Sıçanlarda Mono-İyodoasetatın Eklem İçi Enjeksiyonu ile İndüklenen Osteoartrit Ağrı Modeli
Summary
Bu çalışma, sıçanlarda mono-iyodoasetatın eklem içi enjeksiyon yöntemini açıklamakta ve gelecekteki uygulamalar için referans sağlayan ağrıya bağlı davranışları ve histopatolojik değişiklikleri tartışmaktadır.
Abstract
Osteoartritin (OA) mevcut hayvan modelleri, her ikisi de insan OA’sının patofizyolojik değişikliklerini simüle etmeyi amaçlayan spontan modellere ve indüklenmiş modellere ayrılabilir. Bununla birlikte, OA’nın geç evresinde ana semptom olarak, ağrı hastaların günlük yaşamını etkiler ve çok fazla model yoktur. Mono-iyodoasetat (MIA) kaynaklı model, esas olarak kemirgenlerde kullanılan en yaygın kullanılan OA ağrı modelidir. MIA, kondrosit ölümüne, kıkırdak dejenerasyonuna, osteofitlere ve hayvan davranışında ölçülebilir değişikliklere neden olan gliseraldehit-3-fosfat dehidrogenazın bir inhibitörüdür. Ayrıca, MIA ile indüklenen modelde matriks metalloproteinaz (MMP) ve pro-inflamatuar sitokinlerin (IL1 β ve TNF α) ekspresyon değişiklikleri tespit edilebilir. Bu değişiklikler insanlarda OA patofizyolojik koşulları ile tutarlıdır, bu da MIA’nın ölçülebilir ve başarılı bir OA ağrı modelini indükleyebileceğini göstermektedir. Bu çalışma, sıçanlarda eklem içi MIA enjeksiyonunun metodolojisini tanımlamayı ve ortaya çıkan ağrıya bağlı davranışları ve histopatolojik değişiklikleri tartışmayı amaçlamaktadır.
Introduction
Osteoartrit (OA) dünyada en sık görülen eklem hastalığıdır ve yetişkinlerde tahmini %10-12 oranında popülasyonu etkilemektedir1. En sık tutulan eklem dizdir ve OA yaşlı erişkinlerde, özellikle de kadınlarda daha yüksek bir insidansa sahiptir2. Kronik bir hastalık olarak OA, kıkırdak kaybı, sinovyal inflamasyon, osteofitozis, azalmış fonksiyon ve kronik ağrı gibi semptomlarla on yıllar içinde giderek eklem yetmezliğine dönüşür3. Dünya Sağlık Örgütü’ne (WHO) göre OA, kadınlarda dördüncü en sık görülen hastalık ve erkeklerde sekizinci en yaygın hastalıktır. 2020 yılına gelindiğinde, OA insanlarda dördüncü en çok engelleyici hastalık haline gelebilir4. Bununla birlikte, OA’nın şu anda mevcut tedavileri sadece semptomları ele almakta ve eklem replasman cerrahisine kadar süreyi uzatmaktadır5.
İnsan hastalarda spontan OA’nın eklem ağrısı gibi klinik semptomlar üretmesi genellikle uzun zaman alır6. OA’nın erken evrelerinde ağrı genellikle aralıklıdır ve hastalık ilerledikçe daha sık ve şiddetli hale gelir ve bu da onu hastaların baskın şikayeti haline getirir7. Bu nedenle, ağrı kesici tedaviyi teşvik etmek için son yarım yüzyılda OA ağrısı için kapsamlı hayvan modelleri geliştirilmiştir. OA modelleri klasik olarak spontan ve indüklenmiş modellere ayrılmıştır. Spontan modeller, insanlarda primer OA’nın seyrini daha yakından simüle edebilen doğal olarak oluşan modelleri ve genetiği değiştirilmiş modelleri içerir8. İndüklenen modeller genellikle iki kategoriye ayrılabilir: 1) cerrahi veya diğer travmalarla indüklenen travma sonrası OA; veya 2) kondrotoksik veya pro-inflamatuar maddelerin eklem içi enjeksiyonu3. Bu modeller OA’nın patofizyolojik çalışması için bir temel oluşturur ve ağrıyı azaltmak ve fonksiyonu arttırmak için ilaçların geliştirilmesine büyük katkıda bulunur.
Son zamanlarda, OA modellemesi için en yaygın kullanılan indükleyici mono-iyodoasetattır (MIA). Bir gliseraldehit-3-fosfat dehidrogenaz inhibitörü olan MIA, insan osteoartritinin patolojik değişikliklerine benzer şekilde kıkırdak matrisinde, bozulmada, kıkırdak kaybında, sinovitte ve diğer değişikliklerde değişikliklere nedenolabilir. MIA’nın eklem içi enjeksiyonunun, MIA uygulamasından 28 gün sonra devam eden ağrıya neden olduğu ve MIA modelinin kronik nosiseptif ağrıyı araştırmak için yararlı olabileceğini gösterdiği belirtilmiştir 10,11,12. Bu çalışmada, erkek Sprague-Dawley sıçanlarına diz eklemlerinde 0.5, 1.5 veya 3 mg MIA ile eklem içi enjeksiyonlar yapıldı. MIA’ya bağlı eklem ağrısının şiddeti, enjeksiyonlardan 1, 7, 14, 21, 28 ve 35 gün sonra mekanik ve termal duyarlılığın değerlendirilmesiyle ölçüldü. Bu temelde, enjeksiyonlardan 28 gün sonra yürüyüş paternlerini ve histolojik değişiklikleri değerlendirmek için son konsantrasyon olarak 1.5 mg MIA seçildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
MIA tarafından indüklenen OA’nın sıçan modeli, iyi kurulmuş, yaygın olarak kullanılan bir modeldir. MIA’nın eklem içi enjeksiyonu başlangıçta OA 17,18’in daha uzun ve dejeneratif fazına yol açan şiddetli ve akut inflamasyona neden olur. Bu araştırmada, MWT ve TWL ile nosiseptif duyarlılığı ölçtük ve yürüme değişikliklerini bir görüntüleme sistemi ile değerlendirdik. Önceki raporlar, MIA enjeksiyonunun, termal hiperaljezi ve azalt…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Zhejiang İl Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No: LY17H270016), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No: 81774331, 81873049 ve 81673997) ve Çin Geleneksel Çin Tıbbı Zhejiang İl Bilim ve Teknoloji Projesi (Hibe No: 2013ZQ007 ve 2016ZZ011) tarafından finanse edilmiştir.
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).
