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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Qui, presentiamo un protocollo per indurre localmente la parodontite apicale nei topi. Mostriamo come praticare un foro nel dente del topo ed esporre la sua polpa, al fine di causare infiammazione locale. Sono inoltre dimostrati metodi di analisi per studiare la natura di questa infiammazione, come la micro-TC e l'istologia.
I meccanismi coinvolti nell'infiammazione indotta locale possono essere studiati utilizzando diversi modelli animali disponibili. Uno di questi è l'induzione della parodontite apicale (AP). La parodontite apicale è una patologia comune di natura infiammatoria nei tessuti parodontali che circondano la radice del dente. Al fine di comprendere meglio la natura e il meccanismo di questa patologia è vantaggioso eseguire la procedura nei topi. L'induzione di questa infiammazione odontogenica si ottiene perforando il dente del topo fino a quando la polpa dentale è esposta. Successivamente, la polpa del dente rimane esposta per essere contaminata dalla flora orale naturale nel tempo, causando parodontite apicale. Dopo questo periodo di tempo, l'animale viene sacrificato e il dente e l'osso mascellare possono essere analizzati in vari modi. Le analisi tipiche includono la risonanza micro-TC (per valutare la risurrezione ossea), la colorazione istologica, l'immunoistochimica e l'espressione dell'RNA. Questo protocollo è utile per la ricerca nel campo della biologia orale per comprendere meglio questo processo infiammatorio in un ambiente sperimentale in vivo con condizioni uniformi. La procedura richiede un'attenta manipolazione dei topi e della mascella isolata, e una dimostrazione visiva della tecnica è utile. Sono dimostrati tutti gli aspetti tecnici delle procedure che portano alla parodontite apicale indotta e la sua caratterizzazione in un modello murino.
L'obiettivo di questo metodo è quello di indurre la parodontite apicale in un topo contaminando l'apice con la microflora naturale, e poi studiare varie caratteristiche di questo processo patologico.
La parodontite apicale (AP) è una patologia comune di natura infiammatoria nei tessuti parodontali che circondano la radice del dente. Questa malattia dentale può causare forti dolori e deve essere trattata da un dentista. Le opzioni di trattamento includono il trattamento del canale radicale (primario o secondario), la chirurgia endodontica, l'estrazione dei denti o il follow-up a seconda dei risultati clinici e radiografici e il parere del medico. Il meccanismo di questo processo infiammatorio, anche se studiato per diversi decenni1,2,3, non è ancora ampiamente compreso. Considerando la gravità di questa patologia, c'è quindi una chiara necessità di ricerca che affronti la sua natura fondamentale. Così, i sistemi in cui lo studio dell'AP è possibile sono di grande interesse scientifico.
Poiché l'AP è un processo patologico complesso che coinvolge i tessuti locali e il sistema immunitario, gli studi in vitro sono insufficienti per una comprensione completa dei processi. Lo studio di campioni clinici di questa malattia sono anche problematici a causa di limitazioni etiche e significativa variabilità tra persone diverse e diversi stadi clinici4,5, e quindi la necessità di modelli in vivo. Questi modelli si basano sul concetto di esporre la polpa dentale alla contaminazione e osservare la reazione infiammatoria del corpo a questo stimolo nei tessuti periacali6,7. Modelli in vivo comuni includono roditori o animali più grandi come i cani. Nonostante la sfida clinica nel trattamento dei topi, che sono animali molto piccoli con denti in miniatura, i vantaggi del modello murino sono significativi: praticamente, lavorare con i topi è tecnicamente semplice in termini di strutture ed è più conveniente, e scientificamente, il topo è un modello animale ben studiato con strumenti genetici e molecolari prontamente disponibili e un genoma ben studiato. Infatti, studi precedenti hanno utilizzato un modello murino per studiare i segnali di rinrpzione infiammatoria e ossea e le cellule coinvolte nella parodontite apicale8,9,10,11. Pertanto, è necessario un protocollo chiaro su come utilizzare un modello di mouse per lo studio di AP. Qui, descriviamo un tale protocollo.
Il protocollo qui descritto ha il grande vantaggio di essere appropriati per studiare i topi knock-out (KO) e imparare come la mancanza di un gene specifico colpisce l'infiammazione dentale7,12. Altre applicazioni utili di questo protocollo includono lo studio degli effetti dei farmaci e delle condizioni sistemiche sullo sviluppo della parodontite apicale13, l'effetto della parodontite apicale sullo sviluppo dell'osteonecrosi delle mascelle14 , 15 e terapia con cellule staminali per la rigenerazione ossea16.
Questo protocollo può anche essere generalizzato come un modello per studiare l'infiammazione locale. Per studiare il processo infiammatorio, sono stati sviluppati diversi modelli murini, che includono ad esempio la colite indotta o l'artrite17,18. Questi modelli hanno effetti sistemici e non hanno alcun controllo incorporato nello stesso animale. I modelli per la parodontite apicale indotta, che includono un controllo contralaterale senza infiammazione, hanno il vantaggio di superare queste limitazioni14,19.
