מודל ההשפעה של קונדיל פמורלי מדיאלי פתוח בארנבים אמין לחקר דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) ואסטרטגיות טיפוליות חדשניות למיתון התקדמות PTOA. פרוטוקול זה יוצר פגם סחוס מבודד של קונדיל הירך המדיאלי האחורי בארנבים באמצעות מגדל טיפה מבוסס כרכרה עם ראש משפיע.
דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) אחראית ל-12% מכלל מקרי דלקת מפרקים ניוונית בארצות הברית. PTOA יכול להיות יזום על ידי אירוע טראומטי יחיד, כגון עומס בעל השפעה גבוהה הפועל על הסחוס המפרקי, או על ידי חוסר יציבות במפרק, כפי שקורה עם קרע ברצועה הצולבת הקדמית. אין כיום טיפולים יעילים למניעת PTOA. פיתוח מודל אמין של PTOA בבעלי חיים נחוץ כדי להבין טוב יותר את המנגנונים שבאמצעותם נגרם נזק לסחוס ולחקור אסטרטגיות טיפול חדשניות כדי להקל או למנוע את התקדמות PTOA. פרוטוקול זה מתאר מודל פתוח המבוסס על מגדל נפילה של קונדיל הירך כדי לגרום נזק לסחוס. דגם זה סיפק עומסי שיא של 579.1 ± 71.1 N, ועומסי שיא של 81.9 ± 10.1 MPa עם עומס זמן לשיא של 2.4 ± 0.5 אלפיות השנייה. לסחוס מפרקי מקונדילים פמורליים מדיאליים מושפעים (MFCs) היו שיעורים גבוהים יותר של תאים אפופטוטיים (p = 0.0058) והיו בעלי ציונים גבוהים יותר של Osteoarthritis Research Society International (OARSI) של 3.38 ± 1.43 בהשוואה ל- MFCs קונטרלטרליים שלא נפגעו (0.56 ± 0.42), ומשטחי סחוס אחרים של הברך הפגועה (p < 0.0001). לא נמצאו הבדלים בציוני OARSI בין המשטחים המפרקיים שלא נפגעו (p > 0.05).
דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) היא גורם מוביל לנכות ברחבי העולם, ומהווה 12%-16% מדלקת מפרקים ניוונית סימפטומטית (OA)1. תקן הזהב הנוכחי לניהול OA סופי הוא ארתרופלסטיקה כוללת של הברך והירך 2 או ארתרודזיס, כמו במקרהשל דלקת מפרקים טיביוטלרית או תת-קרקעית בשלב הסופי. למרות הצלחה רבה, arthroplasty יכול להיות סיבוכים יקרים וחולניים3. בנוסף, ארתרופלסטיקה פחות רצויה בחולים מתחת לגיל 50, בהתחשב בהישרדות השתל ללא תיקון נמוכה של 77%-83%4,5. נכון לעכשיו, אין טיפולים שאושרו על ידי ה- FDA כדי למנוע או למתן את התקדמות PTOA.
PTOA משפיע על כל המפרק, כולל הרקמה הסינוביאלית, העצם הסובכונדרלית והסחוס המפרקי. הוא מאופיין בניוון סחוס מפרקי, דלקת סינוביאלית, עיצוב מחדש של עצם סובכונדרלית והיווצרות אוסטאופיטים 6,7. הפנוטיפ של PTOA מתפתח בתהליך מורכב של יחסי גומלין בין סחוס, סינוביום ועצם סובכונדרלית. ההבנה כיום היא שפגיעה בסחוס מובילה לשחרור רכיבי מטריצה חוץ-תאיים (ECM) כגון קולגן מסוג 2 (COL2) ואגרקן (ACAN). מקטעי רכיבי ECM אלה הם פרו-דלקתיים וגורמים לייצור מוגבר של מיני חמצן IL-6, IL-1β וחמצן תגובתי. מתווכים אלה פועלים על כונדרוציטים, וגורמים להגברת הוויסות של מטאלופרוטאזות מטריצה (MMPs), כגון MMP-13, אשר פוגעות בסחוס המפרקי תוך הפחתת סינתזת המטריצה, מה שמוביל לסביבה קטבולית כוללת לסחוס המפרקי8. בנוסף, יש עדויות לאפופטוזיס כונדרוציטים מוגבר בדלקת מפרקים ניוונית ראשונית ו- PTOA 9,10. תפקוד לקוי של המיטוכונדריה מתרחש לאחר העמסה על-פיזיולוגית של סחוס 11,12,13,14, מה שעלול להוביל לעלייה בכונדרוציטים אפופטוזיס 12,15. אפופטוזיס כונדרוציטים משופר נקשר לדלדול מוגבר של פרוטאוגליקן ולקטבוליזם סחוס והוכח כי הוא מקדים שינויים בסחוס ובעיצוב מחדש של עצם סובכונדרלית16,17,18.
