Modelo experimental de periimplantitis inducida por ligadura en ratones
Summary
Este es un informe sobre un modelo experimental de periimplantitis inducida por ligadura en ratones. Describimos todos los pasos quirúrgicos, desde el manejo pre y postoperatorio de los animales, las extracciones, la colocación de implantes y la periimplantitis inducida por ligaduras.
Abstract
Los implantes dentales tienen una alta tasa de éxito y supervivencia. Sin embargo, las complicaciones como la periimplantitis (PI) son muy difíciles de tratar. La PI se caracteriza por la inflamación de los tejidos que rodean los implantes dentales con pérdida progresiva del hueso de soporte. Para optimizar la longevidad de los implantes dentales en términos de salud y funcionalidad, es crucial comprender la fisiopatología de la periimplantitis. En este sentido, el uso de modelos de ratón en la investigación ha demostrado claros beneficios en la recreación de circunstancias clínicas. El objetivo de este estudio fue describir un modelo experimental de periimplantitis inducida por ligaduras en ratones y determinar si existe efectividad en la inducción de esta enfermedad, dados los cambios óseos y tisulares observados. La inducción experimental de periimplantitis comprende los siguientes pasos: extracción de dientes, colocación de implantes e IP inducida por ligadura. Una muestra de dieciocho ratones machos C57BL/6J de 3 semanas de edad se dividió en dos grupos, ligadura (N = 9) y control sin ligadura (N = 9). Se realizó la evaluación de factores clínicos, radiográficos e histológicos. El grupo con ligadura mostró una pérdida ósea significativamente mayor, un aumento del edema de tejidos blandos y una migración epitelial apical que el grupo sin ligadura. Se concluyó que este modelo preclínico puede inducir con éxito periimplantitis en ratones.
Introduction
Los implantes dentales son cada vez más frecuentes como una opción deseable parareemplazar los dientes perdidos. Se prevé que la prevalencia de implantes dentales en la población adulta de EE. UU. aumente hasta un 23% para 20262. Según un informe de análisis de mercado de Grand View Research (2022), se proyectó que el tamaño del mercado global de implantes dentales alcanzaría aproximadamente US $ 4.6 mil millones en 2022. Además, se prevé que muestre una tasa de crecimiento anual constante de alrededor del 10% hasta el año 20303. Desafortunadamente, el uso de implantes dentales puede provocar complicaciones, como la periimplantitis. La periimplantitis se ha definido como una afección inducida por biofilm caracterizada por la inflamación de la mucosa periimplantaria y la consiguiente pérdida progresiva del hueso de soporte4.
Una revisión sistemática encontró que la prevalencia media de periimplantitis fue del 19,53% (intervalo de confianza [IC] del 95%, 12,87 a 26,19%) a nivel del paciente y del 12,53% (IC del 95%: 11,67 a 13,39%) a nivel del implante5. La periimplantitis representa un problema de salud pública creciente, debido al aumento del fracaso de los implantes y, en consecuencia, a los costes sustanciales del tratamiento6.
Comprender la patogénesis de la periimplantitis es crucial para desarrollar un enfoque sistemático que prevenga su aparición y progresión y maximice la longevidad de los implantes dentales en términos de estética y función 7,8. En este sentido, el uso de modelos murinos en la investigación odontológica ha demostrado ser ventajoso, dado que los ratones comparten más del 95% de sus genes con los humanos 9,10, el número de bases de datos genéticas disponibles en línea y la capacidad de reproducir escenarios clínicos11. Todas las ventajas descritas permiten la disección de los mecanismos genéticos en diferentes enfermedades12, el alojamiento y el manejo accesibles, y los anticuerpos ampliamente disponibles como paneles humanos, más allá de la disponibilidad de modificación genética (por ejemplo, knockout y sobreexpresión) para la evaluación del tejido inflamatorio y el mapeo de la enfermedad13. Aunque es ventajoso, hay pocas publicaciones que aborden la periimplantitis en ratones. Esto se debe, entre otros, a retos metodológicos, entre los que se encuentra la dificultad para obtener miniimplantes o instalarlos.
