Construction et évaluation d’un modèle murin ostéolyse substance par l’exposition aux particules CoCrMo descellement aseptique
Summary
Ce manuscrit décrit un modèle murin ostéolyse substance par l’exposition aux particules CoCrMo, qui constitue un modèle animal idéal pour évaluer les interactions entre particules d’usure et de diverses cellules de descellement aseptique.
Abstract
Ostéolyse de provoquées par les particules d’usure est une cause majeure de descellement aseptique dans l’échec de l’arthroplastie, mais le mécanisme sous-jacent reste incertaine. En raison de longs suivis nécessaires pour la détection et la présence sporadique, il est difficile d’évaluer l’ostéolyse induite par l’ofparticle pathogenèse en cas cliniques. Optimale des modèles animaux sont donc nécessaires pour poursuivre ses études. Le modèle murin d’ostéolyse substance établie par l’exposition aux particules CoCrMo est un outil efficace et valable pour évaluer les interactions entre les particules et les diverses cellules de descellement aseptique. Dans ce modèle, CoCrMo particules ont d’abord obtenus en courant continu de vide élevé trois électrodes et remis en suspension dans une solution saline tamponnée au phosphate à une concentration de 50 mg/mL. Puis, 50 µL de la suspension qui en résulte a été appliquée au milieu de la calvaria murine après séparation du périoste crânien par sharp dissection. Après deux semaines, les souris ont été sacrifiées, et des spécimens de calotte cranienne ont été récoltés ; les évaluations qualitatives et quantitatives ont été effectuées par l’hématoxyline et éosine coloration et micro tomographie. Les points forts de ce modèle comprennent la simplicité de la procédure, une évaluation quantitative de la perte osseuse, rapidité de développement d’ostéolyse, utilisation potentielle transgénique ou des modèles knock-out et un coût relativement faible. Toutefois, ce modèle ne peut pour servir à évaluer la force mécanique et les effets chroniques des particules dans un descellement aseptique. Modèle murin ostéolyse substance générée par l’exposition aux particules CoCrMo est un outil idéal pour évaluer les interactions entre les particules d’usure des cellules, par exemple, macrophages, fibroblastes, ostéoblastes et des ostéoclastes, au descellement aseptique.
Introduction
Le descellement aseptique est la cause la plus fréquente d’arthroplastie totale de hanche (THA) et l’échec d’arthroplastie (TKA) totale du genou, qui nécessite une chirurgie de révision1. Toutefois, le mécanisme sous-jacent reste peu clair2. Un suivi long est nécessaire pour la détection d’ostéolyse provoquées par les particules, dont la présence est rare ; par conséquent, il est difficile d’explorer sa pathogenèse en cas cliniques. Par conséquent, autres études mettant l’accent sur des mécanismes complexes de cellulaire et tissulaire nécessitent que les deux expériences in vivo en portent des modèles ostéolyse provoquées par les particules et des essais in vitro dans les cellules liées à l’os de l’homéostasie du3. Un modèle animal valide est important en révélant les effets des particules d’usure sur la perte osseuse, fournissant des preuves pour plus amples analyses cellulaires.
Un modèle murin ostéolyse substance construit par l’exposition aux particules CoCrMo est une méthode efficace et valable pour évaluer les interactions entre les particules et les diverses cellules de descellement aseptique. Dans ce modèle, particules CoCrMo causent ostéolyse substance en induisant des cytokines inflammatoires dans les macrophages, activation des ostéoclastes, inhibant la prolifération ostéoblastique et en encourageant l’apoptose ostéoblastique.
Il faut seulement deux semaines pour établir ce modèle. Ostéolyse peut être visualisé et quantifié par l’hématoxyline et éosine (H & E) souillant et micro computed tomography (micro-CT)2. En outre, ce modèle a une relativement faible coût et transgénique et knock-out souris modèles peuvent être utilisés pour dépister un grand nombre de composés à différentes doses3.
