Semi-automatisées longitudinale axée sur les Microcomputed tomographie Quantitative analyse structurale d’un modèle de Rat nu Fracture vertébrale liée à l’ostéoporose
Summary
Le but du présent protocole est de générer un modèle de fractures vertébrales liées à l’ostéoporose rat nu qui peut être évalués longitudinalement en vivo à l’aide d’une microcomputed semi-automatique axée sur la tomographie quantitative analyse structurale.
Abstract
Fractures vertébrales liées à l’ostéoporose (OVCFs) sont un besoin commun et cliniquement non satisfait avec l’augmentation de la prévalence dans le vieillissement de la population mondiale. Des modèles animaux de FOCR sont essentiels pour le développement préclinique de stratégies ingénierie tissulaire translationnelle. Alors qu’un certain nombre de modèles existe actuellement, ce protocole décrit une méthode optimisée pour induire de multiples défauts vertébraux hautement reproductibles dans un seul rat nu. Une tomographie de roman microcomputed semi-automatique longitudinale (µCT)-base d’une analyse structurelle quantitative des anomalies vertébrales est aussi détaillée. Brièvement, des rats ont été projetés à plusieurs points de temps post-op. L’analyse du jour 1 a été réorientée vers une position standard, et un volume standard d’intérêt a été défini. Scans µCT ultérieures de chaque rat ont été enregistrées automatiquement à l’analyse de la journée 1 donc le même volume d’intérêt a été ensuite analysé pour évaluer d’une néo-formation osseuse. Cette approche versatile adaptable à une variété d’autres modèles où analyse longitudinale axée sur l’imagerie pourrait profiter d’un alignement semi-automatique 3D précis. Globalement, ce protocole décrit un système facilement quantifiable et facilement reproductible pour la recherche sur l’ostéoporose et l’OS. Le protocole suggéré prend 4 mois pour induire l’ostéoporose dans nues ovariectomisées et entre 2,7 et 4 h à générer, d’images et d’analyser les deux défauts vertébraux, selon la taille du tissu et du matériel.
Introduction
Plus de 200 millions de personnes dans le monde souffrent d’ostéoporose1. Pathologique sous-jacent diminution de la densité minérale osseuse (DMO) et microarchitecture osseuse altérée augmenter la fragilité osseuse et, par conséquent, le risque relatif de fracture2. L’ostéoporose est tellement répandue et nuisible à la santé que l’OMS a défini un problème majeur de santé publique. En outre, comme la population mondiale est prévue pour l’âge, l’ostéoporose devrait devenir encore plus fréquente.
Fractures vertébrales ostéoporotiques sont les fractures de fragilité plus courants, estimées à plus de 750 000 par an aux Etats-Unis. Ils sont associés à une morbidité significative et aussi bien comme une mortalité plus élevée de neuf fois taux3. Dans les essais cliniques, actuellement disponibles interventions chirurgicales, telles que la vertébroplastie et en kyphoplastie, se sont avérées pour être pas plus efficace qu’une imposture traitement4,5, laissant seulement gestion de la douleur disponible pour ces patients. Les traitements actuels de FOCR étant limitées, il est impératif de développer un modèle animal qui peut répliquer le trouble6,7,8. Ces modèles animaux pourraient faciliter tant l’enquête sur les méthodes actuelles de traitement et le développement de nouvelles thérapies qui se traduira en pratique clinique. L’ostéoporose a été induite et maintenue chez les animaux de modèle par le biais de l’administration d’un régime faible en calcium (LCD) en combinaison avec une ovariectomie1,9,10,11, 12 , 13 , 14 , 15. pour davantage de modéliser la perte osseuse associée à OVCFs, défauts osseux vertébral ont été établis dans des rats immunocompétents ostéoporotiques 16,17,18,19, 20,21,22,23,24. Dans ce travail, un modèle de défaut vertébral de rats immunodéprimés atteints d’ostéoporose modélisé est présenté. Ce nouveau modèle peut servir à évaluer les thérapies à base cellulaire impliquant des cellules souches provenant de diverses sources et espèces pour la réparation des fractures difficiles, tels que OVCFs.
L’imagerie osseuse est une partie cruciale de l’évaluation des maladies osseuses et des fractures. Les méthodes d’imagerie avancées ont été développés pour l’évaluation précise de la modification de la structure osseuse et de stratégies de régénération25. Parmi eux, l’imagerie µCT a émergé comme une méthode non invasive, facile à utiliser et peu coûteuse qui fournit des images 3D à haute résolution. L’imagerie µCT a plusieurs avantages par rapport aux autres modalités dans l’évaluation des patients atteints d’ostéoporose, qui offre une haute résolution 3D bone microarchitecture26 qui peuvent ensuite être quantitativement analysés. Ce dernier peut alors servir à comparer les effets thérapeutiques des traitements proposés. En effet, l’imagerie in vivo µCT est un étalon-or pour la régénération de défaut vertébral suivi1,16,27. Cependant, quelques publications28,29,30,31 ont utilisé des outils d’enregistrement automatisé pour réduire la dépendance par rapport à l’utilisateur, interpolation, précision erreur et µCT analyse axée sur l’imagerie. Récemment, nous avons été les premiers à utiliser une procédure d’enregistrement pour améliorer l’analyse de la régénération osseuse dans un OS Standard Sub, comme expliqué dans ce protocole32 .
