Tavşanlarda açık medial femoral kondil etki modeli, travma sonrası osteoartrit (PTOA) ve PTOA ilerlemesini azaltmak için yeni terapötik stratejiler üzerinde çalışmak için güvenilirdir. Bu protokol, bir çarpma kafasına sahip taşıyıcı tabanlı bir düşme kulesi kullanılarak tavşanlarda posterior medial femoral kondilin izole bir kıkırdak defektini oluşturur.
Travma sonrası osteoartrit (PTOA), Amerika Birleşik Devletleri’ndeki tüm osteoartrit vakalarının %12’sinden sorumludur. PTOA, eklem kıkırdağına etki eden yüksek etkili bir yük gibi tek bir travmatik olayla veya ön çapraz bağ yırtılmasında olduğu gibi eklem instabilitesi ile başlatılabilir. Şu anda PTOA’yı önlemek için etkili bir terapötik yoktur. Kıkırdak hasarının ilerlediği mekanizmaları daha iyi anlamak ve PTOA’nın ilerlemesini hafifletmek veya önlemek için yeni tedavi stratejilerini araştırmak için güvenilir bir PTOA hayvan modeli geliştirmek gereklidir. Bu protokol, kıkırdak hasarını indüklemek için açık, düşme kulesi tabanlı bir tavşan femoral kondil etki modelini açıklar. Bu model, 579,1 ± 71,1 N’lik pik yükler ve 2,4 ± 0,5 ms’lik bir pik-yük süresiyle 81,9 ± 10,1 MPa’lık pik gerilimler sağladı. Etkilenmiş medial femoral kondillerden (MFC’ler) eklem kıkırdağı daha yüksek apoptotik hücre oranlarına sahipti (p = 0.0058) ve etkilenmemiş kontralateral MFC’lere (0.56 ± 0.42) ve gömülü dizin diğer kıkırdak yüzeylerine (p < 0.0001) kıyasla 3.38 ± 1.43 gibi daha yüksek Osteoarthritis Research Society (OARSI) skorlarına sahipti. Etkilenmeyen eklem yüzeyleri arasında OARSI skorlarında fark saptanmadı (p > 0.05).
Travma sonrası osteoartrit (PTOA) dünya çapında önde gelen bir sakatlık nedenidir ve semptomatik osteoartritin (OA) %12-16’sını oluşturur1. Son dönem OA tedavisi için mevcut altın standart, son dönem tibiotalar veya subtalar artritte olduğu gibi total diz ve kalça artroplastisi2 veya artrodezdir. Büyük ölçüde başarılı olmasına rağmen, artroplastinin maliyetli ve morbid komplikasyonları olabilir3. Ek olarak, artroplasti, %77-83 gibi düşük revizyonsuz implant sağkalımı göz önüne alındığında, 50 yaşın altındaki hastalarda daha az arzu edilir4,5. Şu anda, PTOA’nın ilerlemesini önlemek veya hafifletmek için FDA onaylı bir tedavi yoktur.
PTOA, sinovyal doku, subkondral kemik ve eklem kıkırdağı dahil olmak üzere tüm eklemi etkiler. Eklem kıkırdağı dejenerasyonu, sinovyal inflamasyon, subkondral kemik yeniden şekillenmesi ve osteofit oluşumuile karakterizedir 6,7. PTOA’nın fenotipi, kıkırdak, sinovyum ve subkondral kemik arasındaki karmaşık bir etkileşim süreci ile gelişir. Mevcut anlayış, kıkırdak hasarının tip 2 kollajen (COL2) ve agrekan (ACAN) gibi hücre dışı matriks (ECM) bileşenlerinin serbest kalmasına yol açtığıdır. Bu ECM bileşen fragmanları proinflamatuardır ve IL-6, IL-1β ve reaktif oksijen türlerinin üretiminin artmasına neden olur. Bu aracılar kondrositler üzerinde etki ederek, eklem kıkırdağını bozan ve aynı zamanda matris sentezini azaltan MMP-13 gibi matris metaloproteinazların (MMP’ler) yukarı regülasyonuna neden olarak eklem kıkırdağı için genel bir katabolik ortama yol açar8. Ek olarak, primer osteoartritte artmış kondrosit apoptozu ve PTOA 9,10 kanıtı vardır. Mitokondriyal disfonksiyon, kıkırdak 11,12,13,14’ün suprafizyolojik yüklenmesinden sonra ortaya çıkar ve bu da kondrosit apoptozununartmasına neden olabilir 12,15. Gelişmiş kondrosit apoptozu, artmış proteoglikan tükenmesi ve kıkırdak katabolizması ile ilişkilendirilmiştir ve kıkırdak ve subkondral kemik yeniden şekillenmesindeki değişikliklerden önce geldiği gösterilmiştir16,17,18.
