Mengklarifikasi mekanisme seluler periodontitis dengan model hewan yang lebih baik

Para peneliti dari Tokyo Medical and Dental University (TMDU) telah mengembangkan teknik yang memungkinkan mereka menganalisis secara rinci perkembangan periodontitis dari waktu ke waktu.

Penyakit periodontal, yang diwakili oleh periodontitis, adalah penyebab utama kehilangan gigi dan menyerang hampir satu dari lima orang dewasa di seluruh dunia. Pada kebanyakan kasus, kondisi ini terjadi akibat respons peradangan terhadap infeksi bakteri pada jaringan di sekitar gigi.

Saat kondisinya memburuk, gusi mulai menyusut sehingga memperlihatkan akar gigi dan tulang. Khususnya, kejadian periodontitis meningkat seiring bertambahnya usia, dan seiring dengan peningkatan harapan hidup populasi di seluruh dunia, penting untuk memiliki pemahaman yang kuat tentang penyebab dan perkembangan penyakit ini.

Dalam penelitian yang dipublikasikan di Nature Communications, peneliti TMDU menemukan cara untuk mencapai tujuan ini dengan menyempurnakan model hewan yang banyak digunakan untuk mempelajari periodontitis.

Studi langsung mengenai periodontitis pada manusia sulit dilakukan. Akibatnya, para ilmuwan sering kali beralih ke model hewan untuk penelitian praklinis. Misalnya, "model periodontitis yang diinduksi ligasi tikus", sejak diperkenalkan pada tahun 2012, memungkinkan para peneliti mempelajari mekanisme seluler yang mendasari kondisi ini.

Sederhananya, dalam model ini, penyakit periodontal diinduksi secara artifisial dengan menempatkan jahitan sutra pada gigi geraham tikus, yang menyebabkan penumpukan plak. Meskipun metode ini nyaman dan efektif, metode ini tidak mencakup gambaran lengkap tentang periodontitis.

Ilustrasi skema profil ekspresi gen inflamasi selama periodontitis dan peran sumbu IL-33/ST2 dalam mengendalikan inflamasi akut. Sumber: Universitas Kedokteran dan Gigi Tokyo.

"Meskipun jaringan periodontal terdiri dari gingiva, ligamen periodontal, tulang alveolar, dan sementum, analisis biasanya dilakukan secara eksklusif pada sampel gingiva karena keterbatasan teknis dan kuantitatif," kata penulis utama studi, Anhao Liu. “Strategi pengambilan sampel ini membatasi kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian tersebut, sehingga diperlukan metode yang dapat menganalisis seluruh komponen jaringan secara bersamaan.”

Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim peneliti mengembangkan model periodontitis yang diinduksi ligatur yang dimodifikasi. Alih-alih menggunakan pengikat tunggal klasik, mereka menggunakan pengikat rangkap tiga pada gigi geraham kiri atas tikus jantan. Strategi ini memperluas area kehilangan tulang tanpa kerusakan tulang yang signifikan di sekitar gigi molar kedua, sehingga meningkatkan jumlah jenis jaringan periodontal yang berbeda.

"Kami mengisolasi tiga jenis jaringan utama dan menilai hasil RNA antara kedua model. Hasilnya menunjukkan bahwa model ligasi rangkap tiga secara efektif meningkatkan hasil, mencapai empat kali jumlah jaringan periradikuler normal dan mendukung analisis resolusi tinggi pada berbagai jenis jaringan.," jelas Sr. Oleh Dr. Mikihito Hayashi.

Setelah memastikan keefektifan model modifikasi mereka, para peneliti mulai mempelajari efek periodontitis pada ekspresi gen di antara berbagai jenis jaringan dari waktu ke waktu, dengan fokus pada gen yang terkait dengan peradangan dan diferensiasi osteoklas.

Salah satu temuan utama mereka adalah ekspresi gen Il1rl1 secara signifikan lebih tinggi pada jaringan periradikular lima hari setelah ligasi. Gen ini mengkode protein ST2 dalam isoform reseptor dan umpan, yang berikatan dengan sitokin yang disebut IL-33, yang terlibat dalam proses inflamasi dan imunoregulasi.

Untuk mendapatkan wawasan lebih jauh mengenai peran gen ini, tim menginduksi periodontitis pada tikus hasil rekayasa genetika yang tidak memiliki gen Il1rl1 atau Il33. Tikus-tikus ini menunjukkan percepatan penghancuran tulang inflamasi, menyoroti peran protektif jalur IL-33/ST2. Analisis lebih lanjut terhadap sel yang mengandung protein ST2 dalam bentuk reseptornya, mST2, menunjukkan bahwa mayoritas berasal dari makrofag.

"Makrofag umumnya diklasifikasikan menjadi dua tipe utama, pro-inflamasi dan anti-inflamasi, tergantung pada aktivasinya. Kami menemukan bahwa sel pengekspres mST2 bersifat unik karena sel-sel tersebut secara bersamaan mengekspresikan beberapa penanda dari kedua jenis makrofag," komentar penulis senior Dr. Takanori Iwata. "Sel-sel ini ada di jaringan periradikuler sebelum timbulnya peradangan, jadi kami menyebutnya 'makrofag periodontal residen.'"

Hasil penelitian ini menunjukkan kekuatan model hewan yang dimodifikasi untuk mempelajari periodontitis pada skala yang lebih rinci, hingga tingkat biomolekuler.

"Kami mengusulkan kemungkinan jalur molekuler baru, IL-33/ST2, yang mengatur peradangan dan kerusakan tulang pada penyakit periodontal, bersama dengan makrofag spesifik di jaringan periradikular, yang sangat terlibat dalam penyakit periodontal. Hal ini diharapkan akan mengarah pada hingga pengembangan strategi pengobatan dan metode pencegahan baru," simpul penulis senior Dr. Tomoki Nakashima.