Summary

Indução de periodontite através de uma combinação de ligadura e injeção de lipopolissacarídeo em um modelo de rato

Published: February 17, 2023
doi:

Summary

Neste estudo, um modelo de indução de periodontite em ratos é apresentado através de uma combinação de ligadura retentiva e injeções repetitivas de lipopolissacarídeo derivado de Porphyromonas gingivalis, durante 14 dias ao redor dos primeiros molares superiores. As técnicas de ligadura e injeção de LPS foram eficazes na indução de peridontite, resultando em perda óssea alveolar e inflamação.

Abstract

A periodontite (DP) é uma doença imuno-inflamatória crônica de alta prevalência do periodonto, que resulta em perda de tecido mole gengival, ligamento periodontal, cemento e osso alveolar. Neste estudo, um método simples de indução de DP em ratos é descrito. Fornecemos instruções detalhadas para a colocação do modelo de ligadura ao redor dos primeiros molares superiores (M1) e uma combinação de injeções de lipopolissacarídeo (LPS), derivado de Porphyromonas gingivalis na face mesio-palatal do M1. A indução da periodontite foi mantida por 14 dias, promovendo o acúmulo de biofilme bacteriano e inflamação. Para validar o modelo animal, a IL-1β, um mediador inflamatório chave, foi determinada por imunoensaio no fluido crevicular gengival (GCF), e a perda óssea alveolar foi calculada por meio da tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC). Esta técnica mostrou-se eficaz em promover recessão gengival, perda óssea alveolar e aumento dos níveis de IL-1β no GCF ao final do procedimento experimental após 14 dias. Esse método mostrou-se eficaz na indução da DP, podendo ser utilizado em estudos sobre mecanismos de progressão da doença e futuros possíveis tratamentos.

Introduction

A periodontite (DP) é a sexta condição de saúde pública mais prevalente no mundo, afetando aproximadamente 11% da população total, sendo uma forma avançada, irreversível e destrutiva da doença periodontal 1,2. A DP é um processo inflamatório que afeta os tecidos gengival e periodontal, resultando em recessão gengival, migração apical do epitélio juncional com desenvolvimento de bolsa e perda de osso alveolar3. Além disso, a DP está associada a várias doenças sistêmicas, incluindo doenças cardiovasculares, obesidade, diabetes e artrite reumatoide, para as quais fatores ambientais e específicos do hospedeiro desempenham um papelsignificativo4,5.

Assim, a DP é uma doença multifatorial iniciada primariamente pelo acúmulo de placa microbiana – resultante da disbiose das comunidades microbianas – e por uma resposta imune exagerada do hospedeiro aos patógenos periodontais, o que leva à quebra do tecido periodontal 4,6. Dentre as várias bactérias periodontais, a bactéria anaeróbia gram-negativa Porphyromonas gingivalis é um dos principais patógenos na DP4. P. gingivalis contém um complexo lipopolissacarídeo (LPS) em suas paredes, molécula conhecida por induzir infiltração leucocitária polimorfonuclear e dilatação vascularem tecidos periodontais inflamados7. Isso resulta na produção de mediadores inflamatórios, como interleucina 1 (IL-1), IL-6 e IL-8, fator de necrose tumoral (TNF) ou prostaglandinas, com subsequente ativação osteoclástica e reabsorção óssea, levando à destruição tecidual e perda dentária final3.

Entre as diferentes vantagens dos modelos animais estão a capacidade de mimetizar complexidades celulares como em humanos, ou de ser mais preciso do que estudos in vitro , que são realizados em superfícies plásticas com tipos celulareslimitados8. Para a modelagem experimental in vivo da DP, diferentes espécies animais têm sido utilizadas, como primatas não humanos, cães, porcos, furões, coelhos,camundongos e ratos9. No entanto, o rato é o modelo animal mais estudado para a patogênese da DP por ser de baixo custo e fácilmanuseio10. Seu tecido gengival dentário tem características estruturais semelhantes ao tecido gengival humano, com sulco gengival raso e epitélio juncional aderido à superfície dentária. Além disso, como em humanos, o epitélio juncional facilita a passagem de bactérias, materiais estranhos e exsudatos das células inflamatórias 9.

