Неинвазивный метод генерации модели внутрисуставного поражения внутрисуставного хряща крысы, вызванной циклической нагрузкой
Summary
Здесь мы представляем циклическую модель внутрисуставного хрящевого поражения колена крысы, вызванную циклической нагрузкой, вызванной 60 циклическими компрессиями более 20 Н, что приводит к повреждению бедренного кондилерного хряща у крыс.
Abstract
Патофизиология первичного остеоартрита (ОА) остается неясной. Однако специфическая подклассификация ОА в относительно более молодых возрастных группах, вероятно, коррелирует с историей повреждения суставного хряща и авульсии связок. Хирургические животные модели ОА колена играют важную роль в понимании начала и прогрессирования посттравматического ОА и помогают в разработке новых методов лечения этого заболевания. Тем не менее, недавно были рассмотрены нехирургические модели, чтобы избежать травматического воспаления, которое может повлиять на оценку вмешательства.
В этом исследовании была разработана модель внутрисуставного поражения хряща крыс, индуцированная циклической сжимающей нагрузкой in vivo , которая позволила исследователям (1) определить оптимальную величину, скорость и продолжительность нагрузки, которые могут вызвать очаговое повреждение хряща; (2) оценить посттравматические пространственно-временные патологические изменения жизнеспособности хондроцитов; и (3) оценить гистологическую экспрессию деструктивных или защитных молекул, которые участвуют в механизмах адаптации и восстановления против суставных сжимающих нагрузок. В этом отчете описывается экспериментальный протокол для этого нового поражения хряща на модели крысы.
Introduction
Традиционно трансекция передней крестообразной связки (ACL) или дестабилизация медиального мениска считается оптимальной для исследования посттравматического остеоартрита (ПТОА) у мелких животных. В последние годы для изучения ПТОА использовались неинвазивные циклические компрессионные модели. Эта модель была первоначально разработана для исследования реакции костной ткани на механическую нагрузку1, а затем была модифицирована как нехирургическая модель на животных для исследований PTOA 2,3,4,5,6. Обоснование состоит в том, чтобы столкнуть суставной хрящ путем применения периодической внешней силы, которая вызывает серию воспалительных реакций. Однако эта модель была применена только к мышам, и соответствующая величина нагрузки на более крупных животных не обсуждалась.
Другая проблема с предыдущей моделью заключается в том, что протокол большого объема включал слишком много циклов, что вызывало чрезмерное утолщение субхондральной кости, нежелательный побочный эффект, в нескольких образцах7. Поэтому был разработан новый метод циклического сжатия с соответствующей величиной для крупных животных и более низким побочным эффектом нагрузки8. Общей целью данной статьи является описание протокола неинвазивной циклической компрессионной модели у крыс и наблюдение за репрезентативными результатами дегенерации хряща. Текущий протокол поможет читателям, заинтересованным в применении неинвазивной модели циклического сжатия на крысах.
Protocol
Representative Results
Discussion
Впервые текущий протокол показывает, как установить модель вызванного нагрузкой поражения хряща на боковом мыщелке бедренной кости у крыс, аналогичную модели внутрисуставного повреждения у более мелких грызунов, таких как мышь2. Однако протокол загрузки у мышей вызывал т…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано грантом JSPS KAKENHI (номера JP18H03129 и JP18K19739).
Это исследование также получило финансирование от Альянса по исследованиям и обучению регенеративной реабилитации (AR3T), который поддерживается Национальным институтом детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD), Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (NINDS) и Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) Национальных институтов здравоохранения под номером награды P2CHD086843. Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения Национальных институтов здравоохранения.
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).
