Induzieren apische Parodontitis bei Mäusen
Summary
Hier stellen wir ein Protokoll vor, um apische Parodontitis bei Mäusen lokal zu induzieren. Wir zeigen, wie man ein Loch in den Zahn der Maus bohrt und seinen Zellstoff freilegt, um lokale Entzündungen zu verursachen. Es werden auch Analysemethoden zur Untersuchung der Art dieser Entzündung wie Mikro-CT und Histologie gezeigt.
Abstract
Die Mechanismen, die an lokal induzierten Entzündungen beteiligt sind, können mit mehreren verfügbaren Tiermodellen untersucht werden. Eine davon ist die Induktion von apikaler Parodontitis (AP). Apical Parodontitis ist eine häufige Pathologie entzündlicher Natur in den parodontalen Geweben, die die Zahnwurzel umgeben. Um die Natur und den Mechanismus dieser Pathologie besser zu verstehen, ist es vorteilhaft, das Verfahren bei Mäusen durchzuführen. Die Induktion dieser odontogenen Entzündung wird durch Bohren in den Mauszahn erreicht, bis das Zellstoffstoff exponiert ist. Als nächstes bleibt das Zahnfleisch ausgesetzt, um durch die natürliche Mundflora im Laufe der Zeit kontaminiert zu werden, was apikale Parodontitis verursacht. Nach diesem Zeitraum wird das Tier geopfert, und der Zahn und der Kieferknochen können auf verschiedene Weise analysiert werden. Typische Analysen umfassen Mikro-CT-Bildgebung (zur Bewertung der Knochenresorption), histologische Färbung, Immunhistochemie und RNA-Expression. Dieses Protokoll ist nützlich für die Forschung auf dem Gebiet der Oralbiologie, um diesen entzündlichen Prozess in einem in vivo experimentellen Umfeld mit einheitlichen Bedingungen besser zu verstehen. Das Verfahren erfordert einen sorgfältigen Umgang mit den Mäusen und dem isolierten Kiefer, und eine visuelle Demonstration der Technik ist nützlich. Alle technischen Aspekte der Verfahren, die zu induzierten apikalen Parodontitis und deren Charakterisierung in einem Mausmodell führen, werden demonstriert.
Introduction
Das Ziel dieser Methode ist es, apikale Parodontitis in einer Maus zu induzieren, indem die Spitze mit der natürlichen Mikroflora kontaminiert wird, und dann verschiedene Eigenschaften dieses pathologischen Prozesses zu untersuchen.
Apical Parodontitis (AP) ist eine häufige Pathologie entzündlicher Natur in den parodontalen Geweben, die die Zahnwurzel umgeben. Diese Zahnerkrankung kann starke Schmerzen verursachen und muss von einem Zahnarzt behandelt werden. Die Behandlungsmöglichkeiten umfassen Wurzelkanalbehandlung (primär oder sekundär), endodontische Chirurgie, Zahnextraktion oder Nachsorge je nach klinischen und radiographischen Befunden und die Meinung des Arztes. Der Mechanismus dieses entzündlichen Prozesses, obwohl seit mehreren Jahrzehnten untersucht1,2,3, ist immer noch nicht umfassend verstanden. Angesichts der Schwere dieser Pathologie besteht daher ein klarer Bedarf an Forschung, die sich mit ihrem grundlegenden Charakter befasst. Daher sind Systeme, in denen das Studium von AP möglich ist, von großem wissenschaftlichen Interesse.
