結紮誘発性歯周炎マウスモデルは、歯周病の研究において効果的かつますます人気のあるツールです。近位間歯槽骨破壊に焦点を当てたモデルの簡略版実装に関する詳細なガイダンスが示されており、実験室での研究設計、3Dプリントツールの作成、μCT解析を用いた骨定量が含まれます。
方法論記事
結紮誘発性歯周炎マウスモデルは、歯周病の研究において効果的かつますます人気のあるツールです。近位間歯槽骨破壊に焦点を当てたモデルの簡略版実装に関する詳細なガイダンスが示されており、実験室での研究設計、3Dプリントツールの作成、μCT解析を用いた骨定量が含まれます。
マウスにおける結紮誘発性歯周炎の実験モデルは、歯周病の病因理解に根本的な役割を果たしてきました。しかし、翻訳的および治療的応用には十分に活用されていません。人間の病気と同様に、マウスの結紮誘発性歯周炎は、微生物、炎症、骨免疫学的な一連の明確な出来事を通じて発症します。結紮による歯槽骨破壊は比較的短期間で進行し、容易に定量化できるため、前臨床研究において費用対効果の高い疾患モデルとなっています。
古典的な結紮モデルの技術的課題を克服するため、簡略化された結紮誘発歯周炎マウスモデルの確立が策定されました。隣接する2本の歯の全周にわたって病気を誘発するのではなく、単純化された疾患モデルは、2本の後歯の近位部のみで炎症性骨破壊を中心としており、この領域は人間で一般的な歯周病が発症する領域でもあります。3Dプリントツールでリガチャルを配置しているため、この方法は迅速かつ効果的で、マウス1匹あたり5〜10分の手順時間で済みます。骨破細胞生成シグナル伝達は結紮後3日間で検出されますが、結紮後9日で骨破壊が一貫して発生します。
ここでは、研究設計に特有の重要な要素(すなわち、検出力計算、手順標準化、校正)、3Dプリントツールの開発(例:「マウスデンタルベッド」や「結紮ホルダー」)、μCT解析を用いた歯槽骨定量を強調することで、簡略化された結紮モデルプロトコルを詳細に説明しています。歯肉遺伝子発現である Rank、Rankl、Opgは 、破骨細胞形成のマスター調節三位元であり、治療効果の間接的な証拠として用いられています。本論文で提示された手法は、前臨床環境で革新的な歯周治療薬を試験するための簡略結紮誘発歯周炎モデルの実施を導きます。
歯周病は複雑な炎症性プロセスで、歯肉、歯周靭帯、セメント質、歯槽骨などの歯を支える構造を破壊します。歯周骨の喪失が進行するには、歯肉バリアの破損と細菌の侵入、炎症細胞の動員、そして先天優位から獲得優位への移行が必要です1。最終的な骨芽細胞と破骨細胞の不均衡は、その破壊による歯槽骨の喪失をもたらします。歯周病と可逆的歯肉炎(歯肉炎)の診断を区別する特徴的な表現型所見は、歯槽骨の喪失です。したがって、歯を支える歯槽骨の量は前臨床環境における重要な治療成果となります。
単一の動物モデルは、異なる治療薬の開発に必要なすべての生物学的側面を再現することはできません3,4,5。結紮誘発性歯周炎マウスモデルは、比較的短期間(3〜9日)で骨破壊を定量的に発生させるため、歯周炎の予防と調節のための新しい治療介入を検証するための費用対効果の高いモデルとなっています。第II相から第III相のヒト臨床試験6,7,8,9,10の開発に成功したにもかかわらず、マウスの結紮誘発性歯周炎は前臨床モデルとして一般的には利用されていません。結紮が歯を囲む古典モデルの技術的課題を克服するため、簡略化された結紮誘発歯周炎マウスモデル11,12が確立されました。クラシックモデルの単純な修正は、歯の周囲ではなく歯の間にある骨破壊部位に焦点を当てています。この改良の利点は多岐にわたり、1) 人員訓練に必要な時間の短縮、2) 実験手順の技術的容易さ、3) 骨の定量の再現性の向上などです。さらに、この簡略化されたモデルの下で発生し現れるいくつかの微生物学的および免疫学的事象が、一般的な人間の歯周病の現在の理解と一致していることが発見されました。最後に、米国2.14で以前報告された効果的な薬物誘発性骨損失予防は、新規歯周治療の主要側面を評価するための生体内ツールとして簡略結紮誘発歯周炎モデルの利用を支持しています。
