Experimenteel model van ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis bij muizen
Summary
Dit is een rapport over een experimenteel model van ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis bij muizen. We beschrijven alle chirurgische stappen, van pre- en postoperatieve behandeling van de dieren, extracties, plaatsing van implantaten en ligatuurgeïnduceerde peri-implantitis.
Abstract
Tandheelkundige implantaten hebben een hoog slagings- en overlevingspercentage. Complicaties zoals peri-implantitis (PI) zijn echter zeer moeilijk te behandelen. PI wordt gekenmerkt door ontsteking in de weefsels rond tandheelkundige implantaten met progressief verlies van ondersteunend bot. Om de levensduur van tandheelkundige implantaten in termen van gezondheid en functionaliteit te optimaliseren, is het cruciaal om de pathofysiologie van peri-implantitis te begrijpen. In dit opzicht heeft het gebruik van muismodellen in onderzoek duidelijke voordelen bewezen bij het nabootsen van klinische omstandigheden. Deze studie had tot doel een experimenteel model van ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis bij muizen te beschrijven en te bepalen of er effectiviteit is bij het induceren van deze ziekte, gezien de waargenomen bot- en weefselveranderingen. De experimentele peri-implantitis-inductie omvat de volgende stappen: tandextractie, plaatsing van het implantaat en ligatuur-geïnduceerde PI. Een steekproef van achttien 3 weken oude C57BL/6J mannelijke muizen werd verdeeld in twee groepen, ligatuur (N=9) en controle niet-ligatuur (N=9). De evaluatie van klinische, radiografische en histologische factoren werd uitgevoerd. De ligatuurgroep vertoonde significant hoger botverlies, verhoogd oedeem van zacht weefsel en apicale epitheliale migratie dan de niet-ligatuurgroep. Er werd geconcludeerd dat dit preklinische model met succes peri-implantitis bij muizen kan induceren.
Introduction
Tandheelkundige implantaten komen steeds vaker voor als een wenselijke keuze voor het vervangen van ontbrekende tanden1. De prevalentie van tandheelkundige implantaten in de volwassen bevolking van de VS zal naar verwachting toenemen tot 23% in 20262. Op basis van een marktanalyserapport van Grand View Research (2022) werd verwacht dat de wereldwijde marktomvang van tandheelkundige implantaten in 2022 ongeveer 4,6 miljard dollar zou bedragen. Bovendien wordt verwacht dat het tot het jaar 2030 een gestage jaarlijkse groei van ongeveer 10% zal vertonen3. Helaas kan het gebruik van tandheelkundige implantaten leiden tot complicaties, zoals peri-implantitis. Peri-implantitis is gedefinieerd als een door biofilm geïnduceerde aandoening die wordt gekenmerkt door ontsteking in het peri-implantaire slijmvlies en daaropvolgend progressief verlies van ondersteunend bot4.
Uit een systematische review bleek dat de gemiddelde prevalentie van peri-implantitis 19,53% (95% betrouwbaarheidsinterval [BI], 12,87 tot 26,19%) was op patiëntniveau en 12,53% (95% BI 11,67 tot 13,39%) op implantaatniveau5. Peri-implantitis vertegenwoordigt een groeiende volksgezondheid, als gevolg van een toename van implantaatfalen en bijgevolg aanzienlijke behandelingskosten6.
Inzicht in de pathogenese van peri-implantitis is cruciaal voor het ontwikkelen van een systematische aanpak om het ontstaan en de progressie ervan te voorkomen en de levensduur van tandheelkundige implantaten te maximaliseren in termen van esthetiek en functie 7,8. In die zin is het gebruik van muizenmodellen in tandheelkundig onderzoek voordelig gebleken, aangezien muizen meer dan 95% van hun genen delen met mensen 9,10, het aantal beschikbare online genetische databases en het vermogen om klinische scenario’s te reproduceren11. Alle beschreven voordelen maken de ontleding van genetische mechanismen bij verschillende ziektenmogelijk 12, toegankelijke accommodatie en beheer, en antilichamen die op grote schaal beschikbaar zijn als menselijke panels, naast de beschikbaarheid van genetische modificatie (bijv. knock-out en overexpressie) voor de beoordeling van ontstekingsweefsel en het in kaart brengen van ziekten13. Hoewel voordelig, zijn er weinig publicaties over peri-implantitis bij muizen. Dit is onder meer te wijten aan methodologische uitdagingen, waaronder de moeilijkheid om mini-implantaten te verkrijgen of te installeren.
Om peri-implantitis bij muizen te ontwikkelen, zijn er veel protocollen beschreven, zoals ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis, bacterie-geïnduceerde peri-implantitis14, Lipopolysaccharide (LPS)-geïnduceerde peri-implantitis15, of de combinatie LPS + ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis16. Hier zullen we ons concentreren op het ligatuurmodel omdat dit de meest algemeen aanvaarde methode is om parodontitis 17,18,19 en, meer recentelijk, peri-implantitis 20,21 te induceren. De ligatuur die in een submucosale positie rond de implantaten wordt geplaatst, stimuleert de ophoping van plaque en bijgevolg weefselontsteking. De ontwikkeling van deze aanpak is dus gebaseerd op de indicatie van een levensvatbare kosten-batentechniek voor preklinisch onderzoek naar peri-implantaire ziekten. Deze studie heeft tot doel een experimenteel model van ligatuur-geïnduceerde peri-implantitis bij muizen te beschrijven en te bepalen of er effectiviteit is bij het induceren van deze ziekte, gezien de waargenomen bot- en weefselveranderingen.
Het algemene doel van dit artikel is om het protocol te rapporteren dat wordt toegepast om peri-implantitis bij muizen te induceren door middel van ligatuur en om de effectiviteit ervan te observeren door middel van weefselevaluatie en botverlies rond de implantaten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol presenteert een beschrijvend rapport over chirurgische ingrepen voor peri-implantitis-inductie met behulp van een ligatuurmodel bij muizen. Het werken met muizen heeft voordelen, zoals kosteneffectief zijn, de beschikbaarheid van een uitgebreide genetische array gezien de vele achtergronden23 en andere aspecten24,25. In de loop der jaren hebben verschillende onderzoeken met succes gebruik gemaakt van muizen op medisch en tandh…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de NIH/NIDCR DE031431. We willen het Translational Pathology Core Laboratory van UCLA bedanken voor hun hulp bij het voorbereiden van de ontkalkte histologische secties.
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).
