Choroba przyzębia (PD) jest schorzeniem osteolitycznym związanym ze znaczną zachorowalnością gospodarza i obciążeniem ekonomicznym, które objawia się zapaleniem dziąseł i utratą zarówno przyczepu tkanek miękkich, jak i podparcia kostnego dla chorego uzębienia1,2,3,4. Proces ten jest regulowany przez interakcje między mikrobiotą jamy ustnej a wrodzonym układem odpornościowym gospodarza. Wiąże się to również z zaostrzeniem innych ogólnoustrojowych chorób zapalnych, w tym cukrzycy, chorób układu krążenia i raka5,6,7,8. Historycznie rzecz biorąc, postawiono hipotezę, że patogeneza choroby Parkinsona jest zależna od dużych ilości określonych bakterii, takich jak Porphyromonas gingivalis9. Jednak najnowsze dowody sugerują, że w mikrobiologicznym składniku PD pośredniczy biofilm zębowy. Biofilm jest zorganizowaną, złożoną społecznością licznych mikroorganizmów, które mogą istnieć w zdrowych, symbiotycznych i destrukcyjnych stanach dysbiotycznych10,11. Biofilm jamy ustnej zwykle zapewnia odporność gospodarza, zapobiegając tworzeniu się ognisk bakterii chorobotwórczych i promuje idealną strukturę i funkcję tkanki dziąseł poprzez regulację odpowiedzi immunologicznej gospodarza12,13. Zaburzenia równowagi między organizmami komensalnymi w obrębie jamy ustnej a układem odpornościowym gospodarza mogą prowadzić do zmian w homeostazie tkanek, co skutkuje dysbakteriozą i rozwojem charakterystycznych objawów klinicznych i radiologicznych PD5,10,12,13,14.
Interesujące, wytworzenie dysbakteriozy w jamie ustnej, choć wymagane do zainicjowania PD, nie jest wystarczające do wywołania PD u wszystkich osób, wymykając się zdolności odpowiedzi immunologicznej gospodarza do zakłócenia przejścia mikrobioty między stanami symbiotycznymi i dysbiotycznymi15. Kładzie to szczególny nacisk na środki, za pomocą których PD wpływa na jedną z głównych cech wrodzonego układu odpornościowego, a mianowicie granulocyt wielojądrzasten (PMN) lub neutrofile, z perspektywy lokalnej i ogólnoustrojowej16,17.
U ludzi PMN są rekrutowane z krążenia w tempie ~2 x 106 komórek/h w zdrowych tkankach łącznych przyzębia, gdzie są dominującą populacją leukocytów. Tutaj są one następnie wydalane z bruzdy dziąsłowej do jamy ustnej jako składnik płynu dziąsłowego. W obecności PD neutrofilia objawia się w krążeniu i jamie ustnej, gdzie te komórki efektorowe posiadają fenotyp hiperzapalny, który prowadzi do wspomnianego wcześniej zniszczenia przyzębia17,18,19,20,21,22. Dlatego zrozumienie roli PMN w chorobie Parkinsona i innych ogólnoustrojowych stanach zapalnych ma ogromne znaczenie.
Chociaż powszechnie przyjmuje się, że choroby przewlekłe są wzajemnie powiązane z chorobą Parkinsona, mechanizmy leżące u ich podstaw nie zostały jeszcze wyjaśnione, co przyczynia się do trudności w leczeniu tych chorobliwych i potencjalnie śmiertelnych chorób ogólnoustrojowych. Wiele eksperymentalnych modeli zwierzęcych, z których każdy ma unikalne zalety i wady, zostało wykorzystanych do badania patofizjologii PD23,24. Skupiając się w szczególności na modelach mysich, istnieje wiele protokołów, dzięki którym badanie PD jest ułatwione; Mają jednak kilka technicznych i fizjologicznych niedociągnięć25,26,27,28,29,30,31.
Po pierwsze, model myszy z zgłębnikiem jamy ustnej wymaga wielu doustnych szczepień ludzkimi patogenami przyzębia, aby wywołać zapalenie dziąseł i utratę kości. Dodatkowo, jest on zazwyczaj poprzedzony okresem antybiotykoterapii w celu obalenia mysiej komensalnej flory jamy ustnej25. Model ten często wymaga specjalistycznego szkolenia, aby bezpiecznie wykonać zgłębnik jamy ustnej, wykorzystuje tylko niewielką część patogenów przyzębia z bardziej złożonego ludzkiego mikrobiomu jamy ustnej i wymaga kilku miesięcy na ustalenie ubytku kości wyrostka zębodołowego.
