نموذج ألم هشاشة العظام الناجم عن الحقن داخل المفصل من أحادي يودواسيتات في الفئران
Summary
تصف هذه الدراسة طريقة الحقن داخل المفصل لأحادي يودواسيتات في الفئران وتناقش السلوكيات الناتجة المرتبطة بالألم والتغيرات النسيجية المرضية ، والتي توفر مراجع للتطبيقات المستقبلية.
Abstract
يمكن تقسيم النماذج الحيوانية الحالية لالتهاب المفاصل العظمي (OA) إلى نماذج عفوية ونماذج مستحثة ، وكلاهما يهدف إلى محاكاة التغيرات الفيزيولوجية المرضية لالتهاب المفاصل البشري. ومع ذلك ، كعرض رئيسي في المرحلة المتأخرة من هشاشة العظام ، يؤثر الألم على الحياة اليومية للمرضى ، ولا توجد العديد من النماذج المتاحة. النموذج الناجم عن أحادي يودواسيتات (MIA) هو نموذج ألم الزراعة العضوية الأكثر استخداما ، ويستخدم بشكل رئيسي في القوارض. MIA هو مثبط لهيدروجيناز الجلسرينالديهيد -3 فوسفات ، والذي يسبب موت الخلايا الغضروفية ، تنكس الغضروف ، هشاشة العظام ، والتغيرات القابلة للقياس في سلوك الحيوان. إلى جانب ذلك ، يمكن اكتشاف تغيرات التعبير عن مصفوفة ميتالوبروتيناز (MMP) والسيتوكينات المؤيدة للالتهابات (IL1 β و TNF α) في النموذج الذي يسببه MIA. تتوافق هذه التغييرات مع الظروف الفيزيولوجية المرضية OA في البشر ، مما يشير إلى أن MIA يمكن أن يحفز نموذج ألم OA قابل للقياس وناجح. تهدف هذه الدراسة إلى وصف منهجية الحقن داخل المفصل ل MIA في الفئران ومناقشة السلوكيات الناتجة المرتبطة بالألم والتغيرات النسيجية المرضية.
Introduction
هشاشة العظام (OA) هو مرض المفاصل الأكثر شيوعا في العالم ، حيث يؤثر على ما يقدر بنحو 10-12٪ من السكان لدى البالغين1. المفصل الأكثر مشاركة بشكل عام هو الركبة ، و OA لديه نسبة أعلى في كبار السن ، وخاصة النساء2. كمرض مزمن ، يتطور التهاب المفاصل تدريجيا على مدى عقود إلى فشل المفاصل مع أعراض مثل فقدان الغضروف ، والالتهاب الزليلي ، وهشاشة العظام ، وانخفاض الوظيفة ، والألم المزمن3. وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، فإن الزراعة العضوية هي رابع أكثر الأمراض انتشارا بين الإناث وثامن أكثر الأمراض انتشارا عند الذكور. بحلول عام 2020 ، قد يصبح OA رابع أكثر الأمراض إعاقة لدى البشر4. ومع ذلك ، فإن العلاجات المتاحة حاليا من الزراعة العضوية تعالج الأعراض فقط وتمدد الوقت حتى جراحة استبدال المفاصل5.
غالبا ما يستغرق OA التلقائي في المرضى من البشر وقتا طويلا لإنتاج أعراض سريرية مثل الألم المرتبط بالمفاصل6. في المراحل المبكرة من هشاشة العظام ، عادة ما يكون الألم متقطعا ويصبح أكثر تواترا وشدة مع تقدم المرض ، مما يجعله الشكوى السائدة للمرضى7. لذلك ، تم تطوير نماذج حيوانية واسعة النطاق لألم هشاشة العظام على مدى نصف القرن الماضي لتعزيز علاج تخفيف الآلام. تم تقسيم نماذج الزراعة العضوية بشكل كلاسيكي إلى نماذج عفوية ومستحثة. تشمل النماذج التلقائية النماذج التي تحدث بشكل طبيعي والنماذج المعدلة وراثيا ، والتي يمكن أن تحاكي عن كثب مسار الزراعة العضوية الأولية في البشر8. يمكن تقسيم النماذج المستحثة بشكل عام إلى فئتين: 1) الزراعة العضوية بعد الصدمة الناجمة عن الجراحة أو غيرها من الصدمات. أو 2) الحقن داخل المفصل للمواد السامة للغضروف أو المؤيدة للالتهابات3. تضع هذه النماذج أساسا للدراسة الفيزيولوجية المرضية ل OA وتساهم بشكل كبير في تطوير الأدوية لتقليل الألم وزيادة الوظيفة.