Çoğu insan hastalığında olduğu gibi, hastalığın patofizyolojisini daha iyi anlamak ve yeni terapötikleri test etmek için PTOA’nın güvenilir ve translasyonel modellerine ihtiyaç vardır. PTOA17,19’un eklem içi kırık ve çarpma modellerinde domuz ve köpek dişleri gibi büyük hayvanlar kullanılmıştır, ancak maliyetlidirler. Fareler, sıçanlar ve tavşanlar gibi daha küçük hayvan modelleri daha ucuzdur ve tipik olarak ön çapraz bağın (ACL) cerrahi transeksiyonunu ve/veya medial menisküsün bozulmasını içeren eklem destabilizasyonu yoluyla üretilen PTOA’yı incelemek için kullanılır 20,21,22,23,24,25. Eklem travması, bağ yaralanması26 dahil olmak üzere çeşitli sonuçlara yol açabilse de, hemen hemen tüm vakalarda kıkırdağın mekanik olarak aşırı yüklenmesi meydana gelir.
Ligamentöz instabilite (ÖÇB transeksiyonunda olduğu gibi) ve akut kondral yaralanma sonrası PTOA gelişiminin arkasındaki patolojinin farklı mekanizmalara bağlı olduğuna dair kanıtlar ortaya çıkmaktadır27. Bu nedenle, kıkırdağa doğrudan yaralanma modelleri geliştirmek önemlidir. Şu anda sıçanlarda ve farelerde osteokondral veya kondral yaralanma oluşturan sınırlı sayıda etki modeli bulunmaktadır28,29. Bununla birlikte, murin kıkırdağı, izole kondral defektler oluşturmak için uygun değildir. Bunun nedeni, murin eklem kıkırdağının sadece 3-5 hücre tabakası kalınlığında olması ve organize yüzeysel, radyal ve geçiş kıkırdak bölgelerinin yanı sıra insanlarda ve daha büyük hayvanlarda bulunan kalın kalsifiye kıkırdak tabakasından yoksun olmasıdır. Murin modelleri ayrıca kısmi kıkırdak defektlerinin spontan çözünürlüğünü gösterir30,31. Bu nedenle, kıkırdak kalınlığı ve organizasyonu insanlarınkine benzer olduğu için bu etki modeli için tavşanı seçtik ve PTOA ile sonuçlanan tutarlı bir kondral etkinin sağlanmasına izin verecek en küçük hayvan modelidir. Tavşanda femoral kondil etkisinin önceki açık cerrahi modellerinde bir sarkaç32, elde tutulan yaylı bir kıkırdak impaksiyonasyon cihazı 33 ve tavşana özgü çarpma tertibatı oluşturmaya izin veren bir düşme kulesi34 kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu çalışmalar in vivo verilerden yoksundu. Diğerleri, sarkaç tabanlı35, pnömatik36 ve yaylı37 darbe cihazları10 ile in vivo veriler bildirmiştir ve bu çalışmalar, yöntemler arasında tepe gerilimi ve yükleme oranlarında yüksek oranda değişkenlik göstermektedir. Yine de, alan, akut kıkırdak travmasını in vivo güvenilir bir şekilde modellemek için tutarlı bir yaklaşımdan yoksundur.
