in submuköser Position um die Implantate gelegt wird, stimuliert die Ansammlung von Plaque und damit die Entzündung des Gewebes. Die Entwicklung dieses Ansatzes basiert daher auf der Indikation einer praktikablen Kosten-Nutzen-Technik für präklinische Untersuchungen zu periimplantären Erkrankungen. Diese Studie zielt darauf ab, ein experimentelles Modell der Ligatur-induzierten Periimplantitis bei Mäusen zu beschreiben und festzustellen, ob es angesichts der beobachteten Knochen- und Gewebeveränderungen eine Wirksamkeit bei der Induktion dieser Krankheit gibt.

Das übergeordnete Ziel dieses Artikels ist es, über das Protokoll zu berichten, das zur Induktion von Periimplantitis bei Mäusen durch Ligatur angewendet wird, und seine Wirksamkeit durch Gewebebewertung und Knochenverlust um die Implantate herum zu beobachten.

Protocol

Verfahren mit tierischen Probanden wurden vom Chancellor’s Animal Research Committee der University of California, Los Angeles (ARC-Protokollnummer 2002-125) und dem Animal Research: Reporting In Vivo Experiments (ARRIVE)22 genehmigt. Für diese Methode wurden achtzehn 3 Wochen alte männliche Mäuse des Typs C57BL/6J verwendet und zahnärztlichen Extraktionen, Implantatinsertion und Periimplantitis-Induktion unterzogen. Alle zahnärztlichen Eingriffe wurden unter 10× mikroskopischer Vergrößeru…

Representative Results

Für diese Methode wurden achtzehn 3 Wochen alte männliche Mäuse des Typs C57BL/6J verwendet und zahnärztlichen Extraktionen, Implantatinsertion und Periimplantitis-Induktion unterzogen. Es gab neun Tiere pro Gruppe, was statistisch signifikant war, wenn man den linearen Knochenverlust berücksichtigte, der 80 % Leistung, 15 % Standardabweichung (σ) und 95 % Konfidenzintervall (α = 0,05) erreichte. Mäuse wurden während des Experiments ad libitum mit einer weichen Diät gefüttert. Neun Mäuse erhielten ei…

Discussion

Dieses Protokoll enthält einen beschreibenden Bericht über chirurgische Verfahren zur Periimplantitis-Induktion unter Verwendung eines Ligaturmodells bei Mäusen. Die Arbeit mit Mäusen hat Vorteile, wie z. B. die Kosteneffizienz, die Verfügbarkeit eines umfangreichen genetischen Arrays angesichts der vielen Hintergründe²³ und andere Aspekte^24,25. Im Laufe der Jahre haben mehrere Studien Mäuse erfolgreich im medizinischen und zahnärz…

Materials

#5 dental explorer	Hu-Friedy, Chicago, IL	392-0911	Dental luxation
15c blade and surgical scalpel	Henry Schein Inc., Melville, NY	1126186	Tissue incision
6-0 silk ligatures	Fisher Scientific, Hampton, NH	NC9201232	Ligature
Amoxicillin 50μg/mL	Zoetis, San Diego, CA	TS/DRUGS/57/2003	Oral suspension
Bacon Soft Diet	Bio Serve®, Frenchtown, NJ	14-726-701	–
C57BL/6J male mice	The Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME, USA	000664	Age: 3-week-old
CTAn software	V.1.16 Bruker, Billerica, MA	–	Volumetric analysis
Dolphin software	Navantis, Toronto, CA	–	Linear bone analysis
Implant carrier & Tip	D. P. Machining Inc., La Verne, CA	Unique product	Implant holder
Implant support	D. P. Machining Inc., La Verne, CA	Unique product	Implant capture
Isoflurane	Vet One, Boise, ID	NDC13985-528-60	Inhalational anesthetic
Micro-CT scan 1172	SkyScan, Kontich, Belgium	–	μCT scans
Nrecon Software	Bruker Corporation, Billerica, MA	–	Images reconstruction
Ø 0.3mm – L 2.5mm Micro Drills	Sphinx, Hoffman Estates, IL	ART. 50699	Osteotomy
Ø 0.5mm – L 1.0mm Titanium implants	D. P. Machining Inc., La Verne, CA	Unique product	–
Ophthalmic lubricant	Apexa, Ontario, CA	NDC13985-600-03	Artificial tears
Pin Vise	General Tools, Secaucus, NJ	90	Osteotomy
Rimadyl 50mg/ml	Zoetis, San Diego, CA	4019449	Anti-inflammatory
Sterile cotton tipped	Dynarex, Glendale, AZ	4304-1	Hemostasis
Tip forceps	Fine Science Tools, Foster City, CA	11071-10	Dental Extraction
Tying forceps	Fine Science Tools, Foster City, CA	18025-10	Ligature placement