Summary

Экспериментальная модель лигатурно-индуцированного периимплантита у мышей

Published: May 17, 2024
doi:

Summary

Это отчет об экспериментальной модели лигатур-индуцированного периимплантита у мышей. Мы описываем все хирургические этапы, начиная с пред- и послеоперационного ведения животных, удаления, установки имплантатов и лигатурно-индуцированного периимплантита.

Abstract

Зубные имплантаты имеют высокий успех и приживаемость. Однако такие осложнения, как периимплантит (ПИ), очень сложно поддаются лечению. ПИ характеризуется воспалением в тканях вокруг зубных имплантатов с прогрессирующей потерей опорной кости. Чтобы оптимизировать долговечность зубных имплантатов с точки зрения здоровья и функциональности, крайне важно понимать патофизиологию периимплантита. В связи с этим использование мышиных моделей в исследованиях доказало явные преимущества при воссоздании клинических обстоятельств. Целью данного исследования было описание экспериментальной модели лигатурно-индуцированного периимплантита у мышей и определение эффективности индуцирования этого заболевания с учетом наблюдаемых изменений в костях и тканях. Экспериментальная индукция периимплантита включает в себя следующие этапы: удаление зубов, установка имплантата и лигатурно-индуцированная ПИ. Выборка из восемнадцати 3-недельных самцов мышей C57BL/6J была разделена на две группы: лигатурную (N=9) и контрольную (N=9). Проведена оценка клинических, рентгенологических и гистологических факторов. Лигатурная группа показала значительно более высокую потерю костной массы, повышенный отек мягких тканей и миграцию апикального эпителия, чем группа без лигатуры. Был сделан вывод о том, что данная доклиническая модель может успешно индуцировать периимплантит у мышей.

Introduction

Зубные имплантаты становятся все более распространенным выбором для замены отсутствующих зубов1. По прогнозам, распространенность зубных имплантатов среди взрослого населения США увеличится до 23% к 2026году. Согласно отчету об анализе рынка Grand View Research (2022 г.), объем мирового рынка зубных имплантатов в 2022 году достигнет примерно 4,6 млрд долларов США. Кроме того, ожидается, что до 2030 г. он будет демонстрировать устойчивые ежегодные темпы роста на уровне около 10%3. К сожалению, использование зубных имплантатов может привести к осложнениям, таким как периимплантит. Периимплантит был определен как состояние, индуцированное биопленкой, характеризующееся воспалением в оболочкой вокруг имплантата и последующей прогрессирующей потерей опорной кости4.

Систематический обзор показал, что средняя распространенность периимплантита составила 19,53% (95% доверительный интервал [ДИ], от 12,87 до 26,19%) на уровне пациента и 12,53% (95% ДИ от 11,67 до 13,39%) на уровнеимплантата 5. Периимплантит представляет собой растущую проблему общественного здравоохранения в связи с увеличением числа случаев отторжения имплантатов и, как следствие, значительнымизатратами на лечение6.

Понимание патогенеза периимплантита имеет решающее значение для разработки системного подхода к предотвращению его возникновения и прогрессирования и максимизации долговечности зубных имплантатов с точки зрения эстетики и функции 7,8. В этом смысле использование мышиных моделей в стоматологических исследованиях оказалось полезным, учитывая, что мыши разделяют более 95% своих генов с людьми 9,10, количество доступных генетических онлайн-баз данных и способность воспроизводить клиническиесценарии. Все описанные преимущества позволяют расчленять генетические механизмы при различных заболеваниях12, доступное приспособление и лечение, а также антитела, широко доступные в виде панелей для человека, помимо наличия генетических модификаций (например, нокаута и гиперэкспрессии) для оценки воспалительных тканей и картирования заболевания13. Несмотря на преимущество, существует мало публикаций, посвященных периимплантиту у мышей. Это связано, в частности, с методологическими проблемами, в том числе со сложностью получения мини-имплантатов или их установки.

