The periodontal pocket is characterized by varying oxygen partial pressures and an omnipresence of various bacterial species, e.g. periodontal pathogens. Patients with periodontitis suffer from an opportunistic infection leading to a progressive loss of periodontal tissue and potentially resulting in the loss of teeth. Application of stem cells could be a promising strategy for the periodontal regeneration (i.e., regeneration of bone, root cementum and connected tissue fibers). Human mesenchymal stem cells (hBMSCs) and human dental follicle stem cells (hDFSCs) are multipotent and are originally isolated from bone marrow or dental follicle, respectively. During the infection, polymorphonuclear neutrophils (PMN) are the first cells to be recruited. The aim of this study was to establish a co-cultivation system consisting of periodontal pathogens (i.e., Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium nucleatum and Aggregatibacter actinomycetemcomitans), stem cells and PMNs. The interaction of stem cells with oral pathogens and the influence of infected stem cells on neutrophils was analyzed.
HBMSCs and hDFSCs are viable under anoxic conditions. Stem cells seem to be more tolerant against bacteria or less attractive for the analyzed bacteria compared to differentiated cells. The in vitro interaction of the stem cells with the pathogenic bacteria did not result in massive pro-inflammatory or anti- inflammatory cytokine responses. An influence of stem cells in combination with oral pathogens on neutrophils depends on the oral species responsible for the infection. The established co-cultivation system allows further investigation of the interaction between stem cells, PMNs and oral pathogens. Moreover, it can be used to explain some of the effects which are commonly found in the complex in vivo studies.
Parodontitis ist eine bakteriell verursachte Entzündung, die zum Verlust von parodontalem Gewebe (Attachmentverlust) führen kann. In der parodontalen Tasche kann es zur Änderung des Sauerstoffpartialdrucks kommen z.B. durch Einfluss von oralen Mikroorganismen. Mesenchymale bzw. dentale Stammzellen werden zu den multipotenten Zellen gezählt, die die Fähigkeit besitzen, im Rahmen der Wundheilung geschädigtes Gewebe wiederherzustellen. Um den Einfluss von Mikroorganismen und neutrophiler Granulozyten bei einer Gewebsregeneration auf die unterschiedlichen Zellen des Parodonts zu untersuchen, wurde ein anaerobes Kultursystem entwickelt, bei dem obligat und fakultativ anaeroben Mikroorganismen (P. gingivalis, F. nucleatum und A. actinomycetemcomitans) mit mesenchymalen und dentalen Stammzellen ko-kultiviert werden konnten. Die Rekrutierung von neutrophilen Granulozyten zum Entzündungsort gehört zu den frühen Mechanismen einer Entzündung. Daher sollte der Einfluss von Stammzellen nach Infektion mit oralen Pathogenen auf neutrophile Granulozyten untersucht werden.
Es wurde gezeigt werden, dass Stammzellen eine erhöhte Überlebensrate unter anaeroben Kulturbedingungen im Vergleich zu differenzierten Zellen aufweisen. Zudem zeigten die Stammzellen eine geringere Tendenz zur Wechselwirkung mit Mikroorganismen. Die Interaktion von Stammzellen und Bakterien resultierte weder in einer massiven proinflammatorischen noch antiinflammatorischen Reaktion. Der Einfluss von dentalen Stammzellen auf neutrophile Granulozyten war abhängig von der Bakterienspezies. Das anaerobe Ko-Kultivierungssystem dient dem Verständnis der komplexen in vivo Situation und kann verwendet werden, um einige der Effekte, die bereits im Tiermodell beschrieben sind, zu erklären.