Um dos modelos experimentais de indução de DP em ratos mais relatados é a colocação de ligaduras ao redor dos dentes, o que é tecnicamente desafiador, masconfiável10. A colocação da ligadura facilita a placa dental e o acúmulo bacteriano, gerando uma disbiose nos sulcos gengivais, que causa inflamação e destruição do tecido periodontal11. A perda da inserção periodontal e da reabsorção do osso alveolar poderia ocorrer em 7 dias neste modelo derato8.

Outro modelo animal para DP consiste na injeção de LPS no tecido gengival. Como resultado, a osteoclastogênese e a perda óssea são estimuladas. As características histopatológicas desse modelo são semelhantes às da DP estabelecida pelo homem, caracterizada por maiores níveis de citocinas pró-inflamatórias, degradação do colágeno e reabsorção óssea alveolar6,8.

Assim, o objetivo deste estudo foi descrever um modelo simples de DP experimental em ratos, baseado nas técnicas de injeção de P. gingivalis-LPS (Pg-LPS), combinado com a colocação de ligaduras ao redor dos primeiros molares superiores (M1). Trata-se de um modelo com características semelhantes às observadas na DP humana, que poderá ser utilizado no estudo dos mecanismos de progressão da doença e futuros possíveis tratamentos.

Protocol

OBS: O protocolo experimental do estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Experimentação Animal do Instituto de Pesquisa em Saúde das Ilhas Baleares (CEEA-UIB; número de referência 163/03/21). 1. Anestesia animal e preparo do procedimento Esterilizar todos os instrumentos cirúrgicos (mordaças bucais de alumínio, explorador dentário, lança de diamante, tesoura cirúrgica, alicate microcirúrgico, um suporte de microagulha, um entalhador hollenback, um e…

Representative Results

Uma linha do tempo das etapas experimentais é apresentada na Figura 1. A Figura 2A mostra uma imagem da mandíbula após a intervenção cirúrgica, com colocação de ligadura ao redor do sulco de M1 no tempo 0 do experimento. A Figura 2B mostra como, após 14 dias do procedimento, a ligadura ao redor do M1 entra no sulco gengival, causando inflamação da gengiva e acúmulo infiltrativo. <p class="jove_content biglegend" fo:k…

Discussion

Este método descreve a indução de DP em ratos após uma técnica combinada de injeções de Pg-LPS e colocação de ligadura ao redor do M1, revelando que alterações significativas nos tecidos periodontais e no osso alveolar poderiam ser induzidas em 14 dias após esse método.

Durante este procedimento, deve-se prestar atenção às diferentes etapas críticas. Durante a anestesia do animal e o preparo do procedimento, avaliar a anestesia adequada durante o processo cirúrgico ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho contou com o apoio da Fundació Universitat-Empresa de les Illes Balears (Prova de conceito 2020), do Instituto de Salud Carlos III, Ministerio de Economía y Competividad, cofinanciado pelo FSE Fundo Social Europeu e pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional do FEDER (contrato com M.M.B; FI18/00104) e pela Direcció General d’Investigació, Conselleria d’Investigació, Govern Balear (contrato com a M.M.F.C; FPI/040/2020). Os autores agradecem à Dra. Anna Tomás e Maria Tortosa pela ajuda na cirurgia experimental e plataforma do IdISBa. Finalmente, obrigado à Faculdade de Odontologia da ADEMA pelo acesso ao scanner CBCT.

