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方法論記事

上顎第二大臼歯のナイロン結紮による進行性歯周炎のマウスモデル

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DOI：

10.3791/67848

⸱

2025年5月30日

 ,  , 
1Undergraduate Program of Dental Surgeon, Facultad de Estudios Superiores Iztacala (FES-Iztacala), Universidad Nacional Autónoma de Mexico (UNAM), 2Innate Immunity Laboratory, Biomedicine Research Unit (UBIMED), FES-Iztacala, UNAM, 3Doctoral Program in Biological Sciences, UNAM

この記事について

サマリー

この研究では、マウスで歯周炎を誘発するための修正された6-0ナイロンライゲーション法について説明しており、再現性が高く、研究者が歯周病の発生から病理学的結果までを研究するための代替手段を表しています。

要約

歯周病(PD)は、歯の支持組織に影響を与える炎症性疾患であり、世界中で最も蔓延している疾患の1つです。その重症型である歯周炎は、軟部組織、歯、骨の破壊につながります。歯周炎の動物モデルは、霊長類、イヌ、ミニブタ、マウスを用いて開発されています。これらの中で、結紮糸誘導マウスモデルは、ヒト歯周炎の主要な側面を効果的に再現しながら、疾患の急速な進行、再現性、予測可能性、低コストなどの利点を提供します。合字を用いたマウスモデルは、歯周組織の微生物学的および免疫学的微小環境に関する貴重な洞察を提供し、免疫応答におけるバイオフィルムの重要な役割と全身性疾患との関連を強調しています。この研究では、マウスの歯周炎を誘発するための修正ナイロンライゲーション法を紹介します。この変更には、シルク縫合糸の代わりにナイロン縫合糸を使用し、接触点を通過させるのではなく、近位間接触領域の下に配置することが含まれます。このアプローチは、歯周炎を効果的に誘発しながら、技術を簡素化します。縫合糸留置の詳細な方法論がグラフィカルに示されており、歯周炎の進行は組織学的および組織測定学的分析を通じて示されています。

概要

歯周病(PD)は、歯の支持組織の炎症性疾患であり、世界で最も蔓延している疾患の1つです1。PDの発生率は、世界中で20%〜50%の範囲であると報告されています2。PDにはさまざまな進行の程度があります。歯肉炎と呼ばれる軽度の形態は軟組織のみに影響を及ぼし、歯周炎(PT)と呼ばれるその重度の形態は骨3などの硬組織に影響を及ぼします。PTは炎症性疾患であるため、糖尿病5、心血管疾患6、有害な妊娠結果7や子癇前症などのホルモン相互作用8、炎症性疾患9、さらには眼の変化10や認知症11など、疾患のプロセス4を変える可能性のあるいくつかの危険因子によって修飾できる複雑な免疫応答と見なさなければなりません。

したがって、PTの発症または有病率に関連する病因を理解し、新しいまたはより効果的な治療戦略をテストするため、または全身性疾患とPTまたは歯周微生物叢との間の相関関係を特定するには、動物モデルが必要です12。

効果的な研究方法を選択することは、PTの発症を理解し、研究の質問に適切に答えるために重要です13。長年にわたり、PTの研究のためにさまざまな動物モデルが開発されてきました。ただし、霊長類、犬、ウサギ、ミニチュアブタなどのモデルは、14,15,16を使用するのに高価で複雑です。PTのマウスモデル、特にライゲーション誘導PTモデルには、迅速な開発、再現性、予測可能性、低コストなど、多くの利点があります17,18,19。

PTの誘導には、経口細菌接種、リポ多糖類注射、結紮糸誘導10,20など、いくつかの方法が用いられているが、それぞれに長所と短所がある17、ナイロン結紮糸によって誘導されたPTのマウスモデルは、その開発のためのヒトのメカニズムに類似していた20,21,22,23.PTは、常在する微生物叢の保持を通じて発生し、炎症を引き起こし、組織の喪失につながります。さらに、マウスは、PTの研究のために異なる細胞集団または目的の分子を研究するために遺伝子組み換えすることができます。

