Objasnenie bunkových mechanizmov parodontitídy pomocou vylepšeného zvieracieho modelu

Výskumníci z Tokyo Medical and Dental University (TMDU) vyvinuli techniku, ktorá im umožňuje podrobne analyzovať vývoj parodontitídy v priebehu času.

Ochorenie parodontu, reprezentované parodontitídou, je hlavnou príčinou straty zubov a postihuje takmer jedného z piatich dospelých na celom svete. Vo väčšine prípadov k tomuto stavu dochádza v dôsledku zápalovej reakcie na bakteriálnu infekciu tkanív okolo zubov.

Ako sa stav zhorší, ďasná začnú ustupovať, čím sa odkryjú korene zubov a kosti. Výskyt parodontitídy sa zvyšuje s vekom a keďže sa populácia na celom svete predlžuje v očakávanej dĺžke života, je dôležité dobre pochopiť jej základné príčiny a progresiu.

V štúdii publikovanej v Nature Communications výskumníci TMDU našli spôsob, ako dosiahnuť tento cieľ zlepšením široko používaného zvieracieho modelu na štúdium parodontitídy.

Priame štúdium parodontitídy u ľudí je zložité. V dôsledku toho sa vedci často pri predklinickom výskume obracajú na zvieracie modely. Napríklad „model parodontitídy vyvolanej ligáciou myší“ od svojho zavedenia v roku 2012 umožnil výskumníkom študovať bunkové mechanizmy, ktoré sú základom tohto stavu.

Jednoducho povedané, v tomto modeli je periodontálne ochorenie umelo vyvolané umiestnením hodvábnych stehov na stoličky myší, čo spôsobuje hromadenie plaku. Hoci je táto metóda pohodlná a účinná, nepokrýva úplný obraz paradentózy.

Schématická ilustrácia profilov expresie zápalových génov počas periodontitídy a úloha osi IL-33/ST2 pri kontrole akútneho zápalu. Zdroj: Tokyo Medical and Dental University.

"Aj keď sa periodontálne tkanivo skladá z gingívy, periodontálneho väziva, alveolárnej kosti a cementu, analýza sa zvyčajne vykonáva výlučne na vzorkách ďasien z dôvodu technických a kvantitatívnych obmedzení," poznamenáva vedúci autor štúdie Anhao Liu. "Táto stratégia odberu vzoriek obmedzuje závery, ktoré možno vyvodiť z týchto štúdií, takže sú potrebné metódy, ktoré dokážu analyzovať všetky zložky tkaniva súčasne."

Na riešenie tohto obmedzenia výskumný tím vyvinul upravený model parodontitídy vyvolanej ligatúrou. Namiesto klasickej jedinej ligatúry použili trojitú ligatúru na ľavý horný molár myších samcov. Táto stratégia rozšírila oblasť úbytku kostnej hmoty bez významnej deštrukcie kosti okolo druhého molára, čím sa zvýšil počet rôznych typov periodontálneho tkaniva.

"Izolovali sme tri hlavné typy tkanív a hodnotili sme výťažok RNA medzi týmito dvoma modelmi. Výsledky ukázali, že model trojitej ligácie účinne zvýšil výťažok, dosiahol štvornásobok množstva normálneho periradikulárneho tkaniva a podporil analýzu rôznych typov tkanív s vysokým rozlíšením,“ vysvetľuje Sr. Dr. Mikihito Hayashi.

Po potvrdení účinnosti ich modifikovaného modelu začali výskumníci študovať účinky parodontitídy na génovú expresiu medzi rôznymi typmi tkanív v priebehu času, pričom sa zamerali na gény spojené so zápalom a diferenciáciou osteoklastov.

Jedným z ich hlavných zistení bolo, že expresia génu Il1rl1 bola významne vyššia v periradikulárnom tkanive päť dní po ligácii. Tento gén kóduje proteín ST2 v izoformách receptora a návnady, ktorý sa viaže na cytokín nazývaný IL-33, ktorý sa podieľa na zápalových a imunoregulačných procesoch.

Na získanie ďalšieho prehľadu o úlohe tohto génu tím vyvolal parodontitídu u geneticky modifikovaných myší, ktorým chýbali gény Il1rl1 alebo Il33. Tieto myši preukázali zrýchlenú zápalovú deštrukciu kostí, čo zdôraznilo ochrannú úlohu dráhy IL-33/ST2. Ďalšia analýza buniek obsahujúcich proteín ST2 v jeho receptorovej forme, mST2, ukázala, že väčšina pochádzala z makrofágov.

"Makrofágy sú vo všeobecnosti klasifikované do dvoch hlavných typov, prozápalové a protizápalové, v závislosti od ich aktivácie. Zistili sme, že bunky exprimujúce mST2 sú jedinečné v tom, že súčasne exprimujú niektoré markery oboch typov makrofágov," komentuje hlavný autor Dr. Takanori Iwata. "Tieto bunky boli prítomné v periradikulárnom tkanive pred nástupom zápalu, preto sme ich nazvali 'rezidentné periodontálne makrofágy'."

Výsledky tejto štúdie spolu demonštrujú silu modifikovaného zvieracieho modelu na štúdium paradentózy v detailnejšom meradle, až na biomolekulárnej úrovni.

"Navrhujeme možnosť novej molekulárnej dráhy, IL-33/ST2, regulujúcej zápal a deštrukciu kostí pri periodontálnom ochorení, spolu so špecifickými makrofágmi v periradikulárnom tkanive, ktoré je hlboko zapojené do periodontálneho ochorenia. Dúfajme, že to povedie k vývoju nových liečebných stratégií a metód prevencie,“ uzatvára hlavný autor Dr. Tomoki Nakashima.