דגם עכבר של חוסר יציבות בעמוד השדרה המותני
Summary
פיתחנו מודל עכבר ניוון דיסק בין חולייתי מותני על ידי כריתה של L3– L5 תהליכים תרד יחד עם רצועות סופרה בין ספינים וניתוק של שרירים paraspinous.
Abstract
ניוון דיסק בין חולייתי (IDD) הוא שינוי פתולוגי נפוץ המוביל לכאבי גב תחתון. מודלים מתאימים לבעלי חיים רצויים להבנת התהליכים הפתולוגיים ולהערכת תרופות חדשות. כאן, הצגנו מודל עכבר אי יציבות עמוד השדרה המותני המושרה בניתוח (LSI) המפתח IDD החל מ 1 שבוע לאחר הניתוח. בפירוט, העכבר תחת הרדמה הופעל על ידי חתך בעור בגב התחתון, L3–L5 חשיפה תהליכים תרד, ניתוק של שרירים paraspinous, כריתה של תהליכים ורצועות, וסגירת העור. L4–L5 IVDs נבחרו לתצפית. מודל LSI מפתחת IDD מותני על ידי נקבוביות והיפרטרופיה ב endplates בשלב מוקדם, ירידה בנפח דיסק בין חולייתי, הצטמקות פולפוסוס גרעין בשלב ביניים, ואיבוד עצם בחוליות המותניות (L5) בשלב מאוחר יותר. מודל העכבר LSI יש את היתרונות של יכולת פעולה חזקה, אין דרישה של ציוד מיוחד, רבייה, זול, ותקופה קצרה יחסית של פיתוח IDD. עם זאת, ניתוח LSI הוא עדיין טראומה שגורמת לדלקת בתוך השבוע הראשון שלאחר הניתוח. לכן, מודל זה של בעלי חיים מתאים לחקר IDD מותני.
Introduction
ניוון דיסק בין חולייתי (IDD) נתפס בדרך כלל בהזדקנות ואפילו צעירים הנגרמים על ידי גורמים רבים1. ניתוח לחולים הסובלים IDD, גרימת כאבי גב תחתון ותנועה לקויה, מבוצע בדרך כלל בשלב מאוחר יותר או במקרים חמורים ויש לו סיכונים פוטנציאליים כגון אי איחוד או זיהום2. טיפול אידיאלי שאינו אופרטיבי דורש הבנה מקיפה של מנגנון IDD. המודל החייתי IDD משמש ככלי חיוני למחקרים של מנגנון IDD והערכת טיפול IDD.
בעלי חיים גדולים יותר נבחרו עבור מודלים IDD כגון פרימטים, כבשים, עזים, כלבים, וארנבות בשל הדמיון שלהם עם המבנה האנטומי האנושי במידה רבה ואת operability חזק במונחים של גודל דיסקים בין חולייתיים (הפריה חוץ גופית)3,4,5,6,7,8. עם זאת, מודלים אלה של בעלי חיים גוזלים זמן רב ואינטנסיביים9. עכבר IVD הוא ייצוג לקוי של IVD האנושי מבוסס על מדידות גיאומטריות של יחס הגובה-רוחב, פולפוסוס גרעין ליחס אזור דיסק, וגובה מנורמל10. למרות ההבדל בגודל, קטע IVD המותני של העכבר מציג תכונות מכניות דומות להפריה חוץ גופית אנושית כגון דחיסה ונוקשות פיתולים11. בנוסף, מודל IDD עכבר יש את היתרון של עלות נמוכה, פיתוח IDD קצר יחסית, ואפשרויות נוספות עבור בעלי חיים מהונדסים גנטית ונוגדנים מנוצלים במחקרים מכניים נוספים12,13,14,15.
מודלי IDD הנגרמים על-ידי ניסויים משתנים מהמרצים והיישומים. לדוגמה, ניוון מטריצה חוץ-תאית (ECM) הנגרמת על ידי קולגנאז מתאים למחקר התחדשות ECM16. פנוטיפ מהונדס גנטית מתאים לחקר תפקוד הגנים בתהליך IDD ובטיפולים גנטיים17. Annulus פיברוסוס חתך ומודלים עשן לחקות טראומה ולא דלקת המושרה IDD12,18.
חוסר יציבות בעמוד השדרה (SI) מוביל לעמוד שדרה לא יציב שאינו במצב אופטימלי של שיווי משקל. זה יכול להיגרם על ידי תנועה חריגה של קטע תנועה מותנית בשל החולשה של הרקמה התומכת שמסביב כגון רצועות ושרירים. זה גם נראה בדרך כלל לאחר ניתוח היתוך עמוד השדרה19. SI נחשב כגורם העיקרי של IDD. לכן, אנו שואפים לפתח מודל עכברי SI (המתמקד בעמוד השדרה המותני) המחקה את תהליך IDD האנושי20,21.
בפרוטוקול, הצגנו את ההליך של יצירת מודל אי יציבות עמוד השדרה המותני (LSI) על ידי כריתה של המותני השלישי (L3)כדי מותני החמישי (L5)תהליכים מסתובבים יחד עם הרצועות העל-ראשיות והאינטרספין(איור 1A,B). המודל החייתי מפתח IDD כבר שבוע לאחר הניתוח כפי שמוצג על ידי היפרטרופיה ונקבוביות ב endplates (EPs). נפח IVD מתחיל להקטין 2 שבועות לאחר הניתוח דרך 16 שבועות יחד עם ציון IVD מוגבר, אשר מציין את מידת IDD. אנו מאמינים כי ההליך המפורט והדמיינו שימושי לחוקרים כדי להקים את מודל העכבר LSI במעבדה שלהם ולהחיל על מחקר IDD לפי הצורך.
Protocol
Representative Results
Discussion
פיתחנו את מודל העכבר חוסר היציבות בעמוד השדרה המותני המבוסס על מודל העכבר הספונדילוזיס הצווארי שבו השרירים הפארא חולייתיים האחוריים מהחלאות היו מנותקים והתהליכים הספניים יחד עם הרצועות העל-ראשיות והבין-ראשיות הושלכו מחדש25. ביצענו ניתוח דומה על עמוד השדרה המותני, שיש בו תהל?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (81973607) ומחקר ופיתוח תרופות חיוניות (2019ZX09201004-003-032) ממשרד המדע והטכנולוגיה של סין.
Materials
| Chlortetracycline Hydrochloride Eye Ointment | Shanghai General Pharmaceutical Co., Ltd. | H31021931 | Prevent eye dry, Prevent wound infection |
| C57BL/6J male mice | Tian-jiang Pharmaceuticals Company (Jiangsu, CN) | SCXK2018-0004 | Animal model |
| Disposable medical towel | Henan Huayu Medical Devices Co., Ltd. | 20160090 | Platform for surgical operation |
| Inhalant anesthesia equipment | MIDMARK | Matrx 3000 | Anesthesia |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd. | 1903715 | Anesthesia |
| Lidocaine hydrochloride | Shandong Hualu Pharmaceutical Co., Ltd. | H37022839 | Pain relief |
| Medical suture needle | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 20S0401J | Suture skin |
| Ophthalmic forceps | Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory | JD1050 | Clip the skin |
| Ophthalmic scissors(10cm) | Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory | Y00030 | Skin incision |
| silk braided | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 11V0820 | Suture skin |
| Small animal trimmer | Shanghai Feike Electric Co., Ltd. | FC5910 | Hair removal |
| Sterile surgical blades(12#) | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 35T0707 | Muscle incision |
| Veet hair removal cream | RECKITT BENCKISER (India) Ltd | NA | Hair removal |
| Venus shears | Mingren medical equipment | Length:12.5cm | Clip the muscle and spinous process |
References
- Makino, H., et al. Lumbar disc degeneration progression in young women in their 20’s: a prospective ten-year follow up. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 22 (4), 635-640 (2017).
- Lee, Y. C., Zotti, M. G. T., Osti, O. L. Operative management of lumbar degenerative disc disease. Asian Spine Journal. 10 (4), 801-819 (2016).
- Wei, F., et al. In vivo experimental intervertebral disc degeneration induced by bleomycin in the rhesus monkey. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 340 (2014).
- Lim, K. Z., et al. Ovine lumbar intervertebral disc degeneration model utilizing a lateral retroperitoneal drill bit injury. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (123), e55753 (2017).
- Zhang, Y., et al. Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model. Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).
- Bergknut, N., et al. The dog as an animal model for intervertebral disc degeneration. Spine. 37 (5), 351-358 (2012).
- Kong, M. H., et al. Rabbit Model for in vivo Study of Intervertebral Disc Degeneration and Regeneration. Journal of Korean Neurosurgical Society. 44 (5), 327-333 (2008).
- Gullbrand, S. E., et al. A large animal model that recapitulates the spectrum of human intervertebral disc degeneration. Osteoarthritis and Cartilage. 25 (1), 146-156 (2017).
- Jin, L., Balian, G., Li, X. J. Animal models for disc degeneration-an update. Histology and Histopathology. 33 (6), 543-554 (2018).
- O’Connell, G. D., Vresilovic, E. J., Elliott, D. M. Comparative intervertebral disc anatomy across several animal species. 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society. , (2006).
- Elliott, D. M., Sarver, J. J. Young investigator award winner: validation of the mouse and rat disc as mechanical models of the human lumbar disc. Spine. 29 (7), 713-722 (2004).
- Ohnishi, T., et al. In vivo mouse intervertebral disc degeneration model based on a new histological classification. Plos One. 11 (8), 0160486 (2016).
- Vo, N., et al. Accelerated aging of intervertebral discs in a mouse model of progeria. Journal of Orthopaedic Research. 28 (12), 1600-1607 (2010).
- Oichi, T., et al. A mouse intervertebral disc degeneration model by surgically induced instability. Spine. 43 (10), 557-564 (2018).
- Ohnishi, T., Sudo, H., Tsujimoto, T., Iwasaki, N. Age-related spontaneous lumbar intervertebral disc degeneration in a mouse model. Journal of Orthopaedic Research. 36 (1), 224-232 (2018).
- Stern, W. E., Coulson, W. F. Effects of collagenase upon the intervertebral disc in monkeys. Journal of Neurosurgery. 44 (1), 32-44 (1976).
- Silva, M. J., Holguin, N. LRP5-deficiency in OsxCreERT2 mice models intervertebral disc degeneration by aging and compression. bioRxiv. , (2019).
- Nemoto, Y., et al. Histological changes in intervertebral discs after smoking and cessation: experimental study using a rat passive smoking model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 11 (2), 191-197 (2006).
- Mulholland, R. C. The myth of lumbar instability: the importance of abnormal loading as a cause of low back pain. European Spine Journal. 17 (5), 619-625 (2008).
- Bian, Q., et al. Mechanosignaling activation of TGFβ maintains intervertebral disc homeostasis. Bone Research. 5, 17008 (2017).
- Bian, Q., et al. Excessive activation of tgfβ by spinal instability causes vertebral endplate sclerosis. Scientific Reports. 6, 27093 (2016).
- Ni, S., et al. Sensory innervation in porous endplates by Netrin-1 from osteoclasts mediates PGE2-induced spinal hypersensitivity in mice. Nature Communications. 10 (1), 5643 (2019).
- Liu, S., Cheng, Y., Tan, Y., Dong, J., Bian, Q. Ligustrazine prevents intervertebral disc degeneration via suppression of aberrant tgfβ activation in nucleus pulposus cells. BioMed Research International. 2019, 5601734 (2019).
- Boos, N., et al. Classification of age-related changes in lumbar intervertebral discs: 2002 Volvo Award in basic science. Spine. 27 (23), 2631-2644 (2002).
- Miyamoto, S., Yonenobu, K., Ono, K. Experimental cervical spondylosis in the mouse. Spine. 16, 495-500 (1991).