Mevcut protokol, tavşan dizinin posterior medial kondiline tutarlı bir etki sağlamak için düşme kulesi tabanlı bir sistem kullanır. Posterior medial femoral kondili ortaya çıkarmak için dize posterior yaklaşım kullanılır. Daha sonra eklem yüzeyi ile aynı hizada medialden laterale femoral kondiller boyunca bir Steinman pimi yerleştirilir ve platforma sabitlenir. Sabitlendikten sonra, posterior medial femoral kondile bir yük verilir. Bu yöntem, tavşan distal femurunun ağırlık taşıyan yüzeyine tutarlı kıkırdak hasarının iletilmesine izin verir.
Bu cerrahi prosedür, bir PTOA modelinde tavşan medial femoral kondilinin ağırlık taşıyan yüzeyinde tutarlı kıkırdak hasarı oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu prosedürün bir avantajı, dize posterior yaklaşımın tüm posterior medial femoral kondilin doğrudan görüntülenmesine izin vermesi ve yaklaşık 37 dakikada gerçekleştirilebilmesidir (Tablo 2). Bunun açık bir yaralanma modeli olduğu ve sinovyum ve eklem kapsülündeki potansiyel hasara bağlı olarak sadece darbenin ötesind…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, ABD Ordusu Tıbbi Araştırma Satın Alma Faaliyeti’nden DoD Hakemli Tıbbi Araştırma Programı – Araştırmacı Tarafından Başlatılan Araştırma Ödülü W81XWH-20-1-0304, NIH NIAMS R01AR076477 ve NIH’den Kapsamlı Kas-İskelet Sistemi T32 Eğitim Programı (AR065971) ve NIH NIAMS Grant R01 AR069657. tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, bu projeye işleme ve imalat konusundaki uzmanlığını sağladığı için Kevin Carr’a ve histolojiye yardımcı oldukları için Drew Brown ve Indiana Kas-İskelet Sağlığı Kemik Histolojisi Çekirdeği Merkezi’ne teşekkür eder.
Flat head screw | McMaster-Carr | 92210A194 | Stainless steel hex drive flat head screw, 8-32, 1/2" |
#15 scalpel blades | McKesson | 1029066 | Scalpel McKesson No. 15 Stainless Steel / Plastic Classic Grip Handle Sterile Disposable |
1/2”-20 threaded rod | McMaster-Carr | 99065A120 | 1/2”-20 threaded rod |
10 mL syringe | McKesson | 1031801 | For irrigation; General Purpose Syringe McKesson 10 mL Blister Pack Luer Lock Tip Without Safety |
3 mL syringe | McKesson | 1031804 | For lidocaine/bupiviacaine injection; General Purpose Syringe McKesson 3 mL Blister Pack Luer Lock Tip Without Safety. |
3-0 polysorb | Ethicon | J332H | 3-0 Vircryl, CT-2, 1/2 circle, 26 mm, tapered |
4-0 monosorb | Ethicon | Z397H | 4-0 PDS 2, FS-2, 3/8 circle, 19mm, cutting edge |
5-0 polysorb | Med Vet International | NC9335902 | Med Vet International 5-0 ETHICON COATED VICRYL C-3 |
Accelerometer | Kistler | 8743A5 | Accelerometer |
Adson-Browns Forceps | World precision tools | 500177 | Adson-Brown Forceps, 12 cm, Straight, TC Jaws, 7 x 7 Teeth |
Alfaxalone | Jurox | 49480-002-01 | Alfaxan Multidose by Jurox : 10 mg/mL |
Buprenorphine | Par Pharmaceuticals | 42023-0179-05 | Buprenorphine HCL injection: 0.3 mg/mL |
Butorphanol | Zoetis | 54771-2033 | Butorphanol tartrate 10mg/ml by Zoetis |
Chlorhexidine Hand Scrub | BD | 371073 | BD E-Z Scrub 107 Surgical Scrub Brush/Sponge, 4% CHG, Red |
Collet | STRYKER | 14023 | Stryker 4100-62 wire Collet 0.28-0.71'' |
