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Research Article
Marta Munar-Bestard1,2, Oscar Villa1, Maria del Mar Ferrà-Cañellas1,2,3, Joana Maria Ramis1,2,4,5, Marta Monjo1,2,4,5
1Group of Cell Therapy and Tissue Engineering, Research Institute on Health Sciences (IUNICS),University of the Balearic Islands (UIB), 2Balearic Islands Health Research Institute (IdISBa), 3Preclinical Research Department,Labo'Life España, 4Departament de Biologia Fonamental i Ciències de la Salut,UIB, 5ADEMA School of Dentistry,UIB
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
In questo studio, un modello di ratto di induzione della parodontite è presentato attraverso una combinazione di legatura ritentiva e iniezioni ripetitive di lipopolisaccaride derivato da Porphyromonas gingivalis, per 14 giorni intorno ai primi molari mascellari. Le tecniche di legatura e iniezione di LPS sono state efficaci nell'indurre la peridontite, con conseguente perdita ossea alveolare e infiammazione.
La parodontite (PD) è una malattia immuno-infiammatoria cronica altamente prevalente del parodonto, che provoca una perdita dei tessuti molli gengivali, del legamento parodontale, del cemento e dell'osso alveolare. In questo studio, viene descritto un semplice metodo di induzione del PD nei ratti. Forniamo istruzioni dettagliate per il posizionamento del modello di legatura attorno ai primi molari mascellari (M1) e una combinazione di iniezioni di lipopolisaccaride (LPS), derivato da Porphyromonas gingivalis sul lato mesio-palatale della M1. L'induzione della parodontite è stata mantenuta per 14 giorni, promuovendo l'accumulo di biofilm batterico e l'infiammazione. Per convalidare il modello animale, IL-1β, un mediatore infiammatorio chiave, è stato determinato mediante un saggio immunologico nel liquido crevicolare gengivale (GCF) e la perdita ossea alveolare è stata calcolata utilizzando la tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT). Questa tecnica è stata efficace nel promuovere la recessione gengivale, la perdita ossea alveolare e un aumento dei livelli di IL-1β nel GCF alla fine della procedura sperimentale dopo 14 giorni. Questo metodo è stato efficace nell'indurre la malattia di Parkinson, potendo così essere utilizzato in studi sui meccanismi di progressione della malattia e sui futuri possibili trattamenti.
La parodontite (PD) è la sesta condizione di salute pubblica più diffusa in tutto il mondo, che colpisce circa l'11% della popolazione totale, essendo una forma avanzata, irreversibile e distruttiva di malattia parodontale 1,2. Il PD è un processo infiammatorio che colpisce i tessuti gengivali e parodontali, che provoca la recessione gengivale, la migrazione apicale dell'epitelio giunzionale con sviluppo della tasca e la perdita dell'osso alveolare3. Inoltre, la malattia di Parkinson è associata a diverse malattie sistemiche, tra cui malattie cardiovascolari, obesità, diabete e artrite reumatoide, per le quali i fattori ambientali e specifici dell'ospite svolgono un ruolo significativo 4,5.
Quindi, la malattia di Parkinson è una malattia multifattoriale iniziata principalmente dall'accumulo di placca microbica - derivante dalla disbiosi delle comunità microbiche - e da una risposta immunitaria esagerata dell'ospite ai patogeni parodontali, che porta alla rottura del tessuto parodontale 4,6. Tra i diversi batteri parodontali, il batterio anaerobico gram-negativo Porphyromonas gingivalis è uno dei patogeni chiave nel PD4. P. gingivalis contiene un complesso lipopolisaccaride (LPS) nelle sue pareti, una molecola nota per indurre infiltrazione leucocitaria polimorfonucleata e dilatazione vascolare nei tessuti parodontali infiammati7. Ciò si traduce nella produzione di mediatori infiammatori, come l'interleuchina 1 (IL-1), IL-6 e IL-8, fattore di necrosi tumorale (TNF) o prostaglandine, con una successiva attivazione degli osteoclasti e riassorbimento osseo, che porta alla distruzione dei tessuti e alla perdita finale dei denti3.
