Objasnenie bunkových mechanizmov parodontitídy pomocou vylepšeného zvieracieho modelu

Výskumníci z Tokijskej lekárskej a zubnej univerzity (TMDU) vyvinuli techniku, ktorá umožňuje podrobnú analýzu vývoja parodontitídy v priebehu času.

Parodontálne ochorenie, známe ako parodontitída, je hlavnou príčinou straty zubov a postihuje takmer jedného z piatich dospelých na celom svete. Vo väčšine prípadov je tento stav výsledkom zápalovej reakcie na bakteriálnu infekciu tkanív okolo zubov.

Ako sa stav zhoršuje, ďasná začínajú ustupovať a odhaľujú korene zubov a kosti. Výskyt parodontitídy sa zvyšuje s vekom a keďže svetová populácia žije dlhšie, je dôležité mať dôkladné znalosti o jej základných príčinách a progresii.

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

Priame štúdium parodontitídy u ľudí je náročné. V dôsledku toho sa vedci často obracajú na zvieracie modely pre predklinické štúdie. Napríklad „myší model parodontitídy indukovanej ligatúrou“ umožnil výskumníkom študovať bunkové mechanizmy, ktoré sú základom tohto ochorenia, od jeho zavedenia v roku 2012.

Zjednodušene povedané, tento model umelo vyvoláva ochorenie parodontu umiestnením hodvábnych nití na stoličky myší, čo spôsobuje hromadenie zubného povlaku. Hoci je táto metóda pohodlná a účinná, nezachytáva úplný obraz parodontitídy.

Schematické znázornenie profilov expresie zápalových génov počas parodontitídy a úloha osi IL-33/ST2 v boji proti akútnemu zápalu. Zdroj: Tokijská lekárska a zubná univerzita.

„Hoci periodontálne tkanivo pozostáva z gingívy, periodontálneho väziva, alveolárnej kosti a cementu, analýza sa zvyčajne vykonáva výlučne na vzorkách gingívy kvôli technickým a kvantitatívnym obmedzeniam,“ poznamenáva hlavný autor štúdie Anhao Liu. „Táto stratégia odberu vzoriek obmedzuje závery, ktoré možno z týchto štúdií vyvodiť, takže sú potrebné metódy, ktoré umožňujú simultánnu analýzu všetkých zložiek tkaniva.“

Aby sa toto obmedzenie vyriešilo, výskumný tím vyvinul modifikovaný model parodontitídy indukovanej ligatúrou. Namiesto klasickej jednej ligatúry použili trojitú ligatúru na ľavom hornom moláre samcov myší. Táto stratégia rozšírila oblasť úbytku kostnej hmoty bez významného zničenia kosti okolo druhého moláru, čím sa zvýšil počet rôznych typov parodontálneho tkaniva.

„Izolovali sme tri hlavné typy tkanív a vyhodnotili sme výťažok RNA medzi týmito dvoma modelmi. Výsledky ukázali, že model s trojitou ligáciou účinne zvýšil výťažok, dosiahol štvornásobné množstvo normálneho periradikulárneho tkaniva a podporil analýzu rôznych typov tkanív s vysokým rozlíšením,“ vysvetľuje vedúci autor Dr. Mikihito Hayashi.

Po potvrdení účinnosti svojho modifikovaného modelu sa výskumníci rozhodli študovať vplyv parodontitídy na génovú expresiu v rôznych typoch tkanív v priebehu času, so zameraním na gény spojené so zápalom a diferenciáciou osteoklastov.

Jedným z ich kľúčových zistení bolo, že expresia génu Il1rl1 bola v periradikulárnom tkanive päť dní po ligácii významne vyššia. 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.

Aby získali hlbší prehľad o úlohe tohto génu, tím vyvolal parodontitídu u geneticky modifikovaných myší, ktorým chýbali buď gény Il1rl1, alebo Il33. Tieto myši vykazovali zrýchlenú zápalovú deštrukciu kostí, čo zdôrazňuje ochrannú úlohu dráhy IL-33/ST2. Ďalšia analýza buniek obsahujúcich proteín ST2 v jeho receptorovej forme, mST2, odhalila, že väčšina z nich pochádza z makrofágov.

„Makrofágy sa vo všeobecnosti delia na dva hlavné typy, prozápalové a protizápalové, v závislosti od ich aktivácie. Zistili sme, že bunky exprimujúce mST2 boli jedinečné v tom, že súčasne exprimovali niektoré markery oboch typov makrofágov,“ poznamenal vedúci autor Dr. Takanori Iwata. „Tieto bunky boli prítomné v periradikulárnom tkanive pred začiatkom zápalu, preto sme ich nazvali „makrofágy rezidentné v periodontálnom tkanive“.“

Výsledky tejto štúdie spoločne demonštrujú silu modifikovaného zvieracieho modelu na štúdium parodontitídy v detailnejšom meradle, až po biomolekulárnu úroveň.

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