Penjelasan mekanisme selular periodontitis dengan model haiwan yang lebih baik

Penyelidik dari Universiti Perubatan dan Pergigian Tokyo (TMDU) telah membangunkan teknik yang membolehkan analisis terperinci tentang perkembangan periodontitis dari semasa ke semasa.

Penyakit periodontal, dikenali sebagai periodontitis, adalah punca utama kehilangan gigi dan menjejaskan hampir satu daripada lima orang dewasa di seluruh dunia. Dalam kebanyakan kes, keadaan ini berpunca daripada tindak balas keradangan kepada jangkitan bakteria pada tisu di sekeliling gigi.

Apabila keadaan semakin teruk, gusi mula surut, mendedahkan akar gigi dan tulang. Terutamanya, kejadian periodontitis meningkat dengan usia, dan dengan penduduk dunia hidup lebih lama, adalah penting untuk mempunyai pemahaman yang kukuh tentang punca dan perkembangannya.

Dalam kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, penyelidik dari TMDU menemui cara untuk mencapai matlamat ini dengan menambah baik model haiwan yang digunakan secara meluas untuk mengkaji periodontitis.

Secara langsung mengkaji periodontitis pada manusia adalah sukar. Akibatnya, saintis sering beralih kepada model haiwan untuk kajian praklinikal. Sebagai contoh, "model tetikus periodontitis akibat ligatur" telah membenarkan penyelidik mengkaji mekanisme selular yang mendasari keadaan itu sejak ia diperkenalkan pada 2012.

Secara ringkas, model ini secara buatan mendorong penyakit periodontal dengan meletakkan benang sutera pada geraham tikus, menyebabkan plak terkumpul. Walaupun kaedah ini mudah dan berkesan, ia tidak menangkap gambaran penuh periodontitis.

Ilustrasi skematik profil ekspresi gen radang semasa periodontitis dan peranan paksi IL-33/ST2 dalam memerangi keradangan akut. Sumber: Universiti Perubatan dan Pergigian Tokyo.

"Walaupun tisu periodontal terdiri daripada gingiva, ligamen periodontal, tulang alveolar, dan simentum, analisis biasanya dilakukan semata-mata pada sampel gingiva disebabkan oleh batasan teknikal dan kuantitatif," kata pengarang kajian utama Anhao Liu. "Strategi pensampelan ini mengehadkan kesimpulan yang boleh dibuat daripada kajian ini, jadi kaedah yang membolehkan analisis serentak semua komponen tisu diperlukan."

Untuk menangani batasan ini, pasukan penyelidik membangunkan model periodontitis yang disebabkan oleh ligatur yang diubah suai. Daripada ligatur tunggal klasik, mereka menggunakan ligatur tiga kali ganda pada molar kiri atas tikus jantan. Strategi ini meluaskan kawasan kehilangan tulang tanpa memusnahkan tulang di sekeliling molar kedua dengan ketara, meningkatkan bilangan pelbagai jenis tisu periodontal.

"Kami mengasingkan tiga jenis tisu utama dan menilai hasil RNA antara kedua-dua model. Keputusan menunjukkan bahawa model triple-ligated berkesan meningkatkan hasil, mencapai empat kali ganda jumlah tisu periradikular biasa dan menyokong analisis resolusi tinggi jenis tisu yang berbeza, "jelas pengarang kanan Dr. Mikihito Hayashi.

Selepas mengesahkan keberkesanan model mereka yang diubah suai, para penyelidik mula mengkaji kesan periodontitis pada ekspresi gen merentas jenis tisu yang berbeza dari masa ke masa, memfokuskan pada gen yang berkaitan dengan keradangan dan pembezaan osteoklas.

Salah satu penemuan utama mereka ialah ekspresi gen Il1rl1 jauh lebih tinggi dalam tisu periradikular lima hari selepas ligation. Gen ini mengekod protein ST2 dalam isoform reseptor dan umpan, yang mengikat kepada sitokin yang dipanggil IL-33, yang terlibat dalam proses keradangan dan imunoregulasi.

Untuk mendapatkan gambaran lebih lanjut tentang peranan gen ini, pasukan itu menyebabkan periodontitis pada tikus yang diubah suai secara genetik yang tidak mempunyai sama ada gen Il1rl1 atau Il33. Tikus-tikus ini menunjukkan pemusnahan tulang radang yang dipercepatkan, menonjolkan peranan perlindungan laluan IL-33/ST2. Analisis lanjut sel yang mengandungi protein ST2 dalam bentuk reseptornya, mST2, mendedahkan bahawa kebanyakannya berasal dari makrofaj.

"Macrophages secara amnya diklasifikasikan kepada dua jenis utama, pro-radang dan anti-radang, bergantung pada pengaktifannya. Kami mendapati bahawa sel-sel yang mengekspresikan mST2 adalah unik kerana mereka secara serentak menyatakan beberapa penanda kedua-dua jenis makrofaj," ulas pengarang kanan Dr. Takanori Iwata. "Sel-sel ini hadir dalam tisu periradikular sebelum keradangan bermula, jadi kami menamakannya 'makrofaj pemastautin tisu periodontal.'"

Bersama-sama, hasil kajian ini menunjukkan kuasa model haiwan yang diubah suai untuk mengkaji periodontitis pada skala yang lebih terperinci, hingga ke peringkat biomolekul.

"Kami mencadangkan kemungkinan laluan molekul IL-33/ST2 novel yang mengawal selia keradangan dan pemusnahan tulang dalam penyakit periodontal, bersama-sama dengan makrofaj tertentu dalam tisu periradikular yang terlibat secara mendalam dalam penyakit periodontal. Ini diharapkan akan membawa kepada pembangunan strategi rawatan dan kaedah pencegahan baharu," simpul pengarang kanan Dr Tomoki Nakashima.