Artrose pijnmodel geïnduceerd door intra-articulaire injectie van mono-jodoacetaat bij ratten
Summary
Deze studie beschrijft de methode van intra-articulaire injectie van mono-jodoacetaat bij ratten en bespreekt de resulterende pijngerelateerde gedragingen en histopathologische veranderingen, die referenties bieden voor toekomstige toepassingen.
Abstract
De huidige diermodellen van artrose (OA) kunnen worden onderverdeeld in spontane modellen en geïnduceerde modellen, die beide gericht zijn op het simuleren van de pathofysiologische veranderingen van menselijke artrose. Als het belangrijkste symptoom in het late stadium van artrose beïnvloedt pijn echter het dagelijks leven van de patiënten en er zijn niet veel beschikbare modellen. Het mono-jodoacetaat (MIA)-geïnduceerde model is het meest gebruikte OA-pijnmodel, voornamelijk gebruikt bij knaagdieren. MIA is een remmer van glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase, die chondrocytendood, kraakbeendegeneratie, osteofyt en meetbare veranderingen in het gedrag van dieren veroorzaakt. Bovendien kunnen expressieveranderingen van matrix metalloproteinase (MMP) en pro-inflammatoire cytokines (IL1 β en TNF α) worden gedetecteerd in het MIA-geïnduceerde model. Die veranderingen komen overeen met OA pathofysiologische aandoeningen bij mensen, wat aangeeft dat MIA een meetbaar en succesvol OA-pijnmodel kan induceren. Deze studie heeft tot doel de methodologie van intra-articulaire injectie van MIA bij ratten te beschrijven en de resulterende pijngerelateerde gedragingen en histopathologische veranderingen te bespreken.
Introduction
Artrose (OA) is de meest voorkomende gewrichtsziekte ter wereld en treft naar schatting 10-12% populaties bij volwassenen1. Het meest betrokken gewricht is de knie en artrose heeft een hogere incidentie bij oudere volwassenen, vooral vrouwen2. Als chronische ziekte ontwikkelt artrose zich geleidelijk gedurende tientallen jaren tot gewrichtsfalen met symptomen zoals kraakbeenverlies, synoviale ontsteking, osteofytose, verminderde functie en chronische pijn3. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) is artrose de vierde meest voorkomende ziekte bij vrouwen en de achtste meest voorkomende ziekte bij mannen. Tegen 2020 kan artrose de vierde meest invaliderende ziekte bij mensen worden4. Momenteel beschikbare therapieën van artrose pakken echter alleen de symptomen aan en verlengen de tijd tot gewrichtsvervangende chirurgie5.
De spontane artrose bij menselijke patiënten duurt vaak lang om klinische symptomen te veroorzaken, zoals gewrichtsgerelateerde pijn6. In de vroege stadia van artrose is pijn meestal intermitterend en wordt frequenter en ernstiger naarmate de ziekte vordert, waardoor het de overheersende klacht van patiëntenis 7. Daarom zijn er de afgelopen halve eeuw uitgebreide diermodellen voor artrosepijn ontwikkeld om pijnbestrijdingstherapie te bevorderen. OA-modellen zijn klassiek onderverdeeld in spontane en geïnduceerde modellen. Spontane modellen omvatten natuurlijk voorkomende modellen en genetisch gemodificeerde modellen, die het verloop van primaire artrose bij mensen beter kunnen simuleren8. Geïnduceerde modellen kunnen over het algemeen worden onderverdeeld in twee categorieën: 1) posttraumatische artrose geïnduceerd door chirurgie of ander trauma; of 2) intra-articulaire injectie van chondrotoxische of pro-inflammatoire stoffen3. Deze modellen leggen een basis voor de pathofysiologische studie van artrose en dragen sterk bij aan de ontwikkeling van geneesmiddelen om pijn te verminderen en de functie te verhogen.
Onlangs is de meest gebruikte inductor voor OA-modellering mono-jodoacetaat (MIA). MIA, een remmer van glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase, kan veranderingen in kraakbeenmatrix, afbraak, verlies van kraakbeen, synovitis en andere veranderingen veroorzaken, die vergelijkbaar zijn met de pathologische veranderingen van menselijke artrose9. Er is opgemerkt dat intra-articulaire injectie van MIA aanhoudende pijn veroorzaakte 28 dagen na toediening van MIA, wat aangeeft dat het MIA-model nuttig kan zijn voor het onderzoeken van chronische nociceptieve pijn 10,11,12. In deze studie kregen mannelijke Sprague-Dawley-ratten intra-articulaire injecties met 0,5, 1,5 of 3 mg MIA in de kniegewrichten. De ernst van MIA-geïnduceerde gewrichtspijn werd gemeten door beoordeling van mechanische en thermische gevoeligheid op 1, 7, 14, 21, 28 en 35 dagen na injecties. Op basis hiervan werd 1,5 mg MIA geselecteerd als de uiteindelijke concentratie om looppatronen en histologische veranderingen te evalueren 28 dagen na injecties.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het rattenmodel van OA geïnduceerd door MIA is een gevestigd, veel gebruikt model. Intra-articulaire injectie van MIA veroorzaakt in eerste instantie ernstige en acute ontsteking, die aanleiding geeft tot de langere en degeneratieve fase van OA17,18. In dit onderzoek hebben we nociceptieve gevoeligheid gemeten door MWT en TWL, en loopveranderingen beoordeeld met een beeldvormingssysteem. Eerdere rapporten toonden aan dat de injectie van MIA de gevoeligheid van a…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gefinancierd door de Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (Grant No: LY17H270016), de National Natural Science Foundation of China (Grant No: 81774331, 81873049, and 81673997) en het Zhejiang Provincial Science and Technology Project of Traditional Chinese Medicine of China (Grant No: 2013ZQ007 en 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 |
Riferimenti
- 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).