Tra i diversi vantaggi dei modelli animali c'è la capacità di imitare le complessità cellulari come negli esseri umani, o di essere più accurati rispetto agli studi in vitro , che vengono effettuati su superfici plastiche con tipi cellulari limitati8. Per modellare sperimentalmente il PD in vivo, sono state utilizzate diverse specie animali, come primati non umani, cani, maiali, furetti, conigli, topi e ratti9. Tuttavia, i ratti sono il modello animale più ampiamente studiato per la patogenesi del PD perché sono economici e facili da maneggiare10. Il loro tessuto gengivale dentale ha caratteristiche strutturali simili al tessuto gengivale umano, con un solco gengivale poco profondo e un epitelio giunzionale attaccato alla superficie del dente. Inoltre, come nell'uomo, l'epitelio giunzionale facilita il passaggio di batteri, materiali estranei ed essudati dalle cellule infiammatorie 9.
Uno dei modelli sperimentali più riportati di induzione del PD nei ratti è il posizionamento delle legature intorno ai denti, che è tecnicamente impegnativo ma affidabile10. Il posizionamento della legatura facilita la placca dentale e l'accumulo batterico, generando una disbiosi nei solchi gengivali, che causa infiammazione e distruzione del tessuto parodontale11. La perdita dell'attaccamento parodontale e il riassorbimento dell'osso alveolare potrebbero verificarsi in 7 giorni in questo ratto modello8.
Un altro modello animale per il PD consiste nell'iniezione di LPS nel tessuto gengivale. Di conseguenza, vengono stimolati l'osteoclastogenesi e la perdita ossea. Le caratteristiche istopatologiche di questo modello sono simili alla PD stabilita dall'uomo, caratterizzata da livelli più elevati di citochine proinfiammatorie, degradazione del collagene e riassorbimento osseo alveolare 6,8.
Pertanto, lo scopo di questo studio è stato quello di descrivere un semplice modello di ratto di PD sperimentale basato sulle tecniche di iniezioni di P. gingivalis-LPS (Pg-LPS), combinato con il posizionamento della legatura attorno ai primi molari mascellari (M1). Si tratta di un modello con caratteristiche simili a quelle osservate nella malattia PD umana, che potrebbe essere utilizzato nello studio dei meccanismi di progressione della malattia e dei futuri possibili trattamenti.
NOTA: Il protocollo sperimentale dello studio è stato approvato dal Comitato Etico di Sperimentazione Animale dell'Istituto di Ricerca Sanitaria delle Isole Baleari (CEEA-UIB; numero di riferimento 163/03/21).
1. Anestesia animale e preparazione della procedura
2. Tecnica di legatura ritentiva e iniezione intragengivale Pg-LPS
NOTA: Il modello di legatura è stato creato (giorno 0) posizionando una legatura di seta intrecciata sterile (5/0) attorno alla M1 bilateralmente all'interno del solco gengivale utilizzando strumenti microchirurgici e fissandola con i nodi del chirurgo sulla superficie palatale. Gli strumenti microchirurgici utilizzati erano pinze microchirurgiche, un micro portaaghi, un intagliatore hollenback, un elevatore microchirurgico periostale e forbici microchirurgiche. Sono state utilizzate anche lenti chirurgiche con sorgente luminosa a LED (ingrandimento 3,6x).
3. Fine della procedura
4. Follow-up post-procedura
NOTA: L'induzione del PD è stata mantenuta per 14 giorni per favorire l'accumulo di biofilm batterico e conseguente infiammazione. Le legature devono essere esaminate e regolate e Pg-LPS viene iniettato tre volte alla settimana (giorno 2, giorno 4, giorno 6, giorno 8, giorno 10 e giorno 12).
5. Sacrificio animale e analisi
NOTA: Ci sono diverse opzioni per valutare la progressione del PD. Qui, l'analisi descritta consiste in una valutazione delle citochine pro-infiammatorie nel liquido crevicolare gengivale (GCF) e una valutazione della perdita di osso alveolare.
