En icke-invasiv metod för att generera den cykliska belastningsinducerade intraartikulära brosklesionsmodellen i råttknäet
Summary
Här presenterar vi den cykliska belastningsinducerade intraartikulära brosklesionsmodellen av råttknäet, genererad av 60 cykliska kompressioner över 20 N, vilket resulterar i skador på femoralt kondylarbrosk hos råttor.
Abstract
Patofysiologin för primär artros (OA) är fortfarande oklar. En specifik underklassificering av OA i relativt yngre åldersgrupper är dock sannolikt korrelerad med en historia av ledbroskskador och ligamentavulsion. Kirurgiska djurmodeller av OA i knäet spelar en viktig roll för att förstå uppkomsten och utvecklingen av posttraumatisk OA och hjälpa till att utveckla nya terapier för denna sjukdom. Icke-kirurgiska modeller har dock nyligen övervägts för att undvika traumatisk inflammation som kan påverka utvärderingen av interventionen.
I denna studie utvecklades en intraartikulär broskskada råttmodell inducerad av in vivo cyklisk tryckbelastning, vilket gjorde det möjligt för forskare att (1) bestämma den optimala storleken, hastigheten och varaktigheten av belastningen som kan orsaka fokal broskskada; (2) bedöma posttraumatiska spatiotemporala patologiska förändringar i kondrocytens vitalitet; och (3) utvärdera det histologiska uttrycket av destruktiva eller skyddande molekyler som är involverade i anpassnings- och reparationsmekanismerna mot gemensamma tryckbelastningar. Denna rapport beskriver det experimentella protokollet för denna nya broskskada i en råttmodell.
Introduction
Traditionellt har främre korsband (ACL) transsektion eller destabilisering av den mediala menisken ansetts vara optimal för att undersöka posttraumatisk artros (PTOA) hos små djur. Under de senaste åren har icke-invasiva cykliska kompressionsmodeller använts för att studera PTOA. Denna modell utformades ursprungligen för att undersöka det cancellösa bensvaret på mekanisk belastning1 och modifierades sedan som en icke-kirurgisk djurmodell för PTOA-studier 2,3,4,5,6. Motiveringen är att kollidera ledbrusk genom att applicera en periodisk yttre kraft, vilket utlöser en serie inflammatoriska svar. Denna modell har dock endast tillämpats på möss, och lämplig storlek på belastning på större djur har inte diskuterats.
Ett annat problem med den tidigare modellen är att högvolymprotokollet inkluderade för många cykler, vilket orsakade överdriven förtjockning av det subkondrala benet, en oönskad biverkning, i flera prover7. Därför utvecklades en ny metod för cyklisk kompression med lämplig storlek för stora djur och en lägre belastningsbieffekt8. Det övergripande målet med den aktuella artikeln är att beskriva protokollet för den icke-invasiva cykliska kompressionsmodellen hos råttor och observera de representativa resultaten av broskdegeneration. Det nuvarande protokollet skulle hjälpa läsare som är intresserade av tillämpningen av den icke-invasiva cykliska komprimeringsmodellen på råttor.
Protocol
Representative Results
Discussion
För första gången visar det aktuella protokollet hur man etablerar en modell av belastningsinducerad broskskada på den laterala lårbenskondylen hos råttor, liknande den intraartikulära skademodellen hos mindre gnagare som mus2. Belastningsprotokollet hos möss orsakade emellertid allvarlig osteofytbildning och korsbandsskador, vilket inte var idealiskt för att utvärdera effekterna av cyklisk kompression. Det nuvarande protokollet skapade en fokal broskskada hos råttor med en mycket lägr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes delvis av ett JSPS KAKENHI-bidrag (nummer JP18H03129 och JP18K19739).
Denna forskning fick också finansiering från Alliance for Regenerative Rehabilitation Research & Training (AR3T), som stöds av Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) och National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) från National Institutes of Health under prisnummer P2CHD086843. Innehållet är enbart författarnas ansvar och representerar inte nödvändigtvis de officiella åsikterna från 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).