La procédure pour établir et évaluer ce modèle est simple. Tout d’abord, CoCrMo particules ont été obtenues en courant continu de vide élevé trois électrodes et remis en suspension dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) à une concentration de 50 mg/mL. Puis, 50 µL de la suspension qui en résulte a été appliquée au milieu de la calvaria murine après séparation du périoste crânien par sharp dissection. Les souris ont été sacrifiées après deux semaines, et les échantillons de calotte cranienne ont été récoltés ; analyses qualitatives et quantitatives ont été effectuées par H & E coloration andmicro-CT.
Un modèle murin ostéolyse substance construit par l’exposition aux particules CoCrMo est un outil idéal pour évaluer les interactions entre particules CoCrMo et diverses cellules, telles que les macrophages, fibroblastes, ostéoblastes et les ostéoclastes, au descellement aseptique.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il existe deux méthodes principales pour usure provoquées par les particules ostéolyse chez la souris : le modèle air-poche et le modèle de substance ostéolyse. Le modèle air-poche, une pochette-air générée par voie sous-cutanée est tout d’abord établie, suivi par introduction de particules usure et l’implantation dans le tissu d’OS8. Le mur de la pochette imite le périoste au descellement aseptique. Cependant, l’implantation de l’OS est non vasculaires sans activité biolo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (81572111), les sciences cliniques et technologie projet Fondation de la Province du Jiangsu (BL2012002), le projet de la recherche scientifique de Nanjing (201402007), les sciences naturelles Fondation de la Province de Jiangsu (BK20161385) et la Fondation spéciale de docteur en médecine chinoise Association (2015COS0810).
Materials
| CoCrMo alloy from prosthesis | Waldemar Link GmbH & Co | GEMINI MK II | Raw material to obtain CoCrMo nanoparticles |
| Fabricated high-vacuum three-electrode direct current | College of Materials Science & Engineering , Nanjing University of Technology | Self designed machine | |
| 6 week old male C57BL/6J mice | Model animal research center of Nanjing University | N000013 | |
| 100% Ethanol | Nanjing Reagent | C0691514023 | Solvent of CoCrMo nanoparticles for transmission electron microscope scanning |
| 1.5 ml Microcentrifuge tubes | Taizhou Weierkang Medical Supplies co., LTD | W603 | |
| Microanalytical balance | Shenzhen Qun long Instrument Equipment Co,. LTD | EX125DZH | |
| Ultrasonic shaker | Shanghai Yuhao scientific instrument co., LTD | YH-200DH | To suspend CoCrMo nanoparticles |
| Transmission Electron Microscope | FEI | Tecnai G20 | |
| SimplePCI software | Compix Inc. | 6.6 version | To calculate the mean diameter and particle size distribution. |
| High-handed sterilization pan | QIULONGYIQI | KYQL-100DS | To decontaminate endotoxin |
| Limulus Amebocyte Lysate (LAL) Assay | Charles River | R13025 | To detect endotoxin |
| 15 ml Microcentrifuge tubes | Taizhou Suyi Medical | B122 | |
| Phosphate-buffered saline | Boster Biological Technology | AR0030 | Solvent of CoCrMo nanoparticles stock solution |
| Pentobarbital Sodium | Sigma | P3761 | To anesthetize mice |
| Normal saline | SACKLER | SR8572EP-15 | To prevent drying of mice eyes |
| 75% Ethanol | Nanjing Reagent | C0691560275 | Disinfection |
| Medical cotton ball | Shuitao | 1278298933 | Disinfection |
| Shaver | Kemei | KM-3018 | To shave the fur |
| Scissor | RWD LIFE SCIENCE | S12005-10 | To incise skin |
