Een niet-invasieve methode voor het genereren van het cyclische belastingsgeïnduceerde intra-articulaire kraakbeenlaesiemodel van de rattenknie
Summary
Hier presenteren we het cyclische belasting-geïnduceerde intra-articulaire kraakbeenlaesiemodel van de rattenknie, gegenereerd door 60 cyclische compressies over 20 N, resulterend in schade aan het femorale condylaire kraakbeen bij ratten.
Abstract
De pathofysiologie van primaire artrose (OA) blijft onduidelijk. Een specifieke subclassificatie van artrose in relatief jongere leeftijdsgroepen is echter waarschijnlijk gecorreleerd met een geschiedenis van gewrichtskraakbeenschade en ligamentavulsie. Chirurgische diermodellen van artrose van de knie spelen een belangrijke rol bij het begrijpen van het begin en de progressie van posttraumatische artrose en helpen bij de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor deze ziekte. Niet-chirurgische modellen zijn echter onlangs overwogen om traumatische ontstekingen te voorkomen die de evaluatie van de interventie kunnen beïnvloeden.
In deze studie werd een intra-articulaire kraakbeenlaesie ratmodel geïnduceerd door in vivo cyclische drukbelasting ontwikkeld, waardoor onderzoekers (1) de optimale grootte, snelheid en duur van de belasting konden bepalen die focale kraakbeenschade zou kunnen veroorzaken; (2) posttraumatische spatiotemporale pathologische veranderingen in chondrocytenvitaliteit te beoordelen; en (3) de histologische expressie evalueren van destructieve of beschermende moleculen die betrokken zijn bij de aanpassings- en reparatiemechanismen tegen gewrichtsdrukbelastingen. Dit rapport beschrijft het experimentele protocol voor deze nieuwe kraakbeenlaesie in een rattenmodel.
Introduction
Traditioneel wordt anterieure kruisband (ACL) transsectie of destabilisatie van de mediale meniscus als optimaal beschouwd voor het onderzoeken van posttraumatische artrose (PTOA) bij kleine dieren. In de afgelopen jaren zijn niet-invasieve cyclische compressiemodellen gebruikt om PTOA te bestuderen. Dit model was oorspronkelijk ontworpen om de cancellous botrespons op mechanische belasting1 te onderzoeken en werd vervolgens aangepast als een niet-chirurgisch diermodel voor PTOA-studies 2,3,4,5,6. De reden is om het gewrichtskraakbeen te laten botsen door een periodieke externe kracht toe te passen, die een reeks ontstekingsreacties veroorzaakt. Dit model is echter alleen toegepast op muizen en de juiste omvang van de belasting op grotere dieren is niet besproken.
Een ander probleem met het vorige model is dat het protocol met een hoog volume te veel cycli omvatte, wat overmatige verdikking van het subchondrale bot veroorzaakte, een ongewenste bijwerking, in verschillende monsters7. Daarom werd een nieuwe methode van cyclische compressie ontwikkeld met de juiste magnitude voor grote dieren en een bijwerking met een lagere belasting8. Het algemene doel van het huidige artikel is om het protocol van het niet-invasieve cyclische compressiemodel bij ratten te beschrijven en de representatieve resultaten van kraakbeendegeneratie te observeren. Het huidige protocol zou lezers helpen die geïnteresseerd zijn in de toepassing van het niet-invasieve cyclische compressiemodel op ratten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor het eerst laat het huidige protocol zien hoe een model van door belasting geïnduceerde kraakbeenlaesie op de laterale femorale condylus bij ratten kan worden vastgesteld, vergelijkbaar met het intra-articulaire schademodel bij kleinere knaagdieren zoals de muis2. Het belastingsprotocol bij muizen veroorzaakte echter ernstige osteofytvorming en kruisbandlaesies, wat niet ideaal was voor het evalueren van de effecten van cyclische compressie. Het huidige protocol creëerde een focale kraakbeen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door een JSPS KAKENHI-subsidie (nummers JP18H03129 en JP18K19739).
Dit onderzoek ontving ook financiering van de Alliance for Regenerative Rehabilitation Research &Training (AR3T), die wordt ondersteund door het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), Het Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Beroerte (NINDS) en het Nationaal Instituut voor Biomedische Beeldvorming en Bio-engineering (NIBIB) van de National Institutes of Health onder awardnummer P2CHD086843. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de National Institutes of Health.
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).