Da AP ein komplexer pathologischer Prozess ist, an dem das lokale Gewebe und das Immunsystem beteiligt sind, reichen In-vitro-Studien nicht aus, um die Prozesse vollständig zu verstehen. Die Untersuchung klinischer Proben dieser Krankheit ist auch aufgrund ethischer Einschränkungen und signifikanter Variabilität zwischen verschiedenen Menschen und verschiedenen klinischen Stadien4,5, und damit der Notwendigkeit von In-vivo-Modellen problematisch. Diese Modelle basieren auf dem Konzept, den Zellstoff der Zahnfleischkontamination auszusetzen und die entzündliche Reaktion des Körpers auf diesen Reiz in den periapischen Geweben6,7zu beobachten. Häufige In-vivo-Modelle sind Nagetiere oder größere Tiere wie Hunde. Trotz der klinischen Herausforderung bei der Behandlung von Mäusen, bei denen es sich um sehr kleine Tiere mit Miniaturzähnen handelt, sind die Vorteile des Mausmodells signifikant: Praktisch ist die Arbeit mit Mäusen technisch einfach in Bezug auf die Einrichtungen und ist am kostengünstigsten, und Wissenschaftlich ist die Maus ein gut erforschtes Tiermodell mit leicht verfügbaren genetischen und molekularen Werkzeugen und einem gut untersuchten Genom. Tatsächlich verwendeten frühere Studien ein Mausmodell für die Untersuchung von entzündlichen und Knochenresorptionssignalen und Zellen, die an apikalen Parodontitis8,9,10,11beteiligt sind. Daher ist ein klares Protokoll zur Verwendung eines Mausmodells für die Untersuchung von AP erforderlich. Hier beschreiben wir ein solches Protokoll.
Das hier beschriebene Protokoll hat den großen Vorteil, dass es geeignet ist, Knock-out-Mäuse (KO) zu untersuchen und zu erfahren, wie das Fehlen eines bestimmten Gens zahnärztliche Entzündungen beeinflusst7,12. Weitere nützliche Anwendungen dieses Protokolls sind die Untersuchung der Auswirkungen von Medikamenten und systemischen Bedingungen auf die Entwicklung der apikalen Parodontitis13, die Wirkung der apikalen Parodontitis auf die Entwicklung der Osteonekrose der Kiefer14 , 15 und Stammzelltherapie zur Knochenregeneration16.
Dieses Protokoll kann auch als Modell zur Untersuchung lokaler Entzündungen verallgemeinert werden. Um den Entzündungsprozess zu untersuchen, wurden mehrere Mausmodelle entwickelt, darunter z.B. induzierte Kolitis oder Arthritis17,18. Diese Modelle haben systemische Effekte und haben keine eingebaute Kontrolle im selben Tier. Modelle für induzierte apikale Parodontitis, die eine kontralaterale Kontrolle ohne Entzündung beinhalten, haben den Vorteil, diese Einschränkungen zu überwinden14,19.
Das unten beschriebene Protokoll ist daher nützlich für Forscher, die sich für lokale Entzündungsprozesse interessieren. Die kontrollierte Natur dieser Entzündung, ihre Einschließung an einen bestimmten Ort und der kontralaterale Kontrollzahn machen dieses Protokoll wertvoll für die Untersuchung der Mechanismen, die an diesem Prozess beteiligt sind. Darüber hinaus ist das Protokoll nützlich für Forscher, die sich für die klinischen Aspekte der periapischen Entzündung interessieren. Das Mausmodell ist ideal, um verschiedene Variablen der Krankheit zu studieren, zusätzlich zu dem Vorteil, dass es in der Lage ist, genetische Manipulationen im Mausmodell einfach durchzuführen, um die Aktivität bestimmter Gene bei periapischen Entzündungen zu untersuchen.
Technisch gesehen ist das klinische Verfahren aufgrund der geringen Abmessungen der Mäusezähne eine Herausforderung. Es wird von Vorteil sein, dieses Verfahren zu visualisieren, um mehr über Positionierung, benötigte Ausrüstung und Leistung zu erfahren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier wird eine Methode zur Induktion von apikalen Parodontitis bei Mäusen eingeführt. Das Ziel der Methode ist es, die apikale Parodontitis Bedingung für die Untersuchung von Mechanismen und Folgen dieses entzündlichen Prozesses zu nutzen. Apische Parodontitis wurde bei 6-8 Wochen alten Mäusen induziert, ein Alter, in dem die Wurzeln voll entwickelt sind24. Um in diesem Modell apikale Parodontitis zu verursachen, wird der Zahnbrei von Maus-Mandibulären Molaren mit einem Zahngrat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten Dr. Oded Heyman für seine Hilfe bei der Tierpositionierung, Raphael Lieber für Hilfe bei der Mikro-CT-Analyse und Prof. Andiara De Rossi Daldegan für ihre Beratung zur Vorformung des Experiments danken. Wir möchten auch Dr. Sidney Cohen für das kritische Lesen und Bearbeiten würdigen.
Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des Dr. Izador I. Cabakoff Research Endowment Fund an MK und IA und ein Yitzhak Navon Stipendium des israelischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie an die EG unterstützt.
Materials
| Atipamezole hydrochloride | Eurovet Animal Health | CAS 104075-48-1 | |
| ATR | dentsply | tecnika | |
| blocking machine | Leica | EG1150H | |
| buprenorphine | vetmarket | 163451 | |
| clinical microscope/binocular | Olympus | Sz61 | |
| dental bur | Komet dental | ZR8801L 315 008 | |
| dental spatula | Premier | 1003737 | |
| EDTA | J.T Baker | 8993 | |
| entelan | mercury | 1.07961 | |
| Eosin Y solution, alcoholic | SIGMA | HT110116 | |
| hematoxylin solution, Mayer's | SIGMA | MHS 16 | |
| Ketamine hydrochloride | Vetoquinol | CAS 1867-669 | |
| Medetomidine hydrochloride (cepetor) | CP-pharma GmbH | CAS 86347-15-1 | |
| Mepivacaine HCl 3% | Teva | CAS 96-88-8 | |
| microbrushes- adjustable precision applicators | PARKELL | S379 | |
| micro-ct scanner | scanco | uCT 40 | |
| parafin | Leica | 39602004 | |
| PBS | SIGMA | D8537 | |
| PFA | EMS | 15710 | |
| Chloramphenicol eye ointment (5%) | Rekah pharmaceutical | CAS 56-75-7 | |
| tweezers | WAM | Ref-CT | |
| xylazine | Eurovet Animal Health | CAS 7361-61-7 | |
| xylene | Gadot | CAS 1330-20-7 |
References
- Azuma, M. M., Samuel, R. O., Gomes-Filho, J. E., Dezan-Junior, E., Cintra, L. T. The role of IL-6 on apical periodontitis: a systematic review. International Endodontics Journal. 47 (7), 615-621 (2014).
- Marton, I. J., Kiss, C. Overlapping protective and destructive regulatory pathways in apical periodontitis. Journal of Endodontics. 40 (2), 155-163 (2014).
- Graunaite, I., Lodiene, G., Maciulskiene, V. Pathogenesis of apical periodontitis: a literature review. Journal of Oral and Maxillofacial Research. 2 (4), e1 (2012).
- Hussein, F. E., Liew, A. K., Ramlee, R. A., Abdullah, D., Chong, B. S. Factors Associated with Apical Periodontitis: A Multilevel Analysis. Journal of Endodontics. 42 (10), 1441-1445 (2016).
- Takahashi, K., MacDonald, D. G., Kinane, D. F. Analysis of immunoglobulin-synthesizing cells in human dental periapical lesions by in situ hybridization and immunohistochemistry. Journal of Oral Pathology Medicine. 25 (6), 331-335 (1996).
- Lin, D., et al. Enterococcus faecalis lipoteichoic acid regulates macrophages autophagy via PI3K/Akt/mTOR pathway. Biochemical and Biophysical Research Community. 498 (4), 1028-1036 (2018).
- Wu, Y., Sun, H., Yang, B., Liu, X., Wang, J. 5-Lipoxygenase Knockout Aggravated Apical Periodontitis in a Murine Model. Journal of Dental Research. 97 (4), 442-450 (2018).
- Barreiros, D., et al. Immunohistochemical and mRNA expression of RANK, RANKL, OPG, TLR2 and MyD88 during apical periodontitis progression in mice. Journal of Applied Oral Science. 26, e20170512 (2018).
- Barreiros, D., et al. MMP2 and MMP9 are Associated with Apical Periodontitis Progression and Might be Modulated by TLR2 and MyD88. Brazillian Dentistry Journal. 29 (1), 43-47 (2018).
- Virtej, A., Papadakou, P., Sasaki, H., Bletsa, A., Berggreen, E. VEGFR-2 reduces while combined VEGFR-2 and -3 signaling increases inflammation in apical periodontitis. Journal of Oral Microbiology. 8, 32433 (2016).
