Robuste Ligatur-induzierte Modell der Murine Parodontitis für die Bewertung von oralen Neutrophilen

Parodontitis (PD) ist eine osteolytische Erkrankung, die mit einer signifikanten Wirtsmorbidität und wirtschaftlichen Belastung verbunden ist, die sich durch Zahnfleischentzündung und Verlust der Weichteilanhaftung und der ossösen Unterstützung für das betroffene Gebiss^1,2,3,4manifestiert. Dieser Prozess wird durch Wechselwirkungen zwischen der oralen Mikrobiota und dem angeborenen Immunsystem des Wirts bestimmt. Es ist auch verbunden mit Verschlimmerung von anderen systemischen entzündlichen Erkrankungen wie Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, und Krebs^5,6,7,8. Historisch wurde vermutet, dass pd Pathogenese von großen Mengen spezifischer Bakterien wie Porphyromonas gingivalis⁹abhängig ist. Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass die mikrobielle Komponente von PD durch den zahnärztlichen Biofilm vermittelt wird. Der Biofilm ist eine organisierte, komplexe Gemeinschaft zahlreicher Mikroorganismen, die in gesunden symbiotischen und destruktiven dysbiotischen Zuständen existieren können^10,11. Der orale Biofilm bietet normalerweise Resistenzen gegen den Wirt, indem er die Etablierung von Brennpunkten pathogener Bakterien verhindert und fördert die ideale Zahnfleischgewebestruktur und -funktion durch Regulierung der Wirtsimmunantwort^12,13. Störungen der gleichgewichtikomischen Beziehung zwischen commensalen Organismen innerhalb der Mundhöhle und dem Wirtsimmunsystem können zu Veränderungen der Gewebehomöostase führen, was zu Dysbakteriose und Entwicklung des markenzeichen klinischen und radiographischen Aussehens von PD^{5,10,12,13,14}führt.

Interessanterweise ist die Etablierung einer oralen Dysbakteriose, während für die Einleitung von PD erforderlich, nicht ausreichend, um PD bei allen Personen zu treiben, in Richtung der Fähigkeit des Wirts Immunantwort, den Übergang von Mikrobiota zwischen symbiotischen und dysbiotischen Zuständen zu untergraben¹⁵. Dies wirft ein besonderes Schlaglicht auf die Mittel, mit denen PD eine der Hauptfiguren des angeborenen Immunsystems beeinflusst, nämlich das polymorphonukleare Granulozyten (PMN), oder Neutrophil, aus lokaler und systemischer Perspektive^16,17.

Beim Menschen werden PMNs mit einer Rate von 2 x 10⁶ Zellen/h in gesunden parodontalen Bindegeweben aus dem Kreislauf rekrutiert, wo sie die vorherrschende Leukozytenpopulation sind. Hierbei werden sie anschließend als Bestandteil der Zahnfleischflüssigkeit aus dem Zahnfleischsulkus in die Mundhöhle ausgestoßen. In Gegenwart von PD manifestiert sich Neutrophie in der Zirkulation und Mundhöhle, wo diese Effektorzellen einen hyperinflammatorischen Phänotyp besitzen, der zur oben genannten Zerstörung des Parodontiums^{17,18,19,20,21,22}führt. Daher ist es von größter Bedeutung, die Rolle von PMNs bei PD und anderen systemischen entzündungshemmenden Erkrankungen zu verstehen.

Obwohl weithin anerkannt ist, dass chronische Krankheiten wechselseitig mit PD in Verbindung gebracht werden, müssen die zugrunde liegenden Mechanismen noch aufgeklärt werden, was zu Schwierigkeiten bei der Bewältigung dieser morbiden und potenziell tödlichen systemischen Bedingungen beiträgt. Mehrere experimentelle Tiermodelle, jedes mit einzigartigen Vor- und Nachteilen, wurden verwendet, um die Pathophysiologie von PD^23,24zu studieren. Mit Blick auf murine Modelle, gibt es eine Vielzahl von Protokollen, durch die die Untersuchung von PD erleichtert wird; sie besitzen jedoch mehrere technische und physiologische Mängel^{25,26,27,28,29,30,31}.

Erstens erfordert das orale Gavage-Maus-Modell zahlreiche orale Impfungen menschlicher Parodontalerreger, um Zahnfleischentzündungen und Knochenverlust zu erzeugen. Zusätzlich, Es ist in der Regel von einer Periode der Antibiotika-Behandlung voran, um die murine commensale orale Flora zu unterwandern²⁵. Dieses Modell erfordert oft eine spezielle Schulung, um die orale Gavage sicher durchzuführen, verwendet nur einen kleinen Bruchteil der parodontalen Krankheitserreger aus dem komplexeren menschlichen oralen Mikrobiom und erfordert mehrere Monate, um den Knochenverlust von Alveolar zu etablieren.