Para desarrollar periimplantitis en ratones, se han descrito muchos protocolos, como la periimplantitis inducida por ligaduras, la periimplantitis inducida por bacterias14, la periimplantitis15 inducida por lipopolisacáridos (LPS) o la combinación de LPS + periimplantitis inducida por ligaduras16. Aquí, nos centraremos en el modelo de ligadura porque es el método más aceptado para inducir periodontitis 17,18,19 y, más recientemente, periimplantitis20,21. La ligadura colocada alrededor de los implantes en posición submucosa estimula la acumulación de placa y, en consecuencia, la inflamación de los tejidos. Por lo tanto, el desarrollo de este enfoque se basa en la indicación de una técnica viable de costo-beneficio para investigaciones preclínicas en enfermedades periimplantarias. Este estudio tiene como objetivo describir un modelo experimental de periimplantitis inducida por ligaduras en ratones y determinar si existe efectividad en la inducción de esta enfermedad dados los cambios óseos y tisulares observados.
El objetivo general de este artículo es reportar el protocolo aplicado para inducir periimplantitis en ratones por ligadura y observar su efectividad a través de la evaluación de tejidos y pérdida ósea alrededor de los implantes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo presenta un informe descriptivo sobre los procedimientos quirúrgicos para la inducción de periimplantitis utilizando un modelo de ligadura en ratones. Trabajar con ratones tiene ventajas, como ser costo-efectivo, la disponibilidad de un extenso conjunto genético dados los múltiples antecedentes23 entre otros aspectos24,25. A lo largo de los años, varios estudios han utilizado con éxito ratones en los campos médico y d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el DE031431 NIH/NIDCR. Nos gustaría agradecer al Laboratorio Central de Patología Traslacional de UCLA por su ayuda en la preparación de las secciones histológicas descalcificadas.
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 |
References
- Ho, K., et al. A cross-sectional survey of patient’s perception and knowledge of dental implants in japan. Int J Implant Dent. 8 (1), 14 (2022).
- Elani, H. W., Starr, J. R., Da Silva, J. D., Gallucci, G. O. Trends in dental implant use in the u.S., 1999-2016, and projections to 2026. J Dent Res. 97 (13), 1424-1430 (2018).
- . Available from: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/dental-implants-market (2022)
- Renvert, S., Persson, G. R., Pirih, F. Q., Camargo, P. M. Peri-implant health, peri-implant mucositis, and peri-implantitis: Case definitions and diagnostic considerations. J Clin Periodontol. 45 Suppl 20, S278-S285 (2018).
- Diaz, P., Gonzalo, E., Villagra, L. J. G., Miegimolle, B., Suarez, M. J. What is the prevalence of peri-implantitis? A systematic review and meta-analysis. BMC Oral Health. 22 (1), 449 (2022).
- Herrera, D., et al. Prevention and treatment of peri-implant diseases-the efp s3 level clinical practice guideline. J Clin Periodontol. 50 Suppl 26, 4-76 (2023).
- Graziani, F., Figuero, E., Herrera, D. Systematic review of quality of reporting, outcome measurements and methods to study efficacy of preventive and therapeutic approaches to peri-implant diseases. J Clin Periodontol. 39 Suppl 12, 224-244 (2012).
- Schwarz, F., Derks, J., Monje, A., Wang, H. L. Peri-implantitis. J Periodontol. 89 Suppl 1, S267-S290 (2018).
- Bryda, E. C. The mighty mouse: The impact of rodents on advances in biomedical research. Mo Med. 110 (3), 207-211 (2013).
- Mouse Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature. 420 (6915), 520-562 (2002).
- Pirih, F. Q., et al. Ligature-induced peri-implantitis in mice. J Periodontal Res. 50 (4), 519-524 (2015).
- Rau, C. D., et al. High-density genotypes of inbred mouse strains: Improved power and precision of association mapping. G3 (Bethesda). 5 (10), 2021-2026 (2015).
- Schwarz, F., Sculean, A., Engebretson, S. P., Becker, J., Sager, M. Animal models for peri-implant mucositis and peri-implantitis. Periodontol 2000. 68 (1), 168-181 (2015).
- Varon-Shahar, E., et al. Peri-implant alveolar bone resorption in an innovative peri-implantitis murine model: Effect of implant surface and onset of infection. Clin Implant Dent Relat Res. 21 (4), 723-733 (2019).