簡略結紮誘発性歯周炎モデルの革新的な側面として、病気誘発プロセスをより容易に行う3Dプリントツールの開発が挙げられます(11,12)。一部の人には直感的に感じられますが、研究者たちは3Dプリントツール15を組み立てられないと報告しており、これが動物実験の開始をさらに妨げたり遅れさせたりする可能性があります。本研究は、前回のプロトコル研究11で示された情報を拡張し、簡易結紮誘発性歯周炎モデルの実験室での成功裏の実装を可能にする詳細な情報を提供します。この現在のプロトコルに含まれる詳細は、科学的発見の再現性の欠如に寄与する複雑な要因の一部である。過去10年間にわたり、複数の研究2,11,12,14,18および共同研究グループによる13,19,20,21で確認された一貫したモデル使用と信頼性の高い骨吸収は、科学コミュニティにおける再現性を促進するために詳細な情報を広める重要性を支持しています。
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このプロトコルは動物研究:生体内実験報告(ARRIVE)ガイドライン22,23に準拠しています。このプロトコルで記述されたすべての実験的手法は、ノースカロライナ大学チャペルヒル校のIACUCによって承認されています。
1. 実験設計
2. マウスの結紮歯周炎を誘発するための印刷ツールの開発
注:リガチャーの配置を最適化するために、マウスデン タルベッド と リガチャーホルダー と呼ばれる3Dプリントツールが開発されました。これらは複数の個別の3Dプリントパーツで構成され、それぞれ別々に印刷され、さらに手作業で組み立てられます。これらの装置の設計図仕様は以前に公開 されており、経験豊富な調査員が個別のSTLファイルを作成するために利用できます。本研究の新しい装置は、ノースカロライナ大学チャペルヒル校のBeAMデザインセンターと共同で開発されました。材料は各コア施設を通じて入手するか、 補足ファイル1のSTLファイルを使って3Dプリントできます。
3. 結紮の配置
注:結紮は、ヒト歯周病原体の添加の有無にかかわらず、マウスの歯の間に挿入されることが可能です11。結合部位の微生物組成の時間依存解析(ヒト細菌種の補助なし)により、歯周炎発症時にマイクロバイオーム群落の変化(ディスバイオーシス)が見られることが示されました12。このため、結紮交換は結果の再現性に影響を与える可能性があるため推奨されません。結合と組み合わせて細菌種を含めるかどうかは、特定の研究で扱う問題に依存します。推定10〜15%の結紮減少のため、結紮は1匹のマウスに両側に置かれます。この方法は実験中のマウスの損失を最小限に抑えます。
4. 骨破壊の量化
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a、WTマウスのベースライン(健康状態)および結紮後9日時の線形歯槽骨測定の代表的なデータ解析を図 1Aに示しています。検出力計算によると、主な結果がμCTで測定された線形骨レベルであれば、これらのグループ間の差異を検出するには合計10匹(グループあたり4〜5匹)のマウスが必要です(図1B)。しかし、前臨床試験の検出力計算では、両グループのマウスが歯周炎を発症しつつ、一方のグループに治療的介入が行われる必要があります(図1C)。この種の研究では、グループあたり19〜31匹とマウス数がより多く必要です(図1D)。前臨床試験で必要な動物の数が多い主な理由は2つあります。1) 両群で疾患が誘発される一方で、一方のグループに実験的介入が適用され、結果の分散が増加し再現性に影響を与えること、2)
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本研究は、以前に提示された簡略結紮誘発性歯周炎マウスモデルプロトコルに関する洞察に満ちた情報と詳細な段階的なガイダンスを提供します。本論文に含まれる詳細は再現性に大きな影響を与える可能性があり、この特定の結紮誘発性マウスモデル11,12,13,18,19,21に関するグループの経験によって裏付けられています。3Dプリントツールの設計、開発、組み立てに関する詳細説明と、骨破壊を定量化するためのステップバイステップガイドも提供しています。ここに記載された情報は、簡素化された結紮誘発性歯周炎マウスモデルを、将来の治療介入開発のための費用対...