في الآونة الأخيرة ، كان المحفز الأكثر استخداما لنمذجة الزراعة العضوية هو أحادي يودواسيتات (MIA). MIA ، مثبط لهيدروجيناز الجلسرينالدهيد -3 فوسفات ، يمكن أن يسبب تغيرات في مصفوفة الغضروف ، والتدهور ، وفقدان الغضروف ، والتهاب الغشاء المفصلي وغيرها من التغييرات ، والتي تشبه التغيرات المرضية لالتهاب المفاصل البشري9. وقد لوحظ أن الحقن داخل المفصل من MIA تسبب في ألم مستمر في 28 يوما بعد إعطاء MIA ، مما يشير إلى أن نموذج MIA قد يكون مفيدا للتحقيق في ألم مسبب للألم المزمن10،11،12. في هذه الدراسة ، تلقى ذكور فئران Sprague-Dawley حقنا داخل المفصل مع 0.5 أو 1.5 أو 3 ملغ من MIA في مفاصل الركبة. تم قياس شدة آلام المفاصل التي يسببها MIA من خلال تقييم الحساسية الميكانيكية والحرارية في 1 و 7 و 14 و 21 و 28 و 35 يوما بعد الحقن. على هذا الأساس ، تم اختيار 1.5 ملغ من MIA كتركيز نهائي لتقييم أنماط المشي والتغيرات النسيجية في 28 يوما بعد الحقن.
Protocol
Representative Results
Discussion
نموذج الفئران من الزراعة العضوية التي يسببها MIA هو نموذج راسخ ومستخدم على نطاق واسع. يسبب الحقن داخل المفصل من MIA في البداية التهابا حادا وحادا ، مما يؤدي إلى المرحلة الأطول والتنكسية من OA17,18. في هذا البحث ، قمنا بقياس حساسية مسبب للألم بواسطة MWT و TWL ، وقمنا بت…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذه الدراسة من قبل مؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة تشجيانغ في الصين (رقم المنحة: LY17H270016) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم المنحة: 81774331 و 81873049 و 81673997) ، ومشروع العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة تشجيانغ للطب الصيني التقليدي في الصين (رقم المنحة: 2013ZQ007 و 2016ZZ011).
Materials
| Anti-Collagen II antibody | Abcam(UK) | 34712 | Primary antibody for immunohistochemistry (IHC) |
| Anti-Collagen X (Col10) antibody | Abcam(UK) | 49945 | Primary antibody for IHC |
| DigiGait Imaging System | Mouse Specifics (Boston, MA, USA) | Equipment for gait patterns analyses | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | The dye for HE staining |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | The dye for SO staining |
| Goat anti-mouse antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9002 | Secondary antibody for IHC |
| Goat anti-rabbit antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9001 | Secondary antibody for IHC |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3163 | The dye for HE staining |
| MIA | Sigma-Aldrich | I4386-10G | powder |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) | 69926 | Primary antibody for IHC |
| Modular tissue embedding center | Thermo Fisher Scientific (USA) | EC 350 | Produce paraffin blocks. |
| Plantar Test apparatus | UgoBasile (Italy) | 37370 | Equipment for TWL assay |
| PrimeScript RT reagent Kit (Perfect Real Time) | TaKaRa Biotechnology Co. Ltd. (Dalian, China) | RR037A | Extracte total RNA from cultured cells |
| Rotary and Sliding Microtomes | Thermo Fisher Scientific (USA) | HM325 | Precise paraffin sections. |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | The dye for SO staining |
| Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (Japan) | Vacuum Infiltration Processor |
References
- Hunter, D. J., Schofield, D., Callander, E. The individual and socioeconomic impact of osteoarthritis. Nature Reviews Rheumatology. 10 (7), 437-441 (2014).
- Neogi, T. The epidemiology and impact of pain in osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 21 (9), 1145-1153 (2013).
- Teeple, E., Jay, G. D., Elsaid, K. A., Fleming, B. C. Animal models of osteoarthritis: challenges of model selection and analysis. AAPS Journal. 15 (2), 438-446 (2013).