- Pirih, F. Q., et al. A murine model of lipopolysaccharide-induced peri-implant mucositis and peri-implantitis. J Oral Implantol. 41 (5), e158-e164 (2015).
- Schwarz, F., et al. Influence of antiresorptive/antiangiogenic therapy on the extension of experimentally induced peri-implantitis lesions. Clin Oral Investig. 27 (6), 3009-3019 (2023).
- Wong, R. L., et al. Comparing the healing potential of late-stage periodontitis and peri-implantitis. J Oral Implantol. 43 (6), 437-445 (2017).
- Wong, R. L., et al. Early intervention of peri-implantitis and periodontitis using a mouse model. J Periodontol. 89 (6), 669-679 (2018).
- Hiyari, S., et al. Ligature-induced peri-implantitis and periodontitis in mice. J Clin Periodontol. 45 (1), 89-99 (2018).
- Nguyen Vo, T. N., et al. Ligature induced peri-implantitis: Tissue destruction and inflammatory progression in a murine model. Clin Oral Implants Res. 28 (2), 129-136 (2017).
- Yuan, S., et al. Comparative transcriptome analysis of gingival immune-mediated inflammation in peri-implantitis and periodontitis within the same host environment. J Inflamm Res. 15, 3119-3133 (2022).
- Berglundh, T., et al. Peri-implant diseases and conditions: Consensus report of workgroup 4 of the 2017 world workshop on the classification of periodontal and peri-implant diseases and conditions. J Periodontol. 89 Suppl 1, S313-S318 (2018).
- Hiyari, S., et al. Genomewide association study identifies cxcl family members as partial mediators of lps-induced periodontitis. J Bone Miner Res. 33 (8), 1450-1463 (2018).
- Kantarci, A., Hasturk, H., Van Dyke, T. E. Animal models for periodontal regeneration and peri-implant responses. Periodontol 2000. 68 (1), 66-82 (2015).
- Struillou, X., Boutigny, H., Soueidan, A., Layrolle, P. Experimental animal models in periodontology: A review. Open Dent J. 4, 37-47 (2010).
- Erata, E., et al. Cnksr2 loss in mice leads to increased neural activity and behavioral phenotypes of epilepsy-aphasia syndrome. J Neurosci. 41 (46), 9633-9649 (2021).
- Fakih, D., Guerrero-Moreno, A., Baudouin, C., Reaux-Le Goazigo, A., Parsadaniantz, S. M. Capsazepine decreases corneal pain syndrome in severe dry eye disease. J Neuroinflammation. 18 (1), 111 (2021).
- Douam, F., Ploss, A. The use of humanized mice for studies of viral pathogenesis and immunity. Curr Opin Virol. 29, 62-71 (2018).
- Lin, P., et al. Application of ligature-induced periodontitis in mice to explore the molecular mechanism of periodontal disease. Int J Mol Sci. 22 (16), (2021).
- Marchesan, J., et al. An experimental murine model to study periodontitis. Nat Protoc. 13 (10), 2247-2267 (2018).
- Silva, D. N. A., et al. Probiotic lactobacillus rhamnosus em1107 prevents hyperglycemia, alveolar bone loss, and inflammation in a rat model of diabetes and periodontitis. J Periodontol. 94 (3), 376-388 (2023).
- Kim, Y. G., et al. 6-shogaol, an active ingredient of ginger, inhibits osteoclastogenesis and alveolar bone resorption in ligature-induced periodontitis in mice. J Periodontol. 91 (6), 809-818 (2020).
- Fine, N., et al. Periodontal inflammation primes the systemic innate immune response. J Dent Res. 100 (3), 318-325 (2021).
- Yu, X., et al. Role of toll-like receptor 2 in inflammation and alveolar bone loss in experimental peri-implantitis versus periodontitis. J Periodontal Res. 53 (1), 98-106 (2018).
- Reinedahl, D., Chrcanovic, B., Albrektsson, T., Tengvall, P., Wennerberg, A. Ligature-induced experimental peri-implantitis-a systematic review. J Clin Med. 7 (12), (2018).