La méthode décrite ici peut être utilisé pour étudier l’effet des thérapies cellulaires roman pour OVCFs, sans être gêné par le hôte réponses de cellules T qui pourraient rejeter xénogéniques ou allogéniques de cellules. L’ostéoporose est induite chez de jeunes rats par ovariectomie (OVX) et un écran LCD de 4 mois. Le jeune âge des rats OVX, combinée avec l’écran LCD, nous permis d’atteindre une masse osseuse basse pointe, imitant l’ostéoporose postménopausique par menant à la perte osseuse irréversible. Cela peut s’expliquer en partie par le fait que, au cours de l’écran LCD et à environ 3 mois d’âge, la transition de rats de l’os de modélisation de remodelage de phase à la vertèbre lombaire33, ce qui augmente la probabilité de maintenir l’ostéoporose au cours temps. À l’aide de jeunes animaux rend ce modèle plus économique, car ils coûtent moins cher. Néanmoins, il est limité par intrinsèquement sans compter les changements biologiques chez l’animal de vieillissement.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’ostéoporose est la cause la plus répandue des fractures vertébrales causées par une augmentation de la charge sur la colonne vertébrale et qui aboutissent à l’effondrement du corps vertébral. Toutefois, il est pratiquement impossible de générer une blessure à un rongeur qui réplique authentiquement une semblable tassements vertébraux. Au lieu de cela, chercheurs en créant un vide cylindrique dans le centre du corps vertébral pour imiter OVCFs16,17</…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La recherche a été financée par une subvention de la California Institute for Regenerative Medicine (CIRM) (TR2-01780).
Materials
| Isoflurane | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 501017 | |
| BetadineSolution | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 4677 | |
| Chlorhexidine Gluconate2%scrub | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 510083 | |
| Isopropyl Alcohol 70%-quart | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 501044 | |
| Carprofen | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 26357 | |
| Buprenorphine0.3mg/mL | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 56163 | |
| Ovariectomized Athymic nude rats | Harlan Laboratories, Indianapolis, IN | Hsd:RH-Foxn1 rnu | |
| Low calcium food | Newco Distributors, Inc., CA | 1814948 (5AV8 AIN-93M w/low calcium) | |
| Phosphate Buffered Saline | Life Technologies Corporation | 14190250 | |
| Dermabond | J AND J ETHICON | DHVM12 | |
| Anesthesia machine | Patterson Scientific | TEC 3EX | |
| Slide Top Induction Chambers | Patterson Scientific | 78917833 | |
| ProStation Heated Workstation | Patterson Scientific | 78914731 | |
| Surgical drape | HALYARD HEALTH INC | 89101 | |
| Magnetic fixator retraction system | Fine Science Tools, Inc., CA | 18200-50 | |
| Dissecting Scissors, 10cm, Curved, SS | World Precision Instruments, FL | 14394 | |
| Iris Scissors, 11.5cm, 45°Angle, Serrated, Sharp/Sharp | World Precision Instruments, FL | 503225 | |
| Forceps, no. 5 | World Precision Instruments, FL | 555048FT | |
| Micro Mosquito Hemostatic Forceps | World Precision Instruments, FL | 503360 | |
| Sterile cotton gauze | Medtronic, MINNEAPOLIS, MN | 9024 | |
| Absorption Spears – Mounted/Sterile | Fine Science Tools, CA | 18105-01 | |
| Syringe, 1 ml | TERUMO TERUMO MED | SS-01T | |
| Needle, 25gauge | BD MED SYS INJECTION SYS | 305127 | |
| Laminar flow hood | Baker | SterilGARD e3-Class II Type A2 Biosafety Cabinet | |
| Thermal Cautery Unit | World Precision Instruments, FL | 501292 | |
| Micro-Drill OmniDrill115/230V | World Precision Instruments, FL | 503598 | |
| Trephines for Micro Drill, 2mm diameter | Fine Science Tools, CA | 18004-20 | |
| 3-0 Vicryl undyed 27” SH taper | J AND J ETHICON | 1663G | |
| 4-0 Ethilon black 18” PC3 conventional cutting | J AND J ETHICON | 1954G | |
| Conebeam in vivo microCT (vivaCT 40) | Scanco Medical | vivaCT 40 | |
| SCANCO Medical microCT systems software suite | Scanco Medical | vivaCT 40 | |
| Analyze software | Biomedical Imaging, Mayo Clinic, Rochester, MN | Analyze 12 | Image analysis software |
| Veterenery eye ointment | |||
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