Un modèle de souris de l’instabilité lombaire de colonne vertébrale
Summary
Nous avons développé un modèle lombaire de souris de dégénérescence intervertébrale de disque par résection des processus spinous de L3-L5 avec les ligaments supra- et inter-spinous et le détachement des muscles paraspinous.
Abstract
La dégénérescence intervertébral du disque (IDD) est un changement pathologique commun conduisant à des lalgies. Des modèles animaux appropriés sont souhaités pour comprendre les processus pathologiques et évaluer de nouveaux médicaments. Ici, nous avons introduit un modèle de souris d’instabilité lombaire de la colonne vertébrale (LSI) induit chirurgicalement qui développe idd à partir de 1 semaine après l’opération. Dans le détail, la souris sous anesthésie a été opérée par incision de la peau du bas du dos, L3-L5 processus épineux d’exposition, détachement des muscles paraspinous, résection des processus et des ligaments, et la fermeture de la peau. L4-L5 IVDs ont été choisis pour l’observation. Le modèle LSI développe l’IDD lombaire par porosité et hypertrophie dans les plaques d’extrémité à un stade précoce, diminution du volume du disque intervertébral, rétrécissement du noyau pulposus à un stade intermédiaire, et perte osseuse dans les vertèbres lombaires (L5) à un stade ultérieur. Le modèle de souris LSI a les avantages d’une forte opérabilité, aucune exigence d’équipement spécial, reproductibilité, peu coûteux, et relativement courte période de développement IDD. Cependant, l’opération de LSI est toujours un trauma qui cause l’inflammation dans la première semaine après opération. Ainsi, ce modèle animal convient à l’étude de l’IDD lombaire.
Introduction
La dégénérescence du disque intervertébral (IDD) est généralement observée chez le vieillissement et même chez les jeunes causée par de nombreuxfacteurs 1. La chirurgie pour les patients qui souffrent de DDI, causant des lingots et des mouvements altérés, est habituellement effectuée à un stade ultérieur ou dans des cas graves et a des risques potentiels tels que la non-union ou l’infection2. Un traitement non opératoire idéal exige une compréhension complète du mécanisme de la DDI. Le modèle animal idd sert d’outil crucial pour les études du mécanisme idd et l’évaluation du traitement de la DDI.
De plus grands animaux ont été choisis pour des modèles d’IDD tels que des primates, des moutons, des chèvres, des chiens, et des lapins en raison de leur similitude avec la structure anatomique humaine dans une large mesure et de la forte opérabilité en termes de taille des disques intervertébraux (IVDs)3,4,5,6,7,8. Cependant, ces modèles animaux sont longs et coûteux9. Mouse IVD est une mauvaise représentation de l’IVD humain basée sur des mesures géométriques du rapport d’aspect, du rapport de pulposus de noyau au rapport de zone de disque, et de la hauteurnormalisée 10. Malgré la différence de taille, le segment ivd lombaire de souris présente des propriétés mécaniques semblables à la DIV humaine comme la compression et la rigidité de torsion11. En outre, le modèle idd de souris a l’avantage du développement à faible coût, relativement court d’IDD, et plus d’options pour les animaux génétiquement modifiés et les anticorps utilisés dans d’autres études mécanistes12,13,14,15.
Les modèles d’IDD induits par l’expérimentation varient des inducteurs et des applications. Par exemple, la dégénérescence extracellulaire induite par la collagène (ECM) est appropriée pour la recherche sur la régénération ecm16. Le phénotype génétiquement modifié est approprié pour étudier la fonction génétique dans le processus d’IDD et dans les thérapies génétiques17. Les modèles annulaires d’incision fibreuse et de fumée imitent le trauma et la non-inflammation induite IDD12,18.
L’instabilité spinale (SI) conduit à une colonne vertébrale instable qui n’est pas dans un état optimal d’équilibre. Il peut être causé par un mouvement anormal d’un segment de mouvement lombaire en raison de la faiblesse du tissu de soutien environnant comme les ligaments et les muscles. Il est également communément vu après opération de fusion spinale19. Si est considéré comme la principale cause de la DDI. Par conséquent, nous visons à développer un modèle de souris SI (axé sur la colonne lombaire) qui imite le processus iddhumain 20,21.
Dans le protocole, nous avons introduit la procédure d’établissement de l’instabilité lombaire spinale (LSI) modèle de souris par la résection du tiers lombaire (L3) à lombaire cinquième (L5) processus épineux avec les ligaments supraspinous et interspinous (Figure 1A,B). Le modèle animal développe la DDI dès 1 semaine après la chirurgie, comme le montrent l’hypertrophie et la porosité dans les plaques d’extrémité (EP). Le volume ivd commence à diminuer 2 semaines après chirurgie par 16 semaines avec le score accru de IVD, qui indique le degré d’IDD. Nous croyons que la procédure détaillée et visualisée est utile pour les chercheurs d’établir le modèle de souris LSI dans leur laboratoire et de s’appliquer à la recherche idd au besoin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons développé le modèle lombaire de souris d’instabilité de colonne vertébrale basé sur le modèle cervical de souris de spondylosis dans lequel les muscles paravertebral postérieur des vertèbres ont été détachés et les processus épineux avec les ligaments supraspinous et interspinous ont été réséqués25. Nous avons effectué une opération similaire sur la colonne lombaire, qui a des processus épineux plus importants. Le modèle de souris LSI a développé une IDD simil…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ces travaux ont été soutenus par la National Natural Science Foundation of China (81973607) et Essential Drug Research and Development (2019ZX09201004-003-032) du ministère chinois des Sciences et de la Technologie.
Materials
| Chlortetracycline Hydrochloride Eye Ointment | Shanghai General Pharmaceutical Co., Ltd. | H31021931 | Prevent eye dry, Prevent wound infection |
| C57BL/6J male mice | Tian-jiang Pharmaceuticals Company (Jiangