Un método no invasivo para generar el modelo de lesión de cartílago intraarticular inducida por carga cíclica de la rodilla de rata
Summary
Aquí, presentamos el modelo de lesión de cartílago intraarticular inducida por carga cíclica de la rodilla de rata, generada por 60 compresiones cíclicas sobre 20 N, lo que resulta en daño al cartílago condilar femoral en ratas.
Abstract
La fisiopatología de la osteoartritis primaria (OA) aún no está clara. Sin embargo, una subclasificación específica de OA en grupos de edad relativamente más jóvenes probablemente se correlacione con antecedentes de daño del cartílago articular y avulsión del ligamento. Los modelos animales quirúrgicos de OA de la rodilla juegan un papel importante en la comprensión de la aparición y progresión de la OA postraumática y ayudan en el desarrollo de nuevas terapias para esta enfermedad. Sin embargo, recientemente se han considerado modelos no quirúrgicos para evitar la inflamación traumática que podría afectar la evaluación de la intervención.
En este estudio, se desarrolló un modelo de rata con lesión de cartílago intraarticular inducido por carga compresiva cíclica in vivo , lo que permitió a los investigadores (1) determinar la magnitud, velocidad y duración óptimas de la carga que podrían causar daño focal del cartílago; (2) evaluar los cambios patológicos espaciotemporales postraumáticos en la vitalidad de los condrocitos; y (3) evaluar la expresión histológica de moléculas destructivas o protectoras que están involucradas en los mecanismos de adaptación y reparación contra cargas compresivas articulares. Este informe describe el protocolo experimental para esta nueva lesión de cartílago en un modelo de rata.
Introduction
Tradicionalmente, la transección del ligamento cruzado anterior (LCA) o la desestabilización del menisco medial se ha considerado óptima para investigar la osteoartritis postraumática (PTOA) en animales pequeños. En los últimos años, se han utilizado modelos de compresión cíclica no invasivos para estudiar PTOA. Este modelo fue diseñado originalmente para investigar la respuesta esponjosa del hueso a la carga mecánica1 y luego se modificó como un modelo animal no quirúrgico para los estudios de PTOA 2,3,4,5,6. La razón es colisionar el cartílago articular mediante la aplicación de una fuerza externa periódica, que desencadena una serie de respuestas inflamatorias. Sin embargo, este modelo solo se ha aplicado a ratones, y no se ha discutido la magnitud apropiada de la carga en animales más grandes.
Otro problema con el modelo anterior es que el protocolo de alto volumen incluía demasiados ciclos, lo que causó un engrosamiento excesivo del hueso subcondral, un efecto secundario no deseado, en varias muestras7. Por lo tanto, se desarrolló un nuevo método de compresión cíclica con la magnitud apropiada para animales grandes y un efecto secundario de carga menor8. El objetivo general del presente artículo es describir el protocolo del modelo de compresión cíclica no invasiva en ratas y observar los resultados representativos de la degeneración del cartílago. El protocolo actual ayudaría a los lectores interesados en la aplicación del modelo de compresión cíclica no invasiva en ratas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Por primera vez, el protocolo actual muestra cómo establecer un modelo de lesión de cartílago inducida por carga en el cóndilo femoral lateral en ratas, similar al modelo de daño intraarticular en roedores más pequeños como el ratón2. Sin embargo, el protocolo de carga en ratones causó la formación severa de osteofitos y lesiones del ligamento cruzado, lo que no fue ideal para evaluar los efectos de la compresión cíclica. El protocolo actual creó una lesión focal del cartílago en ra…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado en parte por una subvención JSPS KAKENHI (números JP18H03129 y JP18K19739).
Esta investigación también recibió fondos de la Alianza para la Investigación y Capacitación en Rehabilitación Regenerativa (AR3T), que cuenta con el apoyo del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver (NICHD), el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS) y el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB) de los Institutos Nacionales de Salud bajo el número de premio P2CHD086843. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente los puntos de vista oficiales de los Institutos Nacionales de Salud.
Materials
| Anesthetic Apparatus for Small Animals | SHINANO MFG CO.,LTD. | SN-487-0T | |
| Autograph AG-X | Shimadzu Corp | N.A. | Precision Universal / Tensile Tester |
| Fluoview FV10i microscope | Olympus Corp | N.A. | A fully automated confocal laser-scanning microscope |
| ISOFLURANE Inhalation Solution | Pfizer Japan Inc. | (01)14987114133400 | |
| LIVE/DEA Viability/Cytotoxicity Kit | Thermo Fisher Scientific Japan Inc | L3224 | A quick and easy two-color assay to determine viability of cells |
| TRAPEZIUM X Software | Shimadzu Corp | N.A. | Data processing software for Autograph AG-X |
References
- De Souza, R. L., et al. Non-invasive axial loading of mouse tibiae increases cortical bone formation and modifies trabecular organization: a new model to study cortical and cancellous compartments in a single loaded element. Bone. 37 (6), 810-818 (2005).
- Poulet, B., Hamilton, R. W., Shefelbine, S., Pitsillides, A. A. Characterizing a novel and adjustable noninvasive murine joint loading model. Arthritis and Rheumatism. 63 (1), 137-147 (2011).
- Wu, P., et al. Early response of mouse joint tissue to noninvasive knee injury suggests treatment targets. Arthritis and Rheumatism. 66 (5), 1256-1265 (2014).
- Poulet, B., et al. Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions. Osteoarthritis Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).
- Ko, F. C., et al. Progressive cell-mediated changes in articular cartilage and bone in mice are initiated by a single session of controlled cyclic compressive loading. Journal of Orthopaedic Research. 34 (11), 1941-1949 (2016).
- Adebayo, O. O., et al. Role of subchondral bone properties and changes in development of load-induced osteoarthritis in mice. Osteoarthritis Cartilage. 25 (12), 2108-2118 (2017).
- Ko, F. C., et al. In vivo cyclic compression causes cartilage degeneration and subchondral bone changes in mouse tibiae. Arthritis and Rheumatism. 65 (6), 1569-1578 (2013).
- Ji, X., et al. Effects of in vivo cyclic compressive loading on the distribution of local Col2 and superficial lubricin in rat knee cartilage. Journal of Orthopaedic Research. 39 (3), 543-552 (2021).
- Kawai, S., Takagi, Y., Kaneko, S., Kurosawa, T. Effect of three types of mixed anesthetic agents alternate to ketamine in mice. Experimental Animals. 60 (5), 481-487 (2011).
- Iijima, H., et al. Destabilization of the medial meniscus leads to subchondral bone defects and site-specific cartilage degeneration in an experimental rat model. Osteoarthritis Cartilage. 22 (7), 1036-1043 (2014).