Для развития периимплантита у мышей было описано множество протоколов, таких как периимплантит, индуцированный лигатурой, периимплантит, индуцированный бактериями14, периимплантит, индуцированный липополисахаридами (ЛПС)15 или комбинация ЛПС + лигатурно-индуцированный периимплантит16. Здесь мы сосредоточимся на лигатурной модели, потому что она является наиболее распространенным методом индуцирования пародонтита 17,18,19 и, в последнее время, периимплантита 20,21. Лигатура, размещенная вокруг имплантатов в подслизистом положении, стимулирует накопление бляшек и, как следствие, воспаление тканей. Таким образом, разработка данного подхода основана на указании жизнеспособной методики с точки зрения затрат и выгод для доклинических исследований периимплантных заболеваний. Целью данного исследования является описание экспериментальной модели лигатурно-индуцированного периимплантита у мышей и определение эффективности индуцирования этого заболевания с учетом наблюдаемых изменений в костях и тканях.

Общая цель этой статьи состоит в том, чтобы описать протокол, применяемый для индуцирования периимплантита у мышей с помощью лигатуры, и наблюдать его эффективность путем оценки тканей и потери костной массы вокруг имплантатов.

Protocol

Процедуры с участием животных были одобрены Комитетом по исследованиям на животных при канцлере Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (протокол ARC No 2002-125) и Animal Research: Reporting In Vivo Experiments (ARRIVE)22. Для этого метода были использованы восемнадцать 3-недельных самцов мышей C57BL/…

Representative Results

Для этого метода были использованы восемнадцать 3-недельных самцов мышей C57BL/6J, которым было проведено удаление зубов, установка имплантата и индукция периимплантита. В каждой группе было девять животных, что было статистически значимым, учитывая, что линейная потеря костной массы дост…

Discussion

Этот протокол представляет собой описательный отчет о хирургических процедурах для индукции периимплантита с использованием лигатурной модели на мышах. Работа с мышами имеет такие преимущества, как экономическая эффективность, наличие обширного генетического массива с учетом множе…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана DE031431 NIH/NIDCR. Мы хотели бы поблагодарить Центральную лабораторию трансляционной патологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе за помощь в подготовке декальцинированных гистологических срезов.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. . Available from: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/dental-implants-market (2022)
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Schwarz, F., Derks, J., Monje, A., Wang, H. L. Peri-implantitis. J Periodontol. 89 Suppl 1, S267-S290 (2018).
  9. Bryda, E. C. The mighty mouse: The impact of rodents on advances in biomedical research. Mo Med. 110 (3), 207-211 (2013).
  10. Mouse Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature. 420 (6915), 520-562 (2002).
  11. Pirih, F. Q., et al. Ligature-induced peri-implantitis in mice. J Periodontal Res. 50 (4), 519-524 (2015).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Wong, R. L., et al. Comparing the healing potential of late-stage periodontitis and peri-implantitis. J Oral Implantol. 43 (6), 437-445 (2017).
  18. Wong, R. L., et al. Early intervention of peri-implantitis and periodontitis using a mouse model. J Periodontol. 89 (6), 669-679 (2018).
  19. Hiyari, S., et al. Ligature-induced peri-implantitis and periodontitis in mice. J Clin Periodontol. 45 (1), 89-99 (2018).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Kantarci, A., Hasturk, H., Van Dyke, T. E. Animal models for periodontal regeneration and peri-implant responses. Periodontol 2000. 68 (1), 66-82 (2015).
  25. Struillou, X., Boutigny, H., Soueidan, A., Layrolle, P. Experimental animal models in periodontology: A review. Open Dent J. 4, 37-47 (2010).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Douam, F., Ploss, A. The use of humanized mice for studies of viral pathogenesis and immunity. Curr Opin Virol. 29, 62-71 (2018).
  29. 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).
  30. Marchesan, J., et al. An experimental murine model to study periodontitis. Nat Protoc. 13 (10), 2247-2267 (2018).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Fine, N., et al. Periodontal inflammation primes the systemic innate immune response. J Dent Res. 100 (3), 318-325 (2021).
  34. 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).
  35. Reinedahl, D., Chrcanovic, B., Albrektsson, T., Tengvall, P., Wennerberg, A. Ligature-induced experimental peri-implantitis-a systematic review. J Clin Med. 7 (12), (2018).

Play Video

Cite This Article
de Araújo Silva, D. N., Casarin, M., Monajemzadeh, S., Menezes da Silveira, T., Lubben, J., Bezerra, B., Pirih, F. Q. Experimental Model of Ligature-Induced Peri-Implantitis in Mice. J. Vis. Exp. (207), e66316, doi:10.3791/66316 (2024).

View Video