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前回の出版物9で3Dプリントデバイスを作成するために使用されたSTLファイルは、ノースカロライナ大学チャペルヒル校との著作権契約(「UNC-マウス手術ベッドおよびUNC-リガチャーホルダー」UNC Ref. No. 18-0024)に属しています。著者たちは競合する金銭的利害関係を一切主張していない。
本出版物で報告された研究は、国立衛生研究所(NIH)の国立歯科・頭蓋顔面研究所の支援を受けており、賞番号K01DE027087(JTM)およびR01DE032830 JTM(JTM)のもとで実施されています。また、国立衛生研究所の国立アレルギー感染症研究所(National Institute of Allergy and Infectious Diseases)からもR01-AI153265(KVS)の助成を受けました。内容は著者の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を代表するものではありません。さらに、ここで報告された研究はフルブライト/CAPESプログラムのファイナンスコード001(TA)によっても裏付けられています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ブレード | インテグラ | 4-315C | 15Cブレード |
| セラミックビーズ | VWR | 10158-608 | 0.5 mL x 1.4 mm セラミックビーズ |
| 接着剤/樹脂素材 | ゴリラグルー社 | 8401519 | |
| リガチャーホルダー(ノッチ付き) | UNCチャペルヒル校 BeAMデザインセンター施設のコア | 該当しません | 118.01 mm x 13 mm x 13.74 mm |
| リガチャーホルダーロック | UNCチャペルヒル校 BeAMデザインセンター施設のコア | 該当しません | 17.5 mm x 14.57 mm x 17.8 mm |
| Lulzbot mini v1.0 3Dプリンター | Lulzbot(ファーゴ・アディティブ・マニュファクチャリング・イクイクイップメント3D, LLC) | 該当しません | Aleph Objects, Lulzbot Mini v1.0 モデル |
| MicroViewソフトウェア | パララックス革新 | 2.5.0-3139 | 骨の測定に使われるソフトウェア |
| マウス用歯科ベッド(切り欠き付き) | UNCチャペルヒル校 BeAMデザインセンター施設のコア | 該当しません | 103.86 mm x 196.85 mm x 50.99 mm |
| マウスデンタルベッドトップ | UNCチャペルヒル校 BeAMデザインセンター施設のコア | 該当しません | 99.8 mm x 77 mm x 21.5 mm |
| ポリラクティック酸(PLA)フィラメント | 逐語的に | 55259 | 3.0 mm PLA |
| ラピュアRNA組織キット | MPバイオメディカル | 112721050 | |
| メスブレードハンドル | バード・パーカー | 371030 | 15Cメスブレードハンドル |
| 縫合絹 | ロボズ外科機器 | SUT-15-1 | |
| Taqman qPCRプライマー | サーモ・フィッシャー | ランク(Mm00437135_ m1)、ランクル(Mm00441906_ m1)、Opg(Mm00435452_ m1)、ガプド(Mm99999915_g 1) | |
| VX-765 | インビボジェン、サンディエゴ、アメリカ合衆国 | #inh-vx765-1 | 宿主調節に用いられるカスパーゼ1阻害剤 |
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