כמו ברוב המחלות האנושיות, יש צורך במודלים אמינים ותרגומיים של PTOA כדי להבין עוד יותר את הפתופיזיולוגיה של המחלה ולבחון טיפולים חדשניים. בעלי חיים גדולים כגון חזירים וכלבים שימשו במודלים של שבר תוך מפרקי ופגיעה של PTOA17,19, אך הם יקרים. מודלים קטנים יותר של בעלי חיים, כגון עכברים, חולדות וארנבות הם פחות יקרים ומשמשים לחקר PTOA שנוצר באמצעות ערעור יציבות המפרקים, אשר בדרך כלל כרוך טרנסקציה כירורגית של הרצועה הצולבת הקדמית (ACL) ו / או הפרעה של המניסקוס המדיאלי 20,21,22,23,24,25. למרות שטראומה במפרק יכולה להוביל לתוצאות שונות, כולל פגיעה ברצועה26, עומס מכני של הסחוס מתרחש כמעט בכל המקרים.
ישנן עדויות מתפתחות לכך שהפתולוגיה מאחורי התפתחות PTOA לאחר חוסר יציבות רצועתית (כמו בטרנסקציה ACL) ופגיעה כונדרלית חריפה נובעת ממנגנונים ברורים27. לכן, פיתוח מודלים של פגיעה ישירה בסחוס הוא חשוב. כיום יש מספר מוגבל של מודלי פגיעה המייצרים פגיעה אוסטאוכונדרלית או כונדרלית בחולדות ועכברים28,29. עם זאת, סחוס מורין אינו מתאים היטב ליצירת פגמים כונדרליים מבודדים. הסיבה לכך היא שהסחוס המפרקי של מורין הוא בעובי של 3-5 שכבות תאים בלבד וחסר אזורי סחוס שטחיים מאורגנים, רדיאליים ואזורי מעבר, כמו גם שכבת הסחוס המסוידת העבה המצויה בבני אדם ובבעלי חיים גדולים יותר. דגמי מורין מציגים גם רזולוציה ספונטנית של פגמים בסחוס חלקי30,31. לפיכך, בחרנו בארנב עבור מודל השפעה זה מכיוון שעובי הסחוס שלו וארגונו דומים לאלה של בני אדם, והוא מודל החיות הקטן ביותר שיאפשר העברת פגיעה כונדרלית עקבית שתוצאתה PTOA. מודלים כירורגיים פתוחים קודמים של פגיעת קונדיל הירך בארנב השתמשו במטוטלת32, מכשיר לפגיעה בסחוס טעון קפיץידני 33, ומגדל נפילה שאפשר יצירת משפיען ספציפי לארנב34. עם זאת, מחקרים אלה חסרו נתוני vivo. אחרים דיווחו על נתוני in vivo עם מכשירי פגיעה מבוססי מטוטלת35, פנאומטיים36 ו-37 טעוני קפיץ10, ומחקרים אלה מראים שיעור גבוה של שונות בשיא הלחץ ושיעורי ההעמסה בין השיטות. עם זאת, בתחום חסרה גישה עקבית למודל אמין של טראומת סחוס חריפה in vivo.
הפרוטוקול הנוכחי משתמש במערכת מבוססת מגדל טיפה כדי לספק השפעה עקבית על הקונדיל המדיאלי האחורי של ברך הארנב. גישה אחורית לברך משמשת לחשיפת קונדיל הירך המדיאלי האחורי. לאחר מכן מניחים סיכת שטיינמן על פני קונדיל הירך מהמדיאלי לצדדי בקו אחד עם פני המפרק ומאובטחים לפלטפורמה. לאחר האבטחה, מועבר עומס לקונדיל הירך המדיאלי האחורי. שיטה זו מאפשרת העברת נזק עקבי לסחוס למשטח נושא המשקל של עצם הירך הדיסטלית של הארנב.
הליך כירורגי זה נועד ליצור נזק סחוסי עקבי למשטח נושא המשקל של קונדיל הירך המדיאלי של הארנב במודל של PTOA. יתרונו של הליך זה הוא שהגישה האחורית לברך מאפשרת הדמיה ישירה של קונדיל הירך המדיאלי האחורי המלא, וניתן לבצעו תוך כ-37 דקות (טבלה 2). כמו כן יש לציין כי זהו מודל פציעה פתוח ועלול להוב…
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי DoD Peer Review Medical Research Program – Investigator-Initiated Research Award W81XWH-20-1-0304 מפעילות רכש המחקר הרפואי של צבא ארה”ב, על ידי NIH NIAMS R01AR076477 ותוכנית הכשרה מקיפה לשרירים ושלד T32 מה-NIH (AR065971) ועל ידי NIH NIAMS Grant R01 AR069657. המחברים רוצים להודות לקווין קאר על שסיפק את מומחיותו בעיבוד שבבי וייצור לפרויקט זה, ולדרו בראון ולמרכז אינדיאנה לבריאות השלד והשרירים ליבת היסטולוגיה של העצם על הסיוע בהיסטולוגיה.
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 |