Experimental basis for the efficacy of mitochondria-targeted agents for periodontal diseases: a laboratory study

David Yu. Akopov; Акопов Давид Юрьевич; Yuri D. Udalov; Удалов Юрий Дмитриевич; Valentina N. Olesova; Олесова Валентина Николаевна; Elena V. Glazkova; Глазкова Елена Валерьевна; Inna S. Makhneva; Махнёва Инна Сергеевна; Serazhutdin A. Abdullaev; Абдуллаев Серажутдин Абдуллаевич

doi:10.17816/dent698221

Experimental basis for the efficacy of mitochondria-targeted agents for periodontal diseases: a laboratory study

Authors: Akopov D.Y.¹, Udalov Y.D.¹, Olesova V.N.¹, Glazkova E.V.¹, Makhneva I.S.¹, Abdullaev S.A.¹
Affiliations:
1. State Scientific Center of the Russian Federation — Federal Medical Biophysical Center named after A.I. Burnazyan
Issue: Vol 30, No 1 (2026)
Pages: 5-11
Section: Original Study Articles
Submitted: 11.12.2025
Accepted: 28.12.2025
Published: 17.02.2026
URL: https://rjdentistry.com/1728-2802/article/view/698221
DOI: https://doi.org/10.17816/dent698221
EDN: https://elibrary.ru/TVNEZO
ID: 698221

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

BACKGROUND: Recent evidence indicates a role of mitochondrial dysfunction in the etiopathogenesis of periodontitis. As active participants in cellular metabolic and energy processes, mitochondria constitute key components of oxidative stress pathways.

AIM: The study aimed to evaluate the potential use of mitochondria-targeted agents as part of comprehensive therapy for inflammatory periodontal diseases.

METHODS: An experimental study of the effect of the mitochondria-targeted agent 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside on periodontitis was conducted. Male Wistar rats (Rattus Wistar) aged 4 months with a body weight of 221.0 ± 7.5 g were used in the study. Five experimental groups were formed: a control group (healthy animals); animals with experimentally induced periodontitis; main group I, in which periodontitis was treated with topical application of a gel containing metronidazole and chlorhexidine for 7 days; main group II, in which periodontitis was treated with topical application of the metronidazole-chlorhexidine gel combined with simultaneous oral administration of 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside also for 7 days; main group III, in which periodontitis was treated with topical application of the metronidazole- chlorhexidine gel followed by topical administration of 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside, also for 7 days. Mitochondrial alterations in periodontal tissues were investigated using molecular genetic analysis of characteristics of nuclear and mitochondrial DNA (mtDNA), as well as biochemical assessment of oxidative stress markers, including malondialdehyde (MDA) and reduced glutathione.

RESULTS: Mitochondrial alterations characteristic of experimental periodontitis were largely reversed following treatment with a metronidazole–chlorhexidine gel, with up to 80% normalization based on mtDNA amplification metrics and mutation frequency (up to 7%). The addition of a mitochondria-targeted agent resulted in a more pronounced improvement, reaching 97% normalization in mtDNA quantity and reducing mutation frequency to 2%. Oxidative stress associated with periodontitis decreased after treatment with the metronidazole–chlorhexidine gel, as reflected by an 18% reduction in MDA concentration and a 32% increase in glutathione concentration. With combined therapy including the mitochondria-targeted agent administered after gel treatment (main group III), а 57% reduction in MDA concentration and a 49% increase in glutathione concentration were recorded.

CONCLUSION: This study demonstrates improvement in mitochondrial parameters in periodontal tissues following completion of therapy for experimental periodontitis using a metronidazole-chlorhexidine gel and its combination with a mitochondria-targeted agent. Incorporation of 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside into the treatment regimen produced a more pronounced therapeutic effect, as evidenced by the parameters of mtDNA amplification quantity and mutant copies frequency and by markers of oxidative stress.

Keywords

experimental periodontitis, mitochondria, oxidative stress, treatment, metronidazole and chlorhexidine, 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Распространённость заболеваний пародонта в виде гингивита и пародонтита превышает 80% в ряде возрастных и профессиональных групп, а воспалительных осложнений в виде мукозита и периимплантита — 40% через 10 лет после завершения протезирования на имплантатах [1]. Актуальность устранения воспаления в периодонте и периимплантатных тканях не снижается. Согласно литературным данным, в области совершенствования лечения пародонтита и периимплантита терапевтический эффект всегда временный, требуется проведение повторных курсов профессиональной гигиены и местного медикаментозного лечения [2, 3]. Среди противомикробных средств, направленных на подавление пародонтопатогенной флоры, наиболее часто используется гель, состоящий из метронидазола и хлоргексидина, однако он обладает рядом недостатков. В их числе — возможные аллергические реакции (зуд, сыпь), риск усиления кровоточивости и отёчности дёсен, головная боль, а также наличие в составе парабенов и пропиленгликоля. Препарат не лечит первопричину пародонтита, а его длительное применение может привести к дисбактериозу полости рта [4–7].