| Suture | RWD LIFE SCIENCE | F34001-01 | To suture skin |
| Needle holder | RWD LIFE SCIENCE | F33001-01 | To suture skin |
| Needle | RWD LIFE SCIENCE | R14003-12 | To suture skin |
| Vessel forceps | RWD LIFE SCIENCE | F22003-09 | To suture skin |
| Scalpel | RWD LIFE SCIENCE | S31010-01 | To harvest calvaria |
| Tweezers | RWD LIFE SCIENCE | F12006-10 | To harvest calvaria |
| 100 µL pipettes | Eppendorf | 3120000240 | To embed particles suspension in the calvatias |
| 100 µL pipette tips | AXYGEN | T-200-Y | To embed particles suspension in the calvatias |
| 5 ml Microtubes | Taizhou Weierkang Medical Supplies co., LTD | W621 | |
| 4% Paraformaldehyde | Servicebio | G1101 | Fixation |
| Micro Computed Tomography | SkyScan | SkyScan1176 | |
| Ethylene Diamine Tetraacetic Acid | Servicebio | G1105 | Decalcification |
| Paraffin | Servicebio | #0001 | |
| Paraffin slicing machine | Leica | RM2125RTS | |
| Glass slide | Servicebio | G6004 | |
| Cover glass | Servicebio | 200 | |
| HE staining kit | Servicebio | #1-5 | HE staining |
| Light microscope | Nikon | E200 |
References
- Dong, L., et al. Antisense oligonucleotide targeting TNF-alpha can suppress Co-Cr-Mo particle-induced osteolysis. J Orthop Res. 26 (8), 1114-1120 (2008).
- Deng, Z., et al. SIRT1 protects osteoblasts against particle-induced inflammatory responses and apoptosis in aseptic prosthesis loosening. Acta Biomater. 49, 541-554 (2017).
- Langlois, J., Hamadouche, M. New animal models of wear-particle osteolysis. Int Orthop. 35 (2), 245-251 (2011).
- Wang, P., Zhao, F. X., Zhang, Z. Z. Preparation of ultrafine zinc powders by DC arc plasma evaporation method. Chinese Journal of Nonferrous Metals. 21 (9), 2236-2241 (2011).
- Wang, Z., et al. The fibroblast expression of RANKL in CoCrMo-particle-induced osteolysis is mediated by ER stress and XBP1s. Acta Biomater. 24, 352-360 (2015).
- Wang, Z., et al. Autophagy mediated CoCrMo particle-induced peri-implant osteolysis by promoting osteoblast apoptosis. Autophagy. 11 (12), 2358-2369 (2015).
- Wang, R., et al. Particle-induced osteolysis mediated by endoplasmic reticulum stress in prosthesis loosening. Biomaterials. 34 (11), 2611-2623 (2013).
- Yang, S. Y., et al. Adeno-associated virus-mediated osteoprotegerin gene transfer protects against particulate polyethylene-induced osteolysis in a murine model. Arthritis Rheum. 46 (9), 2514-2523 (2002).
- Liu, N., et al. Autophagy mediated TiAl(6)V(4) particle-induced peri-implant osteolysis by promoting expression of TNF-alpha. Biochem Biophys Res Commun. 473 (1), 133-139 (2016).
- Wang, Z., et al. ER Stress Mediates TiAl6V4 Particle-Induced Peri-Implant Osteolysis by Promoting RANKL Expression in Fibroblasts. PLoS One. 10 (9), e0137774 (2015).
- Wang, Z., et al. TiAl6V4 particles promote osteoclast formation via autophagy-mediated downregulation of interferon-beta in osteocytes. Acta Biomater. 48, 489-498 (2017).
- Chen, S., et al. Lycorine suppresses RANKL-induced osteoclastogenesis in vitro and prevents ovariectomy-induced osteoporosis and titanium particle-induced osteolysis in vivo. Sci Rep. 5, 12853 (2015).
- Neuerburg, C., et al. The role of calcitonin receptor signalling in polyethylene particle-induced osteolysis. Acta Biomater. 14, 125-132 (2015).
- Catelas, I., Jacobs, J. J. Biologic activity of wear particles. Instr Course Lect. 59, 3-16 (2010).
- Liu, A., et al. The biological response to nanometre-sized polymer particles. Acta Biomater. 23, 38-51 (2015).