Dla kontrastu, chemicznie indukowane modele mysie wykorzystują doustne dostarczanie kwasu trinitrobenzenosulfonowego (TNBS) lub siarczanu dekstranu sodu (DSS), środków powszechnie stosowanych do tworzenia mysich modeli zapalenia jelita grubego przez okres kilku miesięcy w celu wywołania utraty kości przyzębia26. Dostępne są modele oparte na ropniu wewnątrzustnym i zewnątrzustnym, które obejmują odpowiednio mysie siekacze i tkanki grzbietu, a także kalwarii. W poprzednim modelu ropnia podaje się kilka zastrzyków z bakterii, co powoduje powstawanie wielu ropni dziąseł i niedostatek zaniku kości wyrostka zębodołowego, co ogranicza ich zastosowanie w badaniach nad chorobą Parkinsona. Te ostatnie modele ropni są znacznie bardziej podatne na badanie zjadliwości bakteryjnej, stanu zapalnego i resorpcji kości w miejscach poza jamą ustną, co eliminuje ocenę mikrobiomu przyzębia i jamy ustnej27,28,29,30,31.
Korzystając z modelu zapalenia przyzębia wywołanego przez ligatury, zwykle zakłada się pleciony jedwabny szew wokół drugiego zęba trzonowego. Alternatywnie, pojedynczy liniowy segment materiału do szycia można umieścić między pierwszym a drugim zębem trzonowym32,33. Celem wszczepienia ligatury jest ułatwienie akumulacji bakterii i wytworzenie dysbiozy w obrębie bruzd dziąsłowych, skutkujących stanem zapalnym tkanek przyzębia i zniszczeniem tkanek tworzących przyzębie. Przede wszystkim model ten jest w stanie spowodować znacznie większy ubytek kości wyrostka zębodołowego w porównaniu z częściej stosowanym modelem gaźnika jamy ustnej34. Dodatkowym utrudnieniem stosowania modelu zgłębnika w jamie ustnej jest naturalna odporność kilku szczepów myszy (tj. C57BL/6) na rozwój utraty kości wyrostka zębodołowego. Jest to również problematyczne, ponieważ ten szczep jest najczęściej używany w badaniach na myszach na zwierzętach35.
Istniejące procedury opisane przez Marchesan et al. oraz Abe i Hajishengallis zostały opracowane w celu uproszczenia technicznego aktu umieszczania ligatury33,36. Niestety, poprzedni protokół wymaga specjalistycznego sprzętu drukowanego w 3D i stwarza ryzyko przedwczesnej utraty ligatur, co zwiększa wykorzystanie zwierząt i koszty związane z dodatkowym czasem spędzonym na sali operacyjnej. Co więcej, oba protokoły generują tylko małe obszary chorego przyzębia dostępne do badania.
Korzyści płynące z tej techniki wynikają z jednoczesnego badania dysbiozy jamy ustnej i immunologii, które rządzą przyzębiem, wykorzystania tanich zwierząt o różnym pochodzeniu genetycznym oraz prostych praktykach hodowlanych i hodowlanych. W związku z tym celem powinno być maksymalizowanie objętości chorej tkanki i, w próbach praktykowania zasad redukcji w badaniach na zwierzętach, ograniczenie spożycia zwierząt do jak najniższego poziomu. Wymaga to upewnienia się, że wszystkie zwierzęta mogą zostać włączone do analiz eksperymentalnych37. Należy jednak zauważyć, że bez względu na to, jaki zwierzęcy model choroby przyzębia zostanie wykorzystany, nie ma jednego modelu, który obejmowałby każdy element patofizjologii choroby Parkinsona u człowieka.
Ten nowy protokół wykorzystuje umieszczanie ligatury wokół wielu zębów trzonowych szczęki przy użyciu narzędzi i materiałów, które można znaleźć w większości laboratoriów. Daje to wystarczającą ilość czasu na łatwe i pewne zainstalowanie ligatury, która prawdopodobnie nie ulegnie przedwczesnemu złudzeniu. Wreszcie, ponieważ PMN koordynują niszczenie przyzębia w PD, przedstawiono również nową metodologię odzyskiwania doustnych neutrofili w sposób analogiczny do ludzkiego.