랫트에서 모노요오도아세테이트의 관절내 주사에 의해 유도된 골관절염 통증 모델
Summary
이 연구는 쥐에서 모노 요오드 아세테이트의 관절 내 주사 방법을 설명하고 그로 인한 통증 관련 행동 및 조직 병리학 적 변화에 대해 논의하여 향후 적용을위한 참고 자료를 제공합니다.
Abstract
현재 골관절염(OA)의 동물 모델은 자발적 모델과 유도 모델로 나눌 수 있으며, 둘 다 인간 OA의 병태생리학적 변화를 시뮬레이션하는 것을 목표로 합니다. 그러나 OA 말기의 주요 증상으로 통증은 환자의 일상 생활에 영향을 미치며 사용 가능한 모델이 많지 않습니다. 모노 요오드 아세테이트 (MIA) 유도 모델은 주로 설치류에서 사용되는 가장 널리 사용되는 OA 통증 모델입니다. MIA는 글리 세르 알데히드 -3- 인산 탈수소 효소의 억제제로 연골 세포 사멸, 연골 변성, 골 괴사 및 동물 행동의 측정 가능한 변화를 유발합니다. 게다가, 매트릭스 메탈로프로테이나제 (MMP) 및 전염증성 사이토카인 (IL1 β 및 TNF α)의 발현 변화는 MIA-유도 모델에서 검출될 수 있다. 이러한 변화는 인간의 OA 병리생리학적 조건과 일치하며, 이는 MIA가 측정 가능하고 성공적인 OA 통증 모델을 유도할 수 있음을 나타낸다. 이 연구는 쥐에서 MIA의 관절 내 주사 방법론을 설명하고 그로 인한 통증 관련 행동 및 조직 병리학 적 변화에 대해 논의하는 것을 목표로합니다.
Introduction
골관절염(OA)은 세계에서 가장 흔한 관절 질환으로 성인 인구의 약 10-12%에 영향을 미칩니다1. 가장 일반적으로 관련된 관절은 무릎이며 OA는 노인,특히 여성에서 더 높은 발병률을 보입니다2. 만성 질환인 OA는 연골 손실, 활액 염증, 골형성증, 기능 저하 및만성 통증과 같은 증상과 함께 수십 년에 걸쳐 점진적으로 관절 부전으로 발전합니다3. 세계 보건기구 (WHO)에 따르면 OA는 여성에서 네 번째로 널리 퍼진 질병이며 남성에서 8 번째로 널리 퍼진 질병입니다. 2020년까지 골관절염은 인간에게 네 번째로 장애를 일으키는 질병이 될 수 있습니다4. 그러나 현재 이용 가능한 OA 치료법은 증상만을 해결하고 관절 치환술까지 기간을 연장합니다5.
인간 환자의 자발적인 OA는 종종 관절 관련 통증과 같은 임상 증상을 나타내는 데 오랜 시간이 걸립니다6. OA의 초기 단계에서 통증은 일반적으로 간헐적이며 질병이 진행됨에 따라 더 빈번하고 심해져 환자의 주된 불만이됩니다7. 따라서 통증 완화 요법을 촉진하기 위해 지난 반세기 동안 OA 통증에 대한 광범위한 동물 모델이 개발되었습니다. OA 모델은 고전적으로 자발적 모델과 유도 모델로 나뉩니다. 자발적 모델에는 자연 발생 모델과 유전자 변형 모델이 포함되며,이는 인간에서 일차 OA의 과정을 보다 밀접하게 시뮬레이션할 수 있습니다8. 유도된 모델은 일반적으로 두 가지 범주로 나눌 수 있다: 1) 수술 또는 다른 외상에 의해 유도된 외상후 OA; 또는 2) 연골 독성 또는 전 염증성 물질의 관절 내 주사3. 이러한 모델은 OA의 병태생리학적 연구를 위한 토대를 마련하고 통증을 줄이고 기능을 증가시키는 약물 개발에 크게 기여합니다.