- De Rossi, A., et al. Cementocytes Express Receptor Activator of the Nuclear Factor Kappa-B Ligand in Response to Endodontic Infection in Mice. Journal of Endodontics. 42 (8), 1251-1257 (2016).
- Rider, D., et al. Elevated CD14 (Cluster of Differentiation 14) and Toll-Like Receptor (TLR) 4 Signaling Deteriorate Periapical Inflammation in TLR2 Deficient Mice. Anatomy Records (Hoboken). 299 (9), 1281-1292 (2016).
- Martins, C. M., Sasaki, H., Hirai, K., Andrada, A. C., Gomes-Filho, J. E. Relationship between hypertension and periapical lesion: an in vitro and in vivo study. Brazillian Oral Research. 30 (1), e78 (2016).
- Rao, N. J., Wang, J. Y., Yu, R. Q., Leung, Y. Y., Zheng, L. W. Role of Periapical Diseases in Medication-Related Osteonecrosis of the Jaws. Biomedical Research International. 2017, 1560175 (2017).
- Song, M., et al. Preexisting Periapical Inflammatory Condition Exacerbates Tooth Extraction-induced Bisphosphonate-related Osteonecrosis of the Jaw Lesions in Mice. Journal of Endodontics. 42 (11), 1641-1646 (2016).
- Wu, Y., et al. Hypoxic Preconditioning Enhances Dental Pulp Stem Cell Therapy for Infection-Caused Bone Destruction. Tissue Engineering Part A. 22 (19-20), 1191-1203 (2016).
- Eichele, D. D., Kharbanda, K. K. Dextran sodium sulfate colitis murine model: An indispensable tool for advancing our understanding of inflammatory bowel diseases pathogenesis. World Journal of Gastroenterology. 23 (33), 6016-6029 (2017).
- Choudhary, N., Bhatt, L. K., Prabhavalkar, K. S. Experimental animal models for rheumatoid arthritis. Immunopharmacology and Immunotoxicology. 40 (3), 193-200 (2018).
- Shah, A., et al. Clastic cells are absent around the root surface in pulp-exposed periapical periodontitis lesions in mice. Oral Disease. 24 (1-2), 57-62 (2018).
- Wan, C., et al. MMP9 deficiency increased the size of experimentally induced apical periodontitis. Journal of Endodontics. 40 (5), 658-664 (2014).
- Bezerra da Silva, R. A., et al. MyD88 knockout mice develop initial enlarged periapical lesions with increased numbers of neutrophils. International Endod Journal. 47 (7), 675-686 (2014).
- Mehrazarin, S., Alshaikh, A., Kang, M. K. Molecular Mechanisms of Apical Periodontitis: Emerging Role of Epigenetic Regulators. Dental Clinics of North America. 61 (1), 17-35 (2017).
- Metzger, Z. Macrophages in periapical lesions. Endodontics Dentisrty and Traumatology. 16 (1), 1-8 (2000).
- Lungova, V., et al. Tooth-bone morphogenesis during postnatal stages of mouse first molar development. Journal of Anatomy. 218 (6), 699-716 (2011).
- Zilberstein, L. F., Moens, Y. P., Leterrier, E. The effect of local anaesthesia on anaesthetic requirements for feline ovariectomy. Veterinary Journal. 178 (2), 214-218 (2008).
- Kaufman, E., Epstein, J. B., Gorsky, M., Jackson, D. L., Kadari, A. Preemptive analgesia and local anesthesia as a supplement to general anesthesia: a review. Anesthesia Progress. 52 (1), 29-38 (2005).
- Song, M., et al. Development of a Direct Pulp-capping Model for the Evaluation of Pulpal Wound Healing and Reparative Dentin Formation in Mice. Journal of Visual Experimentalization. (119), (2017).
- Yoneda, N., et al. Development of a root canal treatment model in the rat. Scientific Reports. 7 (1), 3315 (2017).
- AlShwaimi, E., et al. Regulatory T cells in mouse periapical lesions. Journal of Endodontics. 35 (9), 1229-1233 (2009).
