Parodontiitin solumekanismien selventäminen paremman eläinmallin avulla

Tokion lääketieteellisen ja hammaslääketieteellisen yliopiston (TMDU) tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, joka mahdollistaa parodontiitin kehittymisen yksityiskohtaisen analysoinnin ajan kuluessa.

Parodontiitti eli parodontiitti on hampaiden menetyksen johtava syy ja vaikuttaa lähes joka viidenteen aikuiseen maailmanlaajuisesti. Useimmissa tapauksissa tila johtuu tulehdusreaktiosta hampaiden ympärillä olevien kudosten bakteeri-infektioon.

Kun tila pahenee, ikenet alkavat vetäytyä paljastaen hampaiden ja luun juuret. Huomionarvoista on, että parodontiitin esiintyvyys lisääntyy iän myötä, ja maailman väestön eläessä pidempään on tärkeää ymmärtää sen taustalla olevat syyt ja eteneminen hyvin.

Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa TMDU:n tutkijat löysivät keinon saavuttaa tämä tavoite parantamalla laajalti käytettyä parodontiitin tutkimiseen tarkoitettua eläinmallia.

Parodontiitin suora tutkiminen ihmisillä on vaikeaa. Tämän seurauksena tutkijat turvautuvat usein eläinmalleihin prekliinisissä tutkimuksissa. Esimerkiksi "sidosten aiheuttaman parodontiitin hiirimalli" on mahdollistanut tutkijoiden tutkia tilan taustalla olevia solutason mekanismeja sen käyttöönotosta vuonna 2012 lähtien.

Yksinkertaisesti sanottuna tämä malli aiheuttaa keinotekoisesti parodontiitin asettamalla silkkilankoja hiirten poskihampaisiin, mikä aiheuttaa plakin kertymistä. Vaikka tämä menetelmä on kätevä ja tehokas, se ei anna täydellistä kuvaa parodontiitista.

Kaaviomainen kuva tulehdusgeenien ilmentymisprofiileista parodontiitin aikana ja IL-33/ST2-akselin roolista akuutin tulehduksen torjunnassa. Lähde: Tokion lääketieteellinen ja hammaslääketieteellinen yliopisto.

”Vaikka parodontiittikudos koostuu ikenen, periodontaaliside, alveolaarinen luu ja sementti, analyysit tehdään tyypillisesti yksinomaan iennäytteistä teknisten ja määrällisten rajoitusten vuoksi”, toteaa tutkimuksen päätekijä Anhao Liu. ”Tämä näytteenottostrategia rajoittaa näistä tutkimuksista tehtäviä johtopäätöksiä, joten tarvitaan menetelmiä, jotka mahdollistavat kaikkien kudoskomponenttien samanaikaisen analysoinnin.”

Tämän rajoituksen ratkaisemiseksi tutkimusryhmä kehitti muokatun ligatuurilla indusoidun parodontiitin mallin. Klassisen yksittäisen ligatuurin sijaan he käyttivät kolmoissidosta uroshiirten vasemmassa ylämolaarissa. Tämä strategia laajensi luukadon aluetta tuhoamatta merkittävästi luuta toisen molaarin ympärillä, mikä lisäsi erilaisten parodontiitin tyyppien määrää.

"Eristimme kolme pääasiallista kudostyyppiä ja arvioimme RNA-saantoa kahden mallin välillä. Tulokset osoittivat, että kolmoisligaatiomalli lisäsi tehokkaasti saantoa saavuttaen nelinkertaisen määrän normaalia periradikulaarista kudosta ja tukien eri kudostyyppien korkean resoluution analyysiä", selittää vanhempi kirjoittaja, tohtori Mikihito Hayashi.

Vahvistettuaan muokatun mallinsa tehokkuuden tutkijat ryhtyivät tutkimaan parodontiitin vaikutuksia geenien ilmentymiseen eri kudostyypeissä ajan kuluessa keskittyen tulehdukseen ja osteoklastien erilaistumiseen liittyviin geeneihin.

Yksi heidän keskeisistä löydöksistään oli, että Il1rl1-geenin ilmentyminen oli merkittävästi korkeampaa periradikulaarisessa kudoksessa viisi päivää ligaation jälkeen. Tämä geeni koodaa ST2-proteiinia reseptori- ja syötti-isoformeissa, jotka sitoutuvat IL-33-nimiseen sytokiiniin, joka osallistuu tulehdus- ja immunosäätelyprosesseihin.

Saadakseen lisätietoa tämän geenin roolista tutkimusryhmä indusoi parodontiittia geneettisesti muunnelluissa hiirissä, joilta puuttui joko Il1rl1- tai Il33-geeni. Näillä hiirillä havaittiin kiihtynyttä tulehduksellista luutuhoa, mikä korostaa IL-33/ST2-reitin suojaavaa roolia. ST2-proteiinia reseptorimuodossaan, mST2:ssa, sisältävien solujen jatkoanalyysi paljasti, että suurin osa niistä oli peräisin makrofageista.

”Makrofagit luokitellaan yleensä kahteen päätyyppiin, tulehdusta edistäviin ja tulehdusta estäviin, aktivaationsa mukaan. Havaitsimme, että mST2:ta ilmentävät solut olivat ainutlaatuisia siinä mielessä, että ne ilmensivät samanaikaisesti molempien makrofagityyppien markkereita”, kommentoi vanhempi kirjoittaja, tohtori Takanori Iwata. ”Nämä solut olivat läsnä periradikulaarisessa kudoksessa ennen tulehduksen alkamista, joten nimesimme ne 'parodontaalikudoksessa asuviksi makrofageiksi'.”

Yhdessä tämän tutkimuksen tulokset osoittavat muokatun eläinmallin tehon tutkia parodontiittia yksityiskohtaisemmalla mittakaavassa, aina biomolekyylitasolle asti.

"Ehdotamme mahdollisuutta uudelle IL-33/ST2-molekyylireitille, joka säätelee tulehdusta ja luun tuhoutumista parodontiitissa, yhdessä tiettyjen periradikulaarikudoksen makrofagien kanssa, jotka ovat syvästi mukana parodontiitissa. Toivottavasti tämä johtaa uusien hoitostrategioiden ja ehkäisymenetelmien kehittämiseen", vanhempi kirjoittaja, tohtori Tomoki Nakashima, toteaa.