최근 OA 모델링에 가장 널리 사용되는 유도제는 모노 요오드 아세테이트 (MIA)입니다. 글리 세르 알데히드 -3- 인산 탈수소 효소의 억제제 인 MIA는 연골 기질의 변화, 분해, 연골 손실, 활막염 및 인간 골관절염의 병리학 적 변화와 유사한 기타 변화를 일으킬 수 있습니다9. MIA의 관절내 주사는 MIA 투여 후 28일에 지속적인 통증을 유발했으며, 이는 MIA 모델이 만성 침해수용성 통증10,11,12를 조사하는데 유용할 수 있음을 나타낸다. 이 연구에서 수컷 Sprague-Dawley 쥐는 무릎 관절에 0.5, 1.5 또는 3mg의 MIA가 포함 된 관절 내 주사를 받았습니다. MIA-유도된 관절 통증의 중증도는 주사 후 1, 7, 14, 21, 28 및 35일에 기계적 및 열적 민감도의 평가에 의해 측정되었다. 이를 바탕으로 주사 후 28 일에 보행 패턴과 조직 학적 변화를 평가하기 위해 1.5mg의 MIA를 최종 농도로 선택했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
MIA에 의해 유도 된 OA의 쥐 모델은 잘 확립되고 널리 사용되는 모델입니다. MIA의 관절 내 주사는 초기에 중증 및 급성 염증을 유발하여 OA17,18의 더 길고 퇴행성 단계를 유발합니다. 이 연구에서 우리는 MWT와 TWL로 통각 감도를 측정하고 이미징 시스템으로 보행 변화를 평가했습니다. 이전 보고서에 따르면 MIA를 주사하면 통각으로 이어지는 구 심성 무릎 ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국 절강성 자연 과학 재단 (보조금 번호 : LY17H270016), 중국 국립 자연 과학 재단 (보조금 번호 : 81774331, 81873049 및 81673997) 및 중국 전통 의학의 절강 성 과학 기술 프로젝트 (보조금 번호 : 2013ZQ007 및 2016ZZ011).
Materials
| Anti-Collagen II antibody | Abcam(UK) | 34712 | Primary antibody for immunohistochemistry (IHC) |
| Anti-Collagen X (Col10) antibody | Abcam(UK) | 49945 | Primary antibody for IHC |
| DigiGait Imaging System | Mouse Specifics (Boston, MA, USA) | Equipment for gait patterns analyses | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | The dye for HE staining |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | The dye for SO staining |
| Goat anti-mouse antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9002 | Secondary antibody for IHC |
| Goat anti-rabbit antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9001 | Secondary antibody for IHC |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3163 | The dye for HE staining |
| MIA | Sigma-Aldrich | I4386-10G | powder |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) | 69926 | Primary antibody for IHC |
| Modular tissue embedding center | Thermo Fisher Scientific (USA) | EC 350 | Produce paraffin blocks. |
| Plantar Test apparatus | UgoBasile (Italy) | 37370 | Equipment for TWL assay |
| PrimeScript RT reagent Kit (Perfect Real Time) | TaKaRa Biotechnology Co. Ltd. (Dalian, China) | RR037A | Extracte total RNA from cultured cells |
| Rotary and Sliding Microtomes | Thermo Fisher Scientific (USA) | HM325 | Precise paraffin sections. |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | The dye for SO staining |
| Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (Japan) | Vacuum Infiltration Processor |
Referencias
- Hunter, D. J., Schofield, D., Callander, E. The individual and socioeconomic impact of osteoarthritis. Nature Reviews Rheumatology. 10 (7), 437-441 (2014).
- Neogi, T. The epidemiology and impact of pain in osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 21 (9), 1145-1153 (2013).
- Teeple, E., Jay, G. D., Elsaid, K. A., Fleming, B. C. Animal models of osteoarthritis: challenges of model selection and analysis. AAPS Journal. 15 (2), 438-446 (2013).
- Woolf, A. D., Pfleger, B. Burden of major musculoskeletal conditions. Bulletin of the World Health Organization. 81 (9), 646-656 (2003).
- Bijlsma, J. W., Berenbaum, F., Lafeber, F. P. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet. 377 (9783), 2115-2126 (2011).
