מודל כאב אוסטאוארתריטיס המושרה על ידי הזרקה תוך-מפרקית של מונו-יודואצטט בחולדות
Summary
מחקר זה מתאר את השיטה של הזרקה תוך-מפרקית של מונו-יודואצטט בחולדות ודן בהתנהגויות הקשורות לכאב כתוצאה מכך ובשינויים היסטופתולוגיים, המספקים סימוכין ליישומים עתידיים.
Abstract
ניתן לחלק את המודלים החייתיים הנוכחיים של דלקת מפרקים ניוונית (OA) למודלים ספונטניים ומודלים מושרים, שמטרתם לדמות את השינויים הפתופיזיולוגיים של OA אנושי. עם זאת, כתסמין העיקרי בשלב מאוחר של OA, הכאב משפיע על חיי היומיום של החולים, ואין הרבה מודלים זמינים. המודל המושרה על ידי מונו-יודואצטט (MIA) הוא מודל הכאב OA הנפוץ ביותר, המשמש בעיקר במכרסמים. MIA הוא מעכב של גליצרלדהיד-3-פוספט דהידרוגנאז, הגורם למוות של כונדרוציטים, ניוון סחוס, אוסטאופיט ושינויים מדידים בהתנהגות בעלי חיים. חוץ מזה, ניתן לזהות שינויי ביטוי של מטריקס מטאלופרוטינאז (MMP) וציטוקינים מעודדי דלקת (IL1 β ו- TNF α) במודל המושרה על ידי MIA. שינויים אלה עולים בקנה אחד עם תנאים פתופיזיולוגיים של OA בבני אדם, מה שמצביע על כך ש-MIA יכול לגרום למודל כאב OA מדיד ומוצלח. מחקר זה נועד לתאר את המתודולוגיה של הזרקה תוך-מפרקית של MIA בחולדות ולדון בהתנהגויות הקשורות לכאב ובשינויים היסטופתולוגיים הנובעים מכך.
Introduction
אוסטאוארתריטיס (OA) היא מחלת המפרקים הנפוצה ביותר בעולם, הפוגעת בכ-10-12% מאוכלוסיית המבוגרים1. המפרק המעורב ביותר הוא הברך, ול-OA יש שכיחות גבוהה יותר בקרב מבוגרים, במיוחד נשים2. כמחלה כרונית, OA מתפתחת בהדרגה במשך עשרות שנים לכשל במפרקים עם תסמינים כגון אובדן סחוס, דלקת סינוביאלית, אוסטאופיטוזה, ירידה בתפקוד וכאב כרוני3. על פי ארגון הבריאות העולמי (WHO), OA היא המחלה הרביעית בשכיחותה אצל נקבות והמחלה השמינית בשכיחותה אצל גברים. עד 2020, OA עשויה להפוך למחלה הרביעית הכי משביתה בבני אדם4. עם זאת, הטיפולים הזמינים כיום של OA מטפלים רק בסימפטומים ומאריכים את הזמן עד לניתוח החלפת מפרקים5.
OA ספונטני בחולים אנושיים לעתים קרובות לוקח זמן רב כדי לייצר סימפטומים קליניים כגון כאב הקשור למפרקים6. בשלבים המוקדמים של OA, הכאב הוא בדרך כלל לסירוגין והופך תכופים וחמורים יותר ככל שהמחלה מתקדמת, מה שהופך אותו לתלונה השלטת של חולים7. לכן, מודלים נרחבים של בעלי חיים לכאבי OA פותחו בחצי המאה האחרונה כדי לקדם טיפול לשיכוך כאבים. מודלים OA חולקו באופן קלאסי מודלים ספונטניים המושרה. מודלים ספונטניים כוללים מודלים טבעיים ומודלים מהונדסים גנטית, שיכולים לדמות בצורה קרובה יותר את מהלך ה- OA הראשוני בבני אדם8. בדרך כלל ניתן לחלק מודלים מושרים לשתי קטגוריות: 1) OA פוסט טראומטי המושרה על ידי ניתוח או טראומה אחרת; או 2) הזרקה תוך-מפרקית של חומרים כונדרוטוקסיים או מעודדי דלקת3. מודלים אלה מניחים בסיס למחקר הפתופיזיולוגי של OA ותורמים רבות לפיתוח תרופות להפחתת הכאב ולהגברת התפקוד.
לאחרונה, הגורם הנפוץ ביותר עבור מודלים OA הוא מונו-יודואצטט (MIA). MIA, מעכב של גליצרלדהיד-3-פוספט דהידרוגנאז, יכול לגרום לשינויים במטריצת הסחוס, השפלה, אובדן סחוס, סינוביטיס ושינויים אחרים, הדומים לשינויים הפתולוגיים של דלקת מפרקים ניוונית אנושית9. צוין כי הזרקה תוך-מפרקית של MIA גרמה לכאב מתמשך 28 יום לאחר מתן MIA, מה שמצביע על כך שמודל MIA עשוי להיות שימושי לחקר כאב נוסיצפטיבי כרוני10,11,12. במחקר זה, חולדות ספראג-דאולי זכרים קיבלו זריקות תוך-מפרקיות עם 0.5, 1.5 או 3 מ”ג של MIA במפרקי הברך. חומרת כאבי המפרקים הנגרמים על ידי MIA נמדדה על ידי הערכת רגישות מכנית ותרמית ב 1, 7, 14, 21, 28 ו -35 ימים לאחר הזריקות. על בסיס זה, 1.5 מ”ג של MIA נבחר כריכוז הסופי להערכת דפוסי הליכה ושינויים היסטולוגיים ב 28 ימים לאחר הזריקות.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודל החולדות של OA המושרה על ידי MIA הוא מודל מבוסס היטב, בשימוש נרחב. הזרקה תוך-מפרקית של MIA גורמת בתחילה לדלקת חמורה וחריפה, מה שמוליד את השלב הארוך והניווני של OA17,18. במחקר זה מדדנו את הרגישות הנוסיספטיבית של MWT ו-TWL, והערכנו שינויים בהליכה באמצעות מערכת הדמיה. ד…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי הקרן המחוזית למדעי הטבע של ג’ה-ג’יאנג של סין (מענק מספר: LY17H270016), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס’: 81774331, 81873049 ו-81673997), ופרויקט המדע והטכנולוגיה של מחוז ג’ג’יאנג לרפואה סינית מסורתית של סין (מענק מס’: 2013ZQ007 ו-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).