В зарубежной литературе встречаются публикации о роли митохондриальной дисфункции в этиопатогенезе пародонтита [8–10]. Митохондрии как активные участники метаболических и энергетических процессов в клетке являются звеньями окислительного стресса.

ЦЕЛЬ

Изучить возможность применения митохондриально-направленных средств в комплексе лечения воспалительных заболеваний пародонта.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведено экспериментальное исследование на лабораторных крысах.

Условия проведения исследования

Эксперименты выполнены в лаборатории молекулярной биологии и генетики радиационных эффектов Государственного научного центра Российской Федерации — Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна. Длительность эксперимента составила 28 дней.

Описание вмешательства

В экспериментальном исследовании на лабораторных крысах изучали действие митохондриально-направленного препарата 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы, применяемого для коррекции окислительно-восстановительного гомеостаза клеточных систем [10–13]. Эксперименты проводили на 25 лабораторных животных (самцы крыс линии Wistar массой тела 221,0 ± 7,5 г в возрасте 4 мес). В целях определения эффективности и оптимальных условий введения препарата 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы сформированы 5 групп по 5 крыс в каждой:

контрольная — здоровые животные;
с экспериментальным пародонтитом без лечения;
основная группа I — лечение пародонтита с применением местно геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, в течение 7 дней;
основная группа II — лечение пародонтита с применением местно геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, и одновременным введением 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы перорально, также в течение 7 дней;
основная группа III — лечение пародонтита с применением местно геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, с дальнейшим введением местно 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы, также в течение 7 дней.

Экспериментальный пародонтит моделировали путём наложения лигатуры на краевой пародонт. Митохондриальные нарушения в тканях пародонта исследовали с помощью молекулярно-генетического анализа характеристик ядерной ДНК и митохондриальной ДНК (мтДНК); биохимического анализа показателей окислительного стресса — малонового диальдегида (МДА), восстановленного глутатиона [14, 15].

Целевые показатели

Изучали структурно-функциональные нарушения в митохондриях и показатели окислительного стресса. Поскольку повреждения мтДНК служат причиной нарушения цепи переноса электронов и усиления генерации активных форм кислорода, которые индуцируют дополнительные повреждения и последующие мутации мтДНК, можно предполагать, что эти события могут приводить к возникновению так называемых порочных кругов, способствующих длительному сохранению повышенного окислительного стресса в тканях пародонта при воспалительных заболеваниях полости рта. Эти изменения также могут привести к митохондриальной дисфункции с выраженным окислительным стрессом и быть сопряжёнными с развитием хронического воспаления тканей пародонта. Поэтому целевыми показателями исследования служили уровень повреждений мтДНК, доля мутантных копий мтДНК, а также концентрации МДА и восстановленного глутатиона.

Статистические методы

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью программы Statistica 10 (StatSoft, США). Количественные различия данных в разных группах животных оценивали с использованием t-теста Стьюдента и при р < 0,05 разницу считали статистически значимой.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные результаты исследования

Уровень амплификации мтДНК (в отличие от ядерной ДНК) у животных с воспалённым пародонтом оказался ниже на 35% в сравнении со здоровыми животными; доля мутантных копий мтДНК составляла 23% от общего количества копий мтДНК (в здоровом пародонте мутации мтДНК единичны). Общее количество копий мтДНК относительно ядерной ДНК увеличилось в два раза.

Курс лечения экспериментального пародонтита в разной степени влиял на состояние митохондрий и показатели окислительного стресса в зависимости от применяемых препаратов.

Количество амплифицированных продуктов полимеразной цепной реакции на протяжённых фрагментах мтДНК увеличилось после завершения лечения, что отражает снижение степени повреждения мтДНК. Во основных группах II и III эффект был более выражен: уровень синтезированных продуктов полимеразной цепной реакции на протяжённых фрагментах мтДНК восстановился до 80 и 97% соответственно. Количество копий мтДНК снижалось на 38% при лечении гелем, состоящим из метронидазола и хлоргексидина (основная группа I), а в группах с использованием препарата 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы этот показатель приближался к норме. Снижалась и доля мутантных копий мтДНК: до 9% при монотерапии гелем, состоящим из метронидазола и хлоргексидина, и до 7 и 2% во основных группах II и III соответственно (рис. 1).

Рис. 1. Анализ повреждений и репараций митохондриальной ДНК относительно контрольной группы здоровых животных: а — уровень амплификации, %; b — количество копий; c — количество мутантных копий. ЭП — экспериментальный пародонтит, мтДНК — митохондриальная ДНК, ПЦР — полимеразная цепная реакция.

Fig. 1. Analysis of mitochondrial DNA damage and repair relative to the healthy control group: a, amplification level, %; b, copy number; c, number of mutant copies. ЭП, experimentally induced periodontitis; мтДНК, mitochondrial DNA; ПЦР, polymerase chain reaction.

