Klarifikasi mekanisme seluler periodontitis dengan model hewan yang lebih baik

Para peneliti dari Universitas Kedokteran dan Kedokteran Gigi Tokyo (TMDU) telah mengembangkan teknik yang memungkinkan analisis terperinci tentang perkembangan periodontitis dari waktu ke waktu.

Penyakit periodontal, yang dikenal sebagai periodontitis, merupakan penyebab utama hilangnya gigi dan menyerang hampir satu dari lima orang dewasa di seluruh dunia. Dalam kebanyakan kasus, kondisi ini disebabkan oleh respons peradangan terhadap infeksi bakteri pada jaringan di sekitar gigi.

Saat kondisinya memburuk, gusi mulai menyusut, sehingga akar gigi dan tulang terekspos. Perlu dicatat, insiden periodontitis meningkat seiring bertambahnya usia, dan dengan populasi dunia yang hidup lebih lama, penting untuk memiliki pemahaman yang mendalam tentang penyebab dan perkembangannya.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, peneliti dari TMDU menemukan cara untuk mencapai tujuan ini dengan meningkatkan model hewan yang digunakan secara luas untuk mempelajari periodontitis.

Mempelajari periodontitis pada manusia secara langsung itu sulit. Akibatnya, para ilmuwan sering kali menggunakan model hewan untuk studi praklinis. Misalnya, "model tikus periodontitis yang diinduksi ligatur" telah memungkinkan para peneliti untuk mempelajari mekanisme seluler yang mendasari kondisi tersebut sejak diperkenalkan pada tahun 2012.

Secara sederhana, model ini secara artifisial menginduksi penyakit periodontal dengan menempelkan benang sutra pada gigi geraham tikus, yang menyebabkan plak menumpuk. Meskipun metode ini praktis dan efektif, metode ini tidak menangkap gambaran periodontitis secara menyeluruh.

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

"Meskipun jaringan periodontal terdiri dari gingiva, ligamen periodontal, tulang alveolar, dan sementum, analisis biasanya dilakukan hanya pada sampel gingiva karena keterbatasan teknis dan kuantitatif," catat penulis utama studi Anhao Liu. "Strategi pengambilan sampel ini membatasi kesimpulan yang dapat diambil dari studi ini, sehingga diperlukan metode yang memungkinkan analisis simultan dari semua komponen jaringan."

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

"Kami mengisolasi tiga jenis jaringan utama dan menilai hasil RNA antara kedua model tersebut. Hasilnya menunjukkan bahwa model yang diligasi tiga kali lipat secara efektif meningkatkan hasil, mencapai empat kali lipat jumlah jaringan periradikular normal dan mendukung analisis resolusi tinggi dari berbagai jenis jaringan," jelas penulis senior Dr. Mikihito Hayashi.

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

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

Untuk mendapatkan pemahaman lebih jauh tentang peran gen ini, tim tersebut menginduksi periodontitis pada tikus yang dimodifikasi secara genetik yang tidak memiliki gen Il1rl1 atau Il33. Tikus-tikus ini menunjukkan percepatan kerusakan tulang akibat peradangan, yang menyoroti peran protektif jalur IL-33/ST2. Analisis lebih lanjut terhadap sel-sel yang mengandung protein ST2 dalam bentuk reseptornya, mST2, mengungkapkan bahwa sebagian besar dari sel-sel tersebut berasal dari makrofag.

"Makrofag secara umum diklasifikasikan menjadi dua jenis utama, pro-inflamasi dan anti-inflamasi, tergantung pada aktivasinya. Kami menemukan bahwa sel-sel yang mengekspresikan mST2 bersifat unik karena secara bersamaan mengekspresikan beberapa penanda dari kedua jenis makrofag," komentar penulis senior Dr. Takanori Iwata. "Sel-sel ini ada di jaringan periradikular sebelum peradangan dimulai, jadi kami menamakannya 'makrofag yang berada di jaringan periodontal.'"

Bersama-sama, hasil penelitian ini menunjukkan kekuatan model hewan yang dimodifikasi untuk mempelajari periodontitis pada skala yang lebih rinci, hingga ke tingkat biomolekuler.

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