Cordless Driver handpiece | STRYKER | OR-S4300 | Stryker 4300 CD3 Cordless Driver 3 handpiece |
Cricket Retractors | Novosurgical | G3510 21 | 2x Heiss (Holzheimer) Cross Action Retractor |
Dissector Scissors | Jorvet labs | J0662 | Aesculap AG, Metzenbaum, Scissors, Straight 5 3/4″ |
Elizabethian Collar | ElizaSoft | 62054 | ElizaSoft Elizabethan Recovery Collar |
Enrofloxacin | Custom Meds | Enrofloxacin compounded by Custom Meds | |
Eye Ointment | Pivetal | 46066-753-55 | Pivetal Articifical Tears- recently recalled |
Face-mount shaft collar | McMaster-Carr | 5631T11 | Face-mount shaft collar |
Fast green | Millipore Sigma | F7258 | Fast green |
Freer | Jorvet labs | J0226Q | Freer elevator |
Head screw -1 | McMaster-Carr | 91251A197 | Black-oxide alloy steel socket head screw, 8-32, 3/4" |
Head screw -2 | McMaster-Carr | 92196A194 | Stainless steel socket head screw, 8-32, 1/2" |
Head screw -3 | McMaster-Carr | 92196A146 | Stainless steel socket head screw, 8-32, 1/2" |
Head screw -4 | McMaster-Carr | 92196A151 | Stainless steel socket head screw, 6-32, 3/4" |
Hematoxylin Solution, Gill No. 1 | Millipore Sigma | GHS132-1L | Hematoxylin Solution, Gill No. 1 |
Hex nut | McMaster-Carr | 91841A007 | Stainless steel hex nut, 6-32 |
Hold-down toggle clamp | McMaster-Carr | 5126A71 | Hold-down toggle clamp |
Impact device | n/a | n/a | custom made |
Impact platform | n/a | n/a | custom made |
K-wires | Jorvet Labs | J0250A | JorVet Intramedullary Steinman Pins, Trocar-Trocar 1/16" x 7" |
Lab View | National Instruments | n/a | n/a |
Load cell | Kistler | 9712B5000 | Load cell |
MATLAB | The MathWorks Inc. | n/a | n/a |
Microscope | Leica | DMi-8 | Leica DMi8 microscope with LAS-X software |
Midazolam | Almaject | 72611-749-10 | Midazolam Hydrochloride injection: 5mg/ml by Almaject |
milling machine depth stops | McMaster-Carr | 2949A71 | Clamp-on milling machine depth stops |
Mobile C-arm | Philips | 718095 | BV Pulsera, Mobile C-arm |
Mounted linear ball bearing | McMaster-Carr | 9338T7 | Mounted linear ball bearing |
Needle Driver | A2Z Scilab | A2ZTCIN39 | TC Webster Needle Holder Smooth Jaws 5", Premium |
Pentobarbital | Vortech | 0298-9373-68 | Pentobarbital 390 mg/mL by Vortech |
Safranin O | Millipore Sigma | HT90432 | Safranin O |
Small Battery pack | STRYKER | NS014036 | 6212 Small Battery pack- 9.6 V |
Steel rod, 2’ | McMaster-Carr | 89535K25 | Steel rod, 2’ |
Sterile Saline | ICU Medical | 6139-22 | AquaLite Solution Pour Bottles, 250 mL |
Stryker 6110-120 System 6 Battery Charger | STRYKER | OR-S6110-120 | |
Surgical gloves | McKesson | 1044729 | Surgical Glove McKesson Perry Size 6.5 Sterile Pair Latex Extended Cuff Length Smooth Brown Not Chemo Approved |
Surgical gown | McKesson | 1104452 | Non-Reinforced Surgical Gown with Towel McKesson Large Blue Sterile AAMI Level 3 Disposable |
Suture scissors | Jorvet Labs | J0910SA | Super Cut Scissors, Mayo, Straight, 5 1/2″ |
TUNEL staining kit | ABP Bioscience | A049 | TUNEL Chromogenic Apoptosis Detection Kit |
Weitlaner Retractors | Fine Science Tools | 17012-11 | 2x Weitlaner-Locktite Retractors |