Im Gegensatz dazu nutzen chemisch induzierte murine Modelle die orale Abgabe von Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS) oder Dextransulfat-Natrium (DSS), Wirkstoffe, die häufig bei der Etablierung von murinen Modellen der Kolitis über einen Zeitraum von mehreren Monaten verwendet werden, um parodontalen Knochenverlust zu induzieren²⁶. Es stehen intraorale und extraorale Abszessmodelle zur Verfügung, die die murinen Schneidezähne und Gewebe des Dorsums bzw. Desvariums betreffen. Im früheren Abszessmodell werden mehrere Injektionen von Bakterien verabreicht, wodurch mehrere Gingivaabszesse und ein Mangel an Alveolarknochenverlust entstehen, was ihre Verwendung in der Studie von PD begrenzt. Letztere Abszessmodelle sind deutlich geeigneter, bakterielle Virulenz, Entzündungen und Knochenresorption an Stellen außerhalb der Mundhöhle zu untersuchen, was die Bewertung des Parodontiums und des oralen Mikrobioms^{27,28,29,30,31}eliminiert.

Mit dem ligaturinduzierten Modell der Parodontitis wurde üblicherweise eine geflochtene Seidennaht um den zweiten Molaren herum installiert. Alternativ kann ein einzelnes lineares Segment von Nahtmaterial zwischen dem ersten und zweiten Molaren^32,33eingefügt werden. Das Ziel der Ligatur Platzierung ist es, bakterielle Ansammlung zu erleichtern und Dysbiose innerhalb der Zahnfleischsulci zu erzeugen, was zu parodontalen Gewebeentzündungen und Zerstörung der Gewebe, die das Parodontium bilden. Vor allem ist dieses Modell in der Lage, deutlich mehr alveolären Knochenverlust im Vergleich zu den häufiger verwendeten oralen Gavage Modell³⁴produzieren. Erschwerend kommt hinzu, dass die Natürliche Resistenz mehrerer Mäusestämme (d. h. C57BL/6) gegen die Entwicklung des Alveolarknochenverlustes durch mehrere Mäusestämme (d. h. C57BL/6) erschwert wird. Dies ist auch problematisch, da dieser Stamm am häufigsten in der murinenbasierten Tierforschung verwendet wird³⁵.

Bestehende Verfahren, die von Marchesan et al. und Abe und Hajishengallis beschrieben wurden, wurden entwickelt, um den technischen Akt der Platzierung der Ligatur^33,36zu vereinfachen. Leider erfordert das frühere Protokoll spezielle 3D-gedruckte Geräte und besitzt das Potenzial für vorzeitigen Ligaturverlust, wodurch der Einsatz von Tieren und die Kosten, die mit zusätzlicher Zeit im Operationssaal verbunden sind, erhöht werden. Darüber hinaus erzeugen beide Protokolle nur kleine Regionen des erkrankten Parodontiums, die für eine Studie zur Verfügung stehen.

Die Vorteile, die mit dieser Technik liegen, basieren auf der gleichzeitigen Untersuchung der oralen Dysbiose und Immunologie, die das Parodontium steuern, der Nutzung von Low-Cost-Tieren mit unterschiedlichem genetischen Hintergrund und einfachen Haltungs- und Haltungspraktiken. Daher sollte das Ziel darin bestehen, das Volumen des erkrankten Gewebes zu maximieren und bei versuchen, die Grundsätze der Reduzierung der Tierforschung zu praktizieren, den Tierkonsum auf ein möglichst niedriges Niveau zu reduzieren. Dies erfordert, dass alle Tiere in die experimentellen Analysen einbezogen werden können³⁷. Es sollte jedoch beachtet werden, dass unabhängig davon, welches Tiermodell der Parodontitis verwendet wird, es kein einziges Modell gibt, das jedes Element der menschlichen PD-Pathophysiologie umfasst.

Dieses neue Protokoll verwendet die Platzierung einer Ligatur um mehrere kieferlänstige Molzähne mit Instrumenten und Materialien, die in den meisten Laboratorien zu finden sind. Es lässt eine ausreichende Zeit, um einfach und sicher eine Ligatur zu installieren, die unwahrscheinlich ist, vorzeitig zu avulsieren. Schließlich wird, da PMNs die Zerstörung des Parodontiums in PD koordinieren, auch eine neuartige Methode zur Wiederherstellung oraler Neutrophile in einer weise vorgestellt, die dem Menschen ähnlich ist.