- Woolf, A. D., Pfleger, B. Burden of major musculoskeletal conditions. Bulletin of the World Health Organization. 81 (9), 646-656 (2003).
- Bijlsma, J. W., Berenbaum, F., Lafeber, F. P. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet. 377 (9783), 2115-2126 (2011).
- McCoy, A. M. Animal Models of Osteoarthritis: Comparisons and Key Considerations. Veterinary Pathology. 52 (5), 803-818 (2015).
- O’Neill, T. W., Felson, D. T. Mechanisms of Osteoarthritis (OA) Pain. Current Osteoporosis Reports. 16 (5), 611-616 (2018).
- Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, 19 (2016).
- Takahashi, I., Matsuzaki, T., Hoso, M. Long-term histopathological developments in knee-joint components in a rat model of osteoarthritis induced by monosodium iodoacetate. Journal of Physical Therapy Science. 29 (4), 590-597 (2017).
- Liu, P., et al. Ongoing pain in the MIA model of osteoarthritis. Neuroscience Letters. 493 (3), 72-75 (2011).
- Combe, R., Bramwell, S., Field, M. J. The monosodium iodoacetate model of osteoarthritis: a model of chronic nociceptive pain in rats. Neuroscience Letters. 370 (2-3), 236-240 (2004).
- Pomonis, J. D., et al. Development and pharmacological characterization of a rat model of osteoarthritis pain. Pain. 114 (3), 339-346 (2005).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Mankin, H. J., Dorfman, H., Lippiello, L., Zarins, A. Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. II. Correlation of morphology with biochemical and metabolic data. Journal of Bone and Joint Surgery. 53 (3), 523-537 (1971).
- Yan, L., et al. Chondroprotective effects of platelet lysate towards monoiodoacetate-induced arthritis by suppression of TNF-α-induced activation of NF-ĸB pathway in chondrocytes. Aging. 11 (9), 2797-2811 (2019).
- Yan, B., et al. Intra-Articular Injection of Extract Attenuates Pain Behavior and Cartilage Degeneration in Mono-Iodoacetate Induced Osteoarthritic Rats. Frontiers in Pharmacology. 9, 1360 (2018).
- Wang, C., et al. Agkistrodon ameliorates pain response and prevents cartilage degradation in monosodium iodoacetate-induced osteoarthritic rats by inhibiting chondrocyte hypertrophy and apoptosis. Journal of Ethnopharmacology. 231, 545-554 (2019).
- Yamada, E. F., et al. Evaluation of monosodium iodoacetate dosage to induce knee osteoarthritis: Relation with oxidative stress and pain. International Journal of Rheumatic Diseases. 22 (3), 399-410 (2019).
- Schuelert, N., McDougall, J. J. Electrophysiological evidence that the vasoactive intestinal peptide receptor antagonist VIP6-28 reduces nociception in an animal model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 14 (11), 1155-1162 (2006).
- Lee, S. E. Choline, an alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist, alleviates hyperalgesia in a rat osteoarthritis model. Neuroscience Letters. 548, 291-295 (2013).
- Piesla, M. J., et al. Abnormal gait, due to inflammation but not nerve injury, reflects enhanced nociception in preclinical pain models. Brain Research. 1295, 89-98 (2009).
- Udo, M., et al. Monoiodoacetic acid induces arthritis and synovitis in rats in a dose- and time-dependent manner: proposed model-specific scoring systems. Osteoarthritis and Cartilage. 24 (7), 1284-1291 (2016).
- Guingamp, C., et al. Mono-iodoacetate-induced experimental osteoarthritis: a dose-response study of loss of mobility, morphology, and biochemistry. Arthritis & Rheumatism. 40 (9), 1670-1679 (1997).
- Jeong, J. H., et al. Eupatilin Exerts Antinociceptive and Chondroprotective Properties in a Rat Model of Osteoarthritis by Downregulating Oxidative Damage and Catabolic Activity in Chondrocytes. PLoS ONE. 10 (6), 0130882 (2015).
- Cook, J. L., et al. Animal models of cartilage repair. Bone & Joint Research. 3 (4), 89-94 (2014).
- Little, C. B., Zaki, S. What constitutes an “animal model of osteoarthritis”–the need for consensus. Osteoarthritis and Cartilage. 20 (4), 261-267 (2012).
