Модель боли при остеоартрите, вызванная внутрисуставной инъекцией моно-йодоацетата у крыс
Summary
Это исследование описывает метод внутрисуставной инъекции моно-йодоацетата у крыс и обсуждает результирующее болевое поведение и гистопатологические изменения, которые предоставляют ссылки для будущих применений.
Abstract
Современные животные модели остеоартрита (ОА) можно разделить на спонтанные модели и индуцированные модели, обе из которых направлены на моделирование патофизиологических изменений ОА человека. Однако, как основной симптом на поздней стадии ОА, боль влияет на повседневную жизнь пациентов, и существует не так много доступных моделей. Монойодоацетатная (MIA)-индуцированная модель является наиболее широко используемой моделью боли ОА, в основном используемой у грызунов. MIA является ингибитором глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, которая вызывает гибель хондроцитов, дегенерацию хряща, остеофит и измеримые изменения в поведении животных. Кроме того, изменения экспрессии матриксной металлопротеиназы (MMP) и провоспалительных цитокинов (IL1 β и TNF α) могут быть обнаружены в модели, индуцированной MIA. Эти изменения согласуются с патофизиологическими условиями ОА у людей, что указывает на то, что МИА может вызывать измеримую и успешную модель боли ОА. Это исследование направлено на описание методологии внутрисуставной инъекции МИА у крыс и обсуждение результирующего поведения, связанного с болью, и гистопатологических изменений.
Introduction
Остеоартрит (ОА) является наиболее распространенным заболеванием суставов в мире, затрагивающим, по оценкам, 10-12% населения у взрослых1. Наиболее часто вовлеченным суставом является колено, и ОА имеет более высокую заболеваемость у пожилых людей, особенно у женщин2. Как хроническое заболевание, ОА развивается постепенно в течение десятилетий в суставную недостаточность с такими симптомами, как потеря хряща, синовиальное воспаление, остеофитоз, снижение функции и хроническая боль3. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ОА является четвертым наиболее распространенным заболеванием у женщин и восьмым наиболее распространенным заболеванием у мужчин. К 2020 году ОА может стать четвертым наиболее инвалидизирующим заболеванием у людей4. Однако доступные в настоящее время методы лечения ОА направлены только на симптомы и продлевают время до операции по замене сустава5.
Спонтанная ОА у пациентов на людях часто занимает много времени для возникновения клинических симптомов, таких как боль в суставах6. На ранних стадиях ОА боль обычно прерывистая и становится более частой и тяжелой по мере прогрессирования заболевания, что делает ее преобладающей жалобой пациентов7. Поэтому за последние полвека были разработаны обширные животные модели боли при ОА для продвижения обезболивающей терапии. Модели ОА классически делятся на спонтанные и индуцированные модели. Спонтанные модели включают естественные модели и генетически модифицированные модели, которые могут более точно имитировать течение первичного ОА у людей8. Индуцированные модели обычно можно разделить на две категории: 1) посттравматическая ОА, вызванная хирургическим вмешательством или другой травмой; или 2) внутрисуставное введение хондротоксических или провоспалительных веществ3. Эти модели закладывают основу для патофизиологического изучения ОА и вносят большой вклад в разработку препаратов для уменьшения боли и повышения функции.
В последнее время наиболее широко используемым индуктором для моделирования ОА является моно-йодоацетат (MIA). МИА, ингибитор глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, может вызывать изменения хрящевого матрикса, деградацию, потерю хряща, синовит и другие изменения, которые сходны с патологическими изменениями остеоартроза человека9. Было отмечено, что внутрисуставная инъекция МИА вызывала постоянную боль через 28 дней после введения МВД, что указывает на то, что модель МИА может быть полезна для исследования хронической ноцицептивной боли 10,11,12. В этом исследовании самцы крыс Sprague-Dawley получали внутрисуставные инъекции с 0,5, 1,5 или 3 мг MIA в коленных суставах. Тяжесть боли в суставах, вызванной МИА, измеряли путем оценки механической и тепловой чувствительности через 1, 7, 14, 21, 28 и 35 дней после инъекций. На этой основе в качестве конечной концентрации было выбрано 1,5 мг МИА для оценки паттернов походки и гистологических изменений через 28 дней после инъекций.
Protocol
Representative Results
Discussion
Крысиная модель ОА, индуцированная МВД, является устоявшейся, широко используемой моделью. Внутрисуставное введение МИА первоначально вызывает тяжелое и острое воспаление, которое приводит к более длительной и дегенеративной фазе ОА17,18. В этом исследов…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование финансировалось Китайским фондом естественных наук провинции Чжэцзян (грант No: LY17H270016), Национальным фондом естественных наук Китая (грант No: 81774331, 81873049 и 81673997) и Научно-техническим проектом традиционной китайской медицины Китая провинции Чжэцзян (грант No: 2013ZQ007 и 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 |
References
- 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).