Il protocollo descritto di seguito è quindi utile per i ricercatori che sono interessati ai processi infiammatori locali. La natura controllata di questa infiammazione, il suo confinamento in un luogo specifico e il dente di controllo contralaterale, rendono questo protocollo prezioso per studiare i meccanismi coinvolti in questo processo. Inoltre, il protocollo è utile per i ricercatori interessati agli aspetti clinici dell'infiammazione periapica. Il modello murino è ideale per studiare diverse variabili della malattia, oltre al vantaggio di essere in grado di eseguire facilmente manipolazioni genetiche nel modello murino, per studiare l'attività di geni specifici nell'infiammazione periapica.
Tecnicamente, la procedura clinica è difficile da eseguire a causa delle piccole dimensioni dei denti dei topi. Sarà utile visualizzare questa procedura per conoscere il posizionamento, l'attrezzatura necessaria e le prestazioni.
Tutti i metodi qui descritti sono stati approvati dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali (IACUC) dell'Università Ebraica (Etica n. MD-17-15093-5).
1. Anestesia animale e posizionamento
2. Esposizione alla polpa
3. Fine della procedura clinica
4. Post procedura di follow-up (42 giorni)
5. Terminazione e analisi dell'esperimento
Un diagramma di flusso delle fasi sperimentali è presentato nella Figura 1. Come accennato nel protocollo, i topi sono anestesizzati e il loro primo molare mandibolare su un lato viene perforato fino all'esposizione della polpa, mentre il dente contralaterale viene lasciato come un controllo. Successivamente, i denti vengono lasciati essere contaminati dalla flora orale per 42 giorni, durante i quali vengono monitorati e ricevono farmaci antidolorifici. Dopo 42 giorni, i topi sono eutanasia e i denti e la mascella adiacente vengono presi per l'analisi.
Figura 2 mostra le immagini cliniche della mandibola del topo dopo la prima esposizione alla polpa molare destra. Nella figura 2A viene illustrata l'intera mandibile, mentre l'insedio nella figura 2B mostra un allargamento del primo molare destro trattato. Il primo molare sinistro viene utilizzato come controllo. L'esposizione di corna di polpa mesiali e distali e l'ingresso ai gradini può essere visto in Figura 2B. Si noti che il dente è stato abbassato meccanicamente a sub-occlusione al fine di ridurre il dolore.
Dopo l'esposizione dentale della polpa alla flora orale, la polpa dentale viene infine contaminata6,7 e diventa necrotica. Secondo la letteratura22, i batteri negativi del Gram secernono il lipopolissaccharide (LPS) nella regione apicale del dente. Attraverso una reazione complessa del sistema immunitario, uno dei risultati è il riassorbimento osseo nella regione periapica, che è il segno distintivo della parodontite apicale23. Questo rinnovano osseo può essere identificato e quantificato mediante micro-TC. Nelle immagini micro-CT, le regioni periapiche radioluciche indicano aree in cui il tessuto osseo duro è diventato una lesione periapica morbida a causa del processo infiammatorio. Nella Figura 3, le immagini di micro-CT rappresentative illustrano un dente trattato rispetto a un controllo. La freccia nella Figura 3AIII indica l'esposizione della polpa mesiale (l'esposizione alla polpa distale non appare su questa fetta del campione), e le aree radiolucenti periali mesiali e distali di sorpensiamo osseo sono circondate da una linea tratteggiata. Un grafico boxplot qui illustrato quantifica il significativo rinnomposizione dell'osso periapico nei denti trattati rispetto ai controlli.
Mentre la micro-TC è una tecnica eccellente per la valutazione delle dimensioni tridimensionali delle lesioni, mancano informazioni sulla loro composizione biologica. La colorazione istologica, come illustrato nella Figura4, fornisce queste informazioni. La colorazione H&E è dimostrata in un dente di controllo rispetto a un dente trattato. Nel dente trattato (Figura 4B,C,D), la polpa dentale stessa presenta necrosi che può essere chiaramente visualizzata nella colorazione H&E (Figura 4C), rispetto al tessuto di polpa organizzato di controllo (Figura 4A). Inoltre, e soprattutto, nella regione periapica del dente trattato viene visualizzata una lesione periapica, composta da cellule immunitarie (dominante macrofagi e linfociti), (Figura 4D) (rispetto al legamento parodontale sano (PDL) e tessuto osseo nella regione periapica del dente di controllo). Questa lesione periapica è il risultato desiderato della tecnica della parodontite apicale indotta qui presentata.
D'altra parte, la figura 5 presenta una contaminazione non riuscita che può verificarsi in rari casi (almeno l'85% degli animali mostra un ribasso osseo nella micro-CT), vale a dire, un dente esposto alla flora orale per 42 giorni, ma non ha presentato necrosi della polpa , e pertanto non ha dimostrato la perdita ossea e la lesione periapica nelle analisi micro-CT (Figura 5A) e istologiche (Figura 5B).