Una sequenza temporale delle fasi sperimentali è presentata nella Figura 1. La figura 2A mostra un'immagine della mandibula dopo l'intervento chirurgico, con il posizionamento della legatura attorno al solco di M1 al tempo 0 dell'esperimento. La figura 2B mostra come, dopo 14 giorni dalla procedura, la legatura intorno alla M1 entra nel solco gengivale, causando infiammazione della gengiva e accumulo infiltrante.

Figura 1: Rappresentazione schematica della cronologia della procedura sperimentale di induzione della parodontite (PD) nei ratti. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Le immagini bidimensionali rappresentative (Figura 3; quadrato rosso) mostrano differenze di perdita ossea alveolare nella mandibolla tra il controllo basale, mostrando più volume osseo (Figura 3A), e dopo l'istituzione di PD, mostrando una maggiore perdita ossea alveolare (Figura 3B). Inoltre, l'analisi delle immagini sagittali evidenzia la maggiore perdita ossea alveolare nell'area ossea interradicolare di M1 (Figura 3D; freccia rossa) e M2 (Figura 3D; freccia verde) dopo l'insediamento della PD, rispetto al gruppo di controllo basale (Figura 3C). Inoltre, il riassorbimento osseo alveolare è stato caratterizzato da un aumento dello spazio tra la giunzione dello smalto cementizio (CEJ) e la cresta ossea alveolare (ABC). La distanza tra CEJ e ABC in entrambi i gruppi di ratti è mostrata nella Figura 3C,D con frecce blu. Il PD stabilito ha sviluppato ampi spazi tra la CEJ e l'ABC (Figura 3D), rispetto al controllo basale (Figura 3C).
Al momento del sacrificio, le immagini del palato presentavano differenze nella recessione gengivale nella M1 nei diversi gruppi (Figure 4A,B). Il gruppo PD (Figura 4B) mostra una maggiore migrazione gengivale apicale dovuta alla perdita di supporto osseo e all'esposizione radicolare, rispetto al gruppo di controllo basale (Figura 4A). Inoltre, il gruppo PD (Figura 4B) presentava una maggiore infiammazione della gengiva intorno ai molari mascellari, rispetto al gruppo di controllo basale (Figura 4A). La Figura 4C mostra i risultati dell'analisi della citochina pro-infiammatoria IL-1β da GCF, mostrando un rilascio significativamente più elevato di IL-1β visualizzato nel gruppo PD rispetto al gruppo di controllo. Secondo la letteratura, IL-1β partecipa all'infiammazione, alla regolazione immunitaria e al riassorbimento osseo nella parodontite ed è un forte stimolatore della distruzione del tessuto parodontale12.

Figura 2: Immagini della legatura inserita nel solco della M1 in tempi diversi. (A) Palato del ratto con posizionamento della legatura intorno alla M1, 0 giorni dopo l'inserimento della legatura. (B) Palato del ratto con posizionamento della legatura intorno alla M1, 14 giorni dopo l'inserimento della legatura. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Immagini bidimensionali rappresentative dell'osso alveolare e dei molari mascellari. Foto bidimensionali rappresentative ottenute dalla CBCT dell'osso alveolare dei molari mascellari (quadrato rosso) di (A) il controllo basale e (B) parodontite stabilita (PD) per 14 giorni con inserimento di legatura e iniezione di Pg-LPS. Viste bidimensionali sagittali rappresentative dei molari mascellari di (C) il controllo basale e (D) il PD. Le frecce rosse indicano l'area dell'osso alveolare interradicolare della M1, le frecce blu indicano la distanza tra CEJ e ABC e le frecce verdi indicano l'area dell'osso alveolare interradicolare della M2. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Immagini rappresentative del palato. Immagini rappresentative del palato dopo sacrificio del gruppo di controllo basale (A) e del gruppo parodontite (B) (PD), trattati per 14 giorni con inserimento di legature e iniezione di Pg-LPS. (C) Determinazione delle concentrazioni di IL-1β nel GCF del gruppo di controllo basale e del gruppo PD (n = 9). I dati rappresentano la media ± SEM. I risultati sono stati confrontati statisticamente da Kruskal-Wallis: * p < gruppo 0,05 PD rispetto al gruppo di controllo basale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
In questo studio, un modello di ratto di induzione della parodontite è presentato attraverso una combinazione di legatura ritentiva e iniezioni ripetitive di lipopolisaccaride derivato da Porphyromonas gingivalis, per 14 giorni intorno ai primi molari mascellari. Le tecniche di legatura e iniezione di LPS sono state efficaci nell'indurre la peridontite, con conseguente perdita ossea alveolare e infiammazione.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fundació Universitat-Empresa de les Illes Balears (Proof of concept call 2020), dall'Instituto de Salud Carlos III, dal Ministerio de Economía y Competividad, cofinanziato dal Fondo sociale europeo FSE e dal Fondo europeo di sviluppo regionale del FESR (contratto con M.M.B; FI18/00104) e dalla Direcció General d'Investigació, Conselleria d'Investigació, Govern Balear (contratto con M.M.F.C; FPI/040/2020). Gli autori ringraziano la dottoressa Anna Tomás e Maria Tortosa per il loro aiuto alla chirurgia sperimentale e alla piattaforma di IdISBa. Infine, grazie ad ADEMA School of Dentistry per l'accesso allo scanner CBCT.