歯科用結紮は、歯列矯正用ワイヤー、シルク縫合糸24、25、またはナイロン縫合糸26などの異なる材料を使用して行うことができる。マウスのライゲーションによってPTを誘導するための最も一般的な材料は絹です。この方法論は、Marchesan et al.18、Abe et al.27、Chadwick et al.22など、それぞれ独自の変更を加えたさまざまな著者によって説明されており、これらの方法はすべて、いくつかの研究者によって成功裏に使用されてきました28。ただし、マウスの上臼歯の周りに絹糸を縫合するのは複雑になる可能性があります。Marchesan et al. は、「結紮ホルダー」の使用を提案しました。Abe et al. と Chadwick et al. は、縫合糸を接触点に通して配置しましたが、Chadwick et al. は大臼歯 M1 と M2 の周りに縫合糸を配置しました。

異なる厚さのナイロン縫合糸は、異なる動物モデル29,30,31のPT開発に使用されてきた。Lima et al.31 は 5-0 ナイロン縫合糸を使用しました。以前の研究では、6-0 ナイロン縫合糸を使用し、同様の結果が得られました 28。

マルチフィラメント縫合糸と比較して、ナイロン縫合糸は非吸収性のモノフィラメント合成であり、炎症性組織反応が低い32;さらに、ナイロン縫合糸はまた、微生物の蓄積33,34を許容し、フソバクテリウム核とポルフィロモナ中間体35,36の接着の証拠があり、ナイロン縫合糸12,14,17,19,24,27,35,37の通性嫌気性細菌も付着している (表1)。

これらの特性により、炎症反応は主に物質の蓄積ではなく細菌の蓄積に集中することができるかもしれません。さらに、ナイロンはシルク38よりも引張強度などの機械的特性が優れています。

そこで、本研究では、M2付近の歯間接触領域の下に6-0ナイロン縫合糸を配置したことで、マウスに進行期の歯周炎の発症を誘発した。このアプローチにより、通常のピンセットで結紮糸を配置でき、結果は一貫しています。30日後、PTの進行は組織学的および組織学的分析によって確認することができます。

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プロトコル

実験動物に関するすべての手続きは、メキシコの公式規格NOM-062-ZOO-1999に準じた「実験動物に関する生物医学研究のための倫理的枠組み」に厳格に準拠して実施されました。この研究は、プロトコル CE/FESI/072024/1765 に基づいて、Facultad de Estudios Superiores Iztacala (FES-Iztacala) の倫理委員会によって承認されました。マウスは、FES-Iztacala動物施設の病原体のない環境で、餌と水に自由にアクセスできる動物室に収容されました。このプロトコルは、Abeら27によって以前に記載された方法の修正である。6週齢から8週齢の雌BALB/cマウス(体重16g)を対照群(CTL)群と歯周炎群(PT)に分けた。歯周炎は、0日目に6-0ナイロン縫合糸を留置することで誘発され、持続的な細菌の付着を促進し、重篤な慢性疾患の進行を引き起こしました。30日後、すべてのマウスを安楽死させ(施設で承認されたプロトコルに従って)、組織学的分析を通じて組織の損傷と付着喪失(AL)を評価しました(図1)。使用した試薬や機器の詳細は 、資料表に記載されています。

1.麻酔の準備

  1. キシラジンとケタミン(1:10)を注射用水(ストック)で希釈して調製します。4°Cで保存し、4週間以内にご使用ください。
  2. 各マウスを識別して体重を量ります。インスリン注射器を使用して、筋肉内適用用のキシラジン(1 mg / kg)とケタミン(2 mg / kg)の重量ベースの用量を準備します。.
  3. 麻酔薬溶液の総投与量の50%を後肢に注入します。.反対側で手順を繰り返します。
  4. マウスを深い箱(10cm³)に入れ、約3〜5分かけて眠りにつくまで待ちます。
  5. マウスが完全に目を覚まし、正常にまばたきできるようになるまで、15分ごとに各目にヒプロメロースドロップを塗布することにより、麻酔による目の乾燥と角膜の損傷を防ぎます。
    注:マウスは、麻酔のおおよその時間である45分間観察下に置かなければなりません。手順が完了する前にマウスがウェイクアップした場合は、手順を一時停止し、マウスを交換する必要があります。