- McCoy, A. M. Animal Models of Osteoarthritis: Comparisons and Key Considerations. Veterinary Pathology. 52 (5), 803-818 (2015).
- O’Neill, T. W., Felson, D. T. Mechanisms of Osteoarthritis (OA) Pain. Current Osteoporosis Reports. 16 (5), 611-616 (2018).
- Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, 19 (2016).
- Takahashi, I., Matsuzaki, T., Hoso, M. Long-term histopathological developments in knee-joint components in a rat model of osteoarthritis induced by monosodium iodoacetate. Journal of Physical Therapy Science. 29 (4), 590-597 (2017).
- Liu, P., et al. Ongoing pain in the MIA model of osteoarthritis. Neuroscience Letters. 493 (3), 72-75 (2011).
- Combe, R., Bramwell, S., Field, M. J. The monosodium iodoacetate model of osteoarthritis: a model of chronic nociceptive pain in rats. Neuroscience Letters. 370 (2-3), 236-240 (2004).
- Pomonis, J. D., et al. Development and pharmacological characterization of a rat model of osteoarthritis pain. Pain. 114 (3), 339-346 (2005).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Mankin, H. J., Dorfman, H., Lippiello, L., Zarins, A. Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. II. Correlation of morphology with biochemical and metabolic data. Journal of Bone and Joint Surgery. 53 (3), 523-537 (1971).
- Yan, L., et al. Chondroprotective effects of platelet lysate towards monoiodoacetate-induced arthritis by suppression of TNF-α-induced activation of NF-ĸB pathway in chondrocytes. Aging. 11 (9), 2797-2811 (2019).
- Yan, B., et al. Intra-Articular Injection of Extract Attenuates Pain Behavior and Cartilage Degeneration in Mono-Iodoacetate Induced Osteoarthritic Rats. Frontiers in Pharmacology. 9, 1360 (2018).
- Wang, C., et al. Agkistrodon ameliorates pain response and prevents cartilage degradation in monosodium iodoacetate-induced osteoarthritic rats by inhibiting chondrocyte hypertrophy and apoptosis. Journal of Ethnopharmacology. 231, 545-554 (2019).
- Yamada, E. F., et al. Evaluation of monosodium iodoacetate dosage to induce knee osteoarthritis: Relation with oxidative stress and pain. International Journal of Rheumatic Diseases. 22 (3), 399-410 (2019).
- Schuelert, N., McDougall, J. J. Electrophysiological evidence that the vasoactive intestinal peptide receptor antagonist VIP6-28 reduces nociception in an animal model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 14 (11), 1155-1162 (2006).
- Lee, S. E. Choline, an alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist, alleviates hyperalgesia in a rat osteoarthritis model. Neuroscience Letters. 548, 291-295 (2013).
- Piesla, M. J., et al. Abnormal gait, due to inflammation but not nerve injury, reflects enhanced nociception in preclinical pain models. Brain Research. 1295, 89-98 (2009).
- Udo, M., et al. Monoiodoacetic acid induces arthritis and synovitis in rats in a dose- and time-dependent manner: proposed model-specific scoring systems. Osteoarthritis and Cartilage. 24 (7), 1284-1291 (2016).
- Guingamp, C., et al. Mono-iodoacetate-induced experimental osteoarthritis: a dose-response study of loss of mobility, morphology, and biochemistry. Arthritis & Rheumatism. 40 (9), 1670-1679 (1997).
- Jeong, J. H., et al. Eupatilin Exerts Antinociceptive and Chondroprotective Properties in a Rat Model of Osteoarthritis by Downregulating Oxidative Damage and Catabolic Activity in Chondrocytes. PLoS ONE. 10 (6), 0130882 (2015).
- Cook, J. L., et al. Animal models of cartilage repair. Bone & Joint Research. 3 (4), 89-94 (2014).
- Little, C. B., Zaki, S. What constitutes an “animal model of osteoarthritis”–the need for consensus. Osteoarthritis and Cartilage. 20 (4), 261-267 (2012).