Figura 1: Asse temporale del processo sperimentale. Rappresentazione schematica della progressione temporale della procedura sperimentale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Immagini cliniche di mandibola del topo dopo l'esposizione alla polpa del primo molare. (A) Mandibole del topo, primo molare destro con polpa esposta, primo molare sinistro serve come controllo non trattato. (B) Ingrandimento del molare destro con la polpa esposta. L'ingresso ai canale può essere visualizzato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Analisi Micro-CT. (A) Scansioni rappresentative micro-TC (fette di 6 m) di denti trattati (AIII, AIV) e di controllo (AI, AII). La freccia indica l'esposizione della polpa mesiale (l'esposizione alla polpa distale non è presente in questa fetta). Le aree periacali Mesial e Distali di perdita ossea adiacenti al dente trattato sono circondate da linee tratteggiate. AII, AIV- Rappresentazione di marcatura del contorno. (B) Latraglia a scatola quantifica il volume dei tessuti (misurato dal contorno contrassegnato per 11 fette di ciascun campione) del controllo (arancione, n. 14 di animali) rispetto ai campioni trattati (blu, n. 15). L'analisi è stata eseguita utilizzando il software di valutazione Scanco per micro-CT. I campioni sono stati allineati sull'asse sagittale orientato in modo che la polpa coronale, i canale delle radici e i forame apicali fossero visualizzati nella stessa fetta (vedi protocollo per informazioni dettagliate sull'orientamento). I contorni sono stati contrassegnati per 5 fette su entrambi i lati dell'area del dente medio (tutti insieme 11 fette). Il volume dei tessuti per il contorno di ogni campione è stato calcolato utilizzando il software. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Immagini rappresentative di H&E istologiche: (A) fetta istologica di un dente di controllo. (B) Fetta istologica di un dente trattato, con una grave lesione periapica presentata. (C) allargamento del tessuto necrotico. (D) L'allargamento del tessuto periapico granuloma P-pulp, D-dentin, B-bone, BM-bone midollo, PDL-parodontale, polpa di N'necrotico, granuloma di G. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Esempio di contaminazione non riuscita: (A) immagine rappresentativa micro-CT di un dente con esposizione alla polpa (freccia bianca), ma nessuna perdita ossea periapica significativa, correlata all'immagine rappresentativa H&E istologica(B) della stessa polpa vitale (non necrotica) e tessuti apicali normali. P-pulp, D'dentin, B-bone, midollo osseo BM, legamento parodontale PDL. (C) Ingrandimento del tessuto calcificato presentato in B. Fare clic qui per visualizzare una versione più ampia di questa figura.
Gli autori non hanno nulla da rivelare
Qui, presentiamo un protocollo per indurre localmente la parodontite apicale nei topi. Mostriamo come praticare un foro nel dente del topo ed esporre la sua polpa, al fine di causare infiammazione locale. Sono inoltre dimostrati metodi di analisi per studiare la natura di questa infiammazione, come la micro-TC e l'istologia.
Vorremmo riconoscere il Dr. Oded Heyman per il suo aiuto con il posizionamento degli animali, Raphael Lieber per l'aiuto con l'analisi micro-CT, e il prof. Vorremmo anche riconoscere il Dr. Sidney Cohen per la lettura critica e l'editing.
Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione del Dr. Izador I. Cabakoff Research Endowment Fund a MK e IA, e da una borsa di studio Yitzhak Navon del Ministero della Scienza e della Tecnologia di Israele a EG.
| Atipamezolo cloridrato | Eurovet Animal Health | CAS 104075-48-1 | |
| ATR | dentsply | tecnika | |
| macchina di blocco | Leica | EG1150H | |
| buprenorfina | vetmarket | 163451 | |
| microscopio clinico/binoculare | Olympus | Sz61 | |
| fresa dentale | Komet dentale | ZR8801L 315 008 | |
| spatola dentale | Premier | 1003737 | |
| EDTA | J.T Baker | 8993 | |
| entelan | mercury | 1.07961 | |
| Eosina Y soluzione, | SIGMA | alcolico HT110116 | |
| soluzione di ematossilina, Mayer's | SIGMA | MHS 16 | |
| ketamina cloridrato | Vetoquinol | CAS 1867-669 | |
| Medetomidina cloridrato (cepetor) | CP-pharma GmbH | CAS 86347-15-1 | |
| Mepivacaine HCl 3% | Teva | CAS 96-88-8 | |
| microspazzole - applicatori di precisione regolabili | PARKELL | S379 | |
| scanner micro-ct | scanco | uCT 40 | |
| parafin | Leica | 39602004 | |
| PBS | SIGMA | D8537 | |
| PFA | EMS | 15710 | |
| Unguento per gli occhi al cloramfenicolo (5%) | Rekah pharmaceutical | CAS 56-75-7 | |
| pinzette | WAM | Ref-CT | |
| xilazina | Eurovet Animal Health | CAS 7361-61-7 | |
| xilene | Gadot | CAS 1330-20-7 |