2.動物のポジショニング

  1. マウスがスリープ状態になったら、頭をオペレーターに向けて上を向いて作業台に置きます。各脚を緊張せずにそっと引っ張り、マイクロポアテープで固定して、突然の不随意運動を防ぎます。マウスを毛布またはガーゼで覆い、体温を維持します。
  2. 鼻を開いたままにするには、歯列矯正ゴムの一方の端を上顎切歯の周りに置き、もう一方の端を張力をかけずに上部ホルダーに固定します。下切歯の周りに2つ目の歯列矯正ゴムを置き、輪ゴムで下ホルダーに固定します。
  3. チークセパレーターを配置し、見やすくするために舌を慎重に片側に動かします。
  4. 上顎大臼歯が十分に可視化されるように顕微鏡を配置し、最も低い倍率の対物レンズから始めます。位置を特定したら、倍率を調整して、オペレーターの最適な快適性と集中力を確保します。

3. 合字の配置

  1. 画像が鮮明になったら、3つの上顎大臼歯(最大近位大臼歯(M1)、次の大臼歯(M2)、最小遠位大臼歯(M3)を特定します。6-0ナイロン縫合糸は、その直径が結紮糸の配置を容易にし、幅の広い縫合糸よりも組織への機械的損傷が少ないため、留置します。
    1. M2の遠位側の位置を特定し、ピンセットで6-0ナイロン縫合糸の先端を保持し、口蓋から乳頭の基部に先端を置きます。近位口蓋間腔の基部から頬面に向かって軽い圧力をかけます(図2A)。
    2. 6-0ナイロン縫合糸が交差したら、近位間腔を通って頬側に向かって引っ張ります(図2B)。
  2. 6-0ナイロン縫合糸の先端を、頬側からM2の近心面の近位部の基部に配置します。縫合糸の先端をそっと押して近位間腔の下に横切り、頬側腔を通って口蓋に戻します(図2C)。
  3. 6-0ナイロン縫合糸を優しく引っ張り、先端をピンセットで保持し、M2周りに調整し、3つの簡単な結び目で縫合糸を固定します。
  4. 6-0ナイロン縫合糸を細いハサミでカットします(図2D)。

4. 動物の回復

  1. マウスを離すには、チークセパレーター、脚のマイクロポアテープ、および歯列矯正ゴムを取り外します。まず、下顎の切歯の周りのゴムを外し、次に上顎の切歯の周りのゴムを外します。
    1. マウスを作業台から取り外し、ガーゼまたは布で包み、上向きに置きます。舌を横に動かして気道を開いたままにし、閉塞を防ぎます。
  2. 動物を暖かく保ち、布またはガーゼで覆い、完全に目が覚めるまで観察します。次に、それらを通常のケージに入れます。
  3. マウスが正常に点滅できるようになるまで、各目にヒプロメロース滴を塗ります。
  4. 動物を標準的な状態に保ちます。

5. 合字チェック

  1. ナイロン結紮糸の耐久性を毎週確認してください(図3A、B)。
  2. マウスを取り、頭と体をしっかりと持ち、ピンセットを使用して鼻を開きます。ランプの光の下でM2の周りの6-0ナイロン縫合糸を観察します。
  3. バイオフィルムの蓄積と機械的刺激に基づく歯周病の発症を確立する。これを組織学的解析で確認します。

6.組織学

  1. 30日後、マウスをCO2 チャンバーで安楽死させます(施設で承認されたプロトコルに従って)。以前に報告されたように上顎を収穫します39。回収した組織を0.9% NaCl溶液で洗浄し、新しい標識マイクロ遠心チューブに入れます。
  2. サンプルを4%パラホルムアルデヒド溶液に2時間攪拌しながら固定します。
  3. サンプルを水道水で2時間洗浄します。
  4. 骨からミネラルを除去し、高品質のパラフィン切片を調製するには、マイクロ遠心チューブで20日間4%EDTA(pH 7.3)溶液の20容量でサンプルを脱灰し、4日ごとにEDTAを交換します40。
  5. サンプルをパラフィンに埋め込みます。M2領域の5μm切片を切断し、ヘマトキシリンとエオシン(H&E)41で染色します。

7. データ分析

  1. 染色された組織切片を光学顕微鏡で観察し、溝上皮、歯肉線維、歯周線維、高さ、および歯槽稜の完全性の形状の変化の記述的分析を行います。
  2. セメントエナメル接合部(CEJ)と骨稜の最高点との間の距離を測定することにより、付着損失(AL)を決定します。デジタル編集プログラムを使用して、これら2つの点の間に線を引きます。Semenoff et al.42 で説明されている方法論に従って、頬側および口蓋側表面の組織測定分析を実行します (図 4)。