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

References

  1. Carvalho, J. D. S., et al. Impact of citrus flavonoid supplementation on inflammation in lipopolysaccharide-induced periodontal disease in mice. Food and Function. 12 (11), 5007-5017 (2021).
  2. Nazir, M. A. Prevalence of periodontal disease, its association with systemic diseases and prevention. International Journal of Health Sciences. 1 (2), 72-80 (2017).
  3. Dumitrescu, A. L., El-Aleem, S. A., Morales-Aza, B., Donaldson, L. F. A model of periodontitis in the rat: Effect of lipopolysaccharide on bone resorption, osteoclast activity, and local peptidergic innervation. Journal of Clinical Periodontology. 31 (8), 596-603 (2004).
  4. Wang, H. Y., et al. Preventive effects of the novel antimicrobial peptide Nal-P-113 in a rat Periodontitis model by limiting the growth of Porphyromonas gingivalis and modulating IL-1β and TNF-α production. BMC Complementary and Alternative Medicine. 17 (1), 1-10 (2017).
  5. Guan, J., Zhang, D., Wang, C. Identifying periodontitis risk factors through a retrospective analysis of 80 cases. Pakistan Journal of Medical Sciences. 38 (1), 293-296 (2021).
  6. Khajuria, D. K., Patil, O. N., Karasik, D., Razdan, R. Development and evaluation of novel biodegradable chitosan based metformin intrapocket dental film for the management of periodontitis and alveolar bone loss in a rat model. Archives of Oral Biology. 85, 120-129 (2018).
  7. Nishida, E., et al. Bone resorption and local interleukin-1alpha and interleukin-1beta synthesis induced by Actinobacillus actinomycetemcomitans and Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide. Journal of Periodontal Research. 36 (1), 1-8 (2001).
  8. Graves, D. T., Kang, J., Andriankaja, O., Wada, K., Rossa, C. Animal models to study host-bacteria interactions involved in periodontitis. Bone. 23 (1), 1-7 (2008).
  9. Struillou, X., Boutigny, H., Soueidan, A., Layrolle, P. Experimental animal models in periodontology: a review. The Open Dentistry Journal. 4 (1), 37-47 (2010).
  10. Mustafa, H., et al. Induction of periodontal disease via retentive ligature, lipopolysaccharide injection, and their combination in a rat model. Polish Journal of Veterinary Sciences. 24 (3), 365-373 (2021).
  11. Chadwick, J. W., Glogauer, M. Robust ligature-induced model of murine periodontitis for the evaluation of oral neutrophils. Journal of Visualized Experiments. 2020 (155), 6-13 (2019).
  12. Cheng, R., Wu, Z., Li, M., Shao, M., Hu, T. Interleukin-1β is a potential therapeutic target for periodontitis: a narrative review. International Journal of Oral Science. 12 (1), 1-9 (2020).
  13. Abe, T., Hajishengallis, G. Optimization of the ligature-induced periodontitis model in mice. Journal of Immunological Methods. 394 (1-2), 49-54 (2013).
  14. Jeong-Hyon, K., Bon-Hyuk, G., Sang-Soo, N., Yeon-Cheol, P. A review of rat models of periodontitis treated with natural extracts. Journal of Traditional Chinese Medical Sciences. 7 (2), 95-103 (2020).
  15. Marchesan, J., et al. An experimental murine model to study periodontitis. Nature Protocols. 13 (10), 2247-2267 (2018).
  16. Lin, P., et al. Application of ligature-induced periodontitis in mice to explore the molecular mechanism of periodontal disease. International Journal of Molecular Sciences. 22 (16), 8900 (2021).
  17. Irie, M. S., et al. Use of micro-computed tomography for bone evaluation in dentistry. Brazilian Dental Journal. 29 (3), 227-238 (2018).
  18. Haas, L. F., Zimmermann, G. S., De Luca Canto, G., Flores-Mir, C., Corrêa, M. Precision of cone beam CT to assess periodontal bone defects: a systematic review and meta-analysis. Dentomaxillofacial Radiology. 47 (2), 20170084 (2018).
  19. Kamburoğlu, K., Ereş, G., Akgün, C. Qualitative and quantitative assessment of alveolar bone destruction in adult rats using CBCT. Journal of Veterinary Dentistry. 36 (4), 245-250 (2019).
  20. Sousa Melo, S. L., Rovaris, K., Javaheri, A. M., de Rezen de Barbosa, G. L. Cone-beam computed tomography (CBCT) imaging for the assessment of periodontal disease. Current Oral Health Reports. 7 (4), 376-380 (2020).

Play Video

Cite This Article
Munar-Bestard, M., Villa, O., Ferrà-Cañellas, M. d. M., Ramis, J. M., Monjo, M. Induction of Periodontitis via a Combination of Ligature and Lipopolysaccharide Injection in a Rat Model. J. Vis. Exp. (192), e64842, doi:10.3791/64842 (2023).

View Video