Изясняване на клетъчните механизми на пародонтита с помощта на подобрен животински модел

Изследователи от Токийския медицински и стоматологичен университет (TMDU) са разработили техника, която позволява подробен анализ на развитието на пародонтита с течение на времето.

Пародонтозата, известна като пародонтит, е водещата причина за загуба на зъби и засяга почти един на всеки пет възрастни в световен мащаб. В повечето случаи състоянието е резултат от възпалителна реакция към бактериална инфекция на тъканите около зъбите.

С влошаването на състоянието, венците започват да се отдръпват, оголвайки корените на зъбите и костта. Важно е да се отбележи, че честотата на пародонтит се увеличава с възрастта, а с удължаването на живота на световното население е важно да се имат солидни познания за основните му причини и прогресия.

В проучване, публикувано в списанието Nature Communications, изследователи от TMDU откриха начин да постигнат тази цел чрез подобряване на широко използван животински модел за изучаване на пародонтит.

Директното изучаване на пародонтита при хора е трудно. В резултат на това учените често се обръщат към животински модели за предклинични изследвания. Например, „моделът на пародонтит, индуциран от лигатура, при мишки“ позволява на изследователите да изучават клетъчните механизми, лежащи в основата на състоянието, от въвеждането му през 2012 г.

Казано по-просто, този модел изкуствено предизвиква пародонтоза, като поставя копринени нишки върху кътниците на мишките, причинявайки натрупване на плака. Въпреки че този метод е удобен и ефективен, той не обхваща пълната картина на пародонтита.

Схематична илюстрация на профилите на възпалителна генна експресия по време на пародонтит и ролята на оста IL-33/ST2 в борбата с острото възпаление. Източник: Токийски медицински и стоматологичен университет.

„Въпреки че пародонталната тъкан се състои от гингива, пародонтален лигамент, алвеоларна кост и цимент, анализът обикновено се извършва единствено върху проби от венците поради технически и количествени ограничения“, отбелязва водещият автор на изследването Анхао Лиу. „Тази стратегия за вземане на проби ограничава заключенията, които могат да бъдат направени от тези изследвания, така че са необходими методи, които позволяват едновременен анализ на всички тъканни компоненти.“

За да се справи с това ограничение, изследователският екип разработи модифициран модел на пародонтит, индуциран от лигатура. Вместо класическата единична лигатура, те използваха тройна лигатура върху горния ляв молар на мъжки мишки. Тази стратегия разшири зоната на костна загуба, без значително да разруши костта около втория молар, увеличавайки броя на различните видове пародонтална тъкан.

„Изолирахме три основни типа тъкани и оценихме добива на РНК между двата модела. Резултатите показаха, че тройно лигираният модел ефективно увеличи добива, постигайки четири пъти повече от нормалната перирадикуларна тъкан и поддържайки анализ с висока резолюция на различни типове тъкани“, обяснява старшият автор д-р Микихито Хаяши.

След като потвърдиха ефективността на модифицирания си модел, изследователите се заеха да проучат ефектите на пародонтита върху генната експресия в различни типове тъкани с течение на времето, като се фокусираха върху гени, свързани с възпалението и диференциацията на остеокластите.

Едно от ключовите им открития е, че експресията на гена Il1rl1 е значително по-висока в перирадикуларната тъкан пет дни след лигирането. Този ген кодира ST2 протеина в рецепторни и примамливи изоформи, който се свързва с цитокин, наречен IL-33, който участва във възпалителни и имунорегулаторни процеси.

За да получат по-задълбочена представа за ролята на този ген, екипът индуцира пародонтит при генетично модифицирани мишки, на които липсват гените Il1rl1 или Il33. Тези мишки показват ускорено възпалително разрушаване на костите, което подчертава защитната роля на пътя IL-33/ST2. По-нататъшен анализ на клетки, съдържащи ST2 протеина в неговата рецепторна форма, mST2, разкри, че повечето от тях произхождат от макрофаги.

„Макрофагите обикновено се класифицират в два основни типа – провъзпалителни и противовъзпалителни, в зависимост от тяхното активиране. Установихме, че клетките, експресиращи mST2, са уникални с това, че едновременно експресират някои маркери и на двата вида макрофаги“, коментира старшият автор д-р Таканори Ивата. „Тези клетки са присъствали в перирадикуларната тъкан преди началото на възпалението, затова ги нарекохме „макрофаги, резидентни в пародонталната тъкан“.“

Взети заедно, резултатите от това проучване демонстрират силата на модифициран животински модел за изучаване на пародонтита в по-подробен мащаб, чак до биомолекулярно ниво.

„Предлагаме възможността за нов молекулярен път на IL-33/ST2, регулиращ възпалението и разрушаването на костите при пародонтално заболяване, заедно със специфични макрофаги в перирадикуларната тъкан, които са дълбоко ангажирани в пародонтално заболяване. Надяваме се, че това ще доведе до разработването на нови стратегии за лечение и методи за превенция“, заключава старшият автор д-р Томоки Накашима.