Лечение улучшало и показатели окислительного стресса. Использование геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, после завершения лечения снижало на 18% концентрацию МДА и увеличивало на 32% концентрацию восстановленного глутатиона. При использовании препарата 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы концентрация МДА снижалась в основной группе II на 35%, а основной группе III — на 57%; концентрация восстановленного глутатиона увеличивалась соответственно на 35 и 49% (рис. 2).

Рис. 2. Анализ показателей окислительного стресса относительно контрольной группы здоровых животных: a — концентрация малонового диальдегида; b — концентрация глутатиона. ЭП — экспериментальный пародонтит, МДА — малоновый диальдегид, ГЛТ — восстановленный глутатион.

Fig. 2. Analysis of oxidative stress parameters relative to the healthy control group: a, malondialdehyde concentration; b, glutathione concentration. ЭП, experimentally induced periodontitis; МДА, malondialdehyde; ГЛТ, reduced glutathione.

Нежелательные явления

Нежелательных явлений не зарегистрировано.

ОБСУЖДЕНИЕ

Резюме результатов исследования

В проведённом исследовании показана степень улучшения параметров митохондрий в пародонте после завершения курса лечения экспериментального пародонтита с использованием геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, а также его комбинации с митохондриально-направленным препаратом. Установлена более выраженная эффективность лечения пародонтита по показателям уровня повреждений мтДНК, общего количества копий мтДНК и её мутантных форм, а также окислительного стресса при включении в схему 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы.

Интерпретация результатов исследования

Характерные для экспериментального пародонтита митохондриальные нарушения в тканях пародонта нивелировались после курса лечения гелем, состоящим из метронидазола и хлоргексидина, до 80% по уровню амплификаций мтДНК и числу мутаций (до 7%). Добавление митохондриально-направленного препарата в большей степени улучшало указанные показатели: до 97% по количеству амплифицируемых продуктов мтДНК и до 2% по содержанию мутантных копий мтДНК.

Окислительный стресс, проявляющийся при пародонтите, уменьшается после курса лечения гелем, состоящим из метронидазола и хлоргексидина, по показателям «концентрация малонового диальдегида» (снижение на 18%) и «концентрация глутатиона» (увеличение на 32%), а при комбинированном лечении с включением препарата 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы (основная группа III) отмечено снижение концентрации МДА на 57% и повышение концентрации глутатиона на 49%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предшествующими работами установлено изменение митохондриальной составляющей клеточного гомеостаза ткани пародонта при его воспалении. В проведённом исследовании показана степень улучшения параметров митохондрий в пародонте после завершения курса лечения экспериментального пародонтита с использованием геля, состоящего из метронидазола и хлоргексидина, а также его комбинации с митохондриально-направленным препаратом.

Установлена более выраженная эффективность лечения при включении 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибозы в схему лечения пародонтита по показателям количества копий мтДНК и её мутантных форм, а также уровня окислительного стресса.

Таким образом, применение традиционных препаратов в сочетании с митохондриально-направленными соединениями, снижающими окислительный стресс, может служить новым терапевтическим подходом при лечении различных заболеваний тканей пародонта.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Д.Ю. Акопов — формирование групп, написание и редактирование текста; Ю.Д. Удалов — анализ данных, написание и редактирование текста; В.Н. Олесова — редактирование структуры статьи; И.С. Махнёва, Е.В. Глазкова — участие в эксперименте, написание и редактирование текста; С.А. Абдуллаев — разработка методологии, анализ данных, редактирование текста. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты работы, гарантируя надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Этическая экспертиза. Проведение лабораторного исследования одобрено локальным этическим комитетом Государственного научного центра Российской Федерации — Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна (протокол № 111 от 19.10.2023).

Источники финансирования. Отсутствуют.

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов (личных, профессиональных или финансовых), связанных с третьими лицами (коммерческими, некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Все данные, полученные в настоящем исследовании, доступны в статье.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: D.Yu. Akopov: group allocation, writing — review & editing; Yu.D. Udalov: formal analysis, writing — review & editing; V.N. Olesova: writing — review & editing; I.S. Makhneva, E.V. Glazkova: investigation, writing — review & editing; S.A. Abdullaev: methodology, formal analysis, review & editing. All the authors approved the version of the manuscript to be published and agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Ethics approval: The laboratory study was approved by the Local Ethics Committee of the State Scientific Center of the Russian Federation — Federal Medical Biophysical Center named after A.I. Burnazyan (Minutes No. 111 dated October 19, 2023).

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors declare no relationships, activities, or interests (personal, professional, or financial) related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously published material (text, images, or data) was used in this work.

Data availability statement: All data obtained in this study are available in this article.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer-review: This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer-review process involved two external reviewers, a member of the Editorial Board, and the in-house science editor.