| Carta adsorbente punto nº 30 | Proclinc | 8187 | |
| Aprotinina | Sigma-Aldrich | A1153 | |
| Atipamezolo | Dechra | 573751.5 | Revanzol 5 mg/mL |
| Legatura di seta intrecciata (5/0) | Laboratorio Arago Sl | 613112 | |
| Buprenorfina | Richter pharma | 578816.6 | Bupaq 0.3 mg/mL |
| Scanner per tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) | MyRay | hyperion X9 | Modello Hyperion X9 |
| CTAn software | SkyScan | Versione 1.13.4.0 | |
| Esploratore dentale | Proclinc | 99743 | |
| Fresa diamantata a forma di lancia | Dentaltix | IT21517 | |
| Dieta di mantenimento alimentare | Sodispain research | ROD14 | |
| Piattaforma chirurgica riscaldata | PetSavers | ||
| Hollenback carver | Hu-FRIEDY | HF45234 | |
| Ago ipodermico | BD | 300600 | 25G x 5/8" - 0,5 x 16 MM |
| isoflurano | Karizoo | Isoflutek 1000mg/g | |
| Ketamina | Dechra | 581140.6 | Anesketina 100 mg/mL |
| Lipopolisaccaride derivato da P.Gingivalis | InvivoGen | TLRL-PGLPS | |
| Metanolo | Fisher Scientific | M/4000/PB08 | |
| Microholter con ago | Fehling Strumenti chirurgici | KOT-6 | |
| Pinze microchirurgiche | KLS Martin | 12-384-06-07 | |
| forbici microchirurgiche | S& Strumenti microchirurgici T | SDC-15 Monitor RV | |
| iMEC 8 Vet | Mindray | ||
| Immunodosaggio a microsfere multiplex | Procartaplex, Thermo fisher Scientific | PPX-05 | |
| Paraformaldeide (PFA) | Sigma-Aldrich | 8187151000 | |
| Elevatore microchirurgico periostale | Dentaltix | CU19112468 | |
| Fenilmetilsulfonilfluoruro (PMSF) | Roche | 10837091001 | |
| Soluzione tampone fosfato (PBS) | Capricorn Scientific | PBS-1A | |
| PhosSTOP | Roche | 4906845001 | Compressa commerciale per inibitori della fosfatasi |
| Fiala di plastica | SPL Lifesciencies | 60015 | 1,5 ml |
| salina | Cinfa | 204024.3 | |
| Stereomicroscopio | Zeiss | Modello SteREO Discovery.V12 | |
| Lenti chirurgiche luce led | Zeiss | ||
| Forbici chirurgiche | Siringa Zepf Surgical | 08-1701-17 | |
| BD plastipak | 303172 | 1mL | |
| Micromotore dentale veterinario | Eickemeyer | 174028 | |
| Xilazina | Calier | 20102-003 | Xilagesic 20 mg/mL |