8. 統計分析

  1. CTLグループとPTグループから得られたデータを、Mann-Whitney U検定を用いて解析します。 p < 0.05 を統計的に有意であると考えます。分析には、統計およびグラフ作成ソフトウェアを使用します。

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結果

この方法論により、誘導マウスは2週目以降に歯周炎(PT)を発症することができます。マウスを毎週監視して、結紮糸の存在を確認しました。安楽死は30日目に行われました。すべてのグループの臨床的特徴が評価されました。対照群は、色や辺縁歯肉の構造などの正常な特性を経時的に維持しました。CTL群と比較して、PT群の組織には炎症、出血、歯周ポケット形成が認められ、これらは誘導マウスの歯肉縁部に認められました(図5)。

この疾患の進行は、両群のM2の歯周組織のALの組織学的および組織測定学的分析を行うことによって確認されました。CTLグループは、健康な組織と類似した組織学的特徴を示しました:辺縁および溝歯肉の上皮、歯肉線維(図6A、CTL青矢印)、接合部上皮、および歯槽稜(図6A、CTL緑矢印)。結合組織繊維は正常な位置と高さにありました。シャーピーの繊維は、歯槽骨と根セメント質に挿入されたときに無傷でした。また、根の...

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ディスカッション

歯周炎のいくつかの動物モデルは、微生物学的応答や免疫応答などのさまざまな側面を評価するために使用されており、ヒトの疾患といくつかの類似点があります43。これらの知見は、バイオフィルムの役割、免疫応答、全身疾患との相互作用など、歯周病の枠組みの証拠を提供する44,45。

歯周炎の動物モデルには、さまざまな複雑さと類似点があります。例えば、ヒト以外の霊長類、イヌ、またはミニブタは、ヒトの歯周病に最も類似している19が、それらを取り扱い維持するための費用と必要条件がこれらのモデルを非現実的にしている。さらに、歯周炎のマウスモデルは安価で扱いやすいです。さらに、マウスは、目的の特定の分子または細胞を生成するために遺伝子改変することができ46、その方法論は十分に確立さ...

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開示事項

著者らは、この論文の出版に関して利益相反がないことを宣言します。

謝辞

この研究は、メキシコ科学技術評議会(COMECYT)の助成金番号[FICDTEM-2021-072]および研究プロジェクトと技術革新のための支援プログラム(PAPIIT)-UNAM、助成金番号[IN-217021]によって部分的に資金提供されました。このビデオの制作に役立った施設については、Endoperiodontología、FES Iztacala、UNAMの専門プログラム、およびこのビデオの制作に協力してくれたRosalba Yañez Ortiz(DDS)に感謝します。一部のフィギュアはBiorenderプログラム(契約番号ME282NWCI1)で作成されました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
0.9%NaCl溶液 PiSAリンス上顎 
6-0ナイロン縫合糸Atramat、Internacional FarmacéuticaPE1946-Nリガチャ配置
Amscope 3.7 デジタル カメラ用Amscope x64、4.11.21973.20230107収集
EDTAソリューション シグマ–アルドリッチE5134灰 
細かいはさみジェネリック6-0ナイロン縫合糸を切るには
細かい組織鉗子ジェネリック6-0ナイロン縫合糸
ガーゼパッドジェネリック体温を維持するには 
GraphPadプリズム GraphPadプリズム バージョン8.3.0データ分析 
ヒプロメロースジェネリック 眼潤滑剤注射
水サ酔液の希釈
タミン麻酔、ピサ酔
心分離管 Cellpro801501脱灰中に組織を封じ込める 
マイクロポア3M 1533の顕
微鏡デジタルカメラAmscope をMU1603学 
マイクロチューブAxygenMCT-150-C麻酔薬希釈を保存
光学顕微鏡 UNICOSerie G380組織学 
口腔用弾性剤TP Orthodintics, Inc 青鼻を開いたままにしておくには 
パラホルムアルデヒド溶液シグマ–アルドリッチ158127組織固定 
パラプラスト ライカ39601006組織学 
手術用顕微鏡 Carl Zeiss GmbH ベルリン6-0 ナイロン縫合糸
超微細インスリン注射器 6mm U-100、0.3 mLBD326385酔液を注入する 
ユニバーサル輪ゴム 汎用鼻を開いたままにしておくには 
作業台ジェネリック マウスをサポートする木製ベース 
キシラジンポルチン、ピサ麻酔前
プログラム データ脱ピ麻ケ麻マイクロ遠マウス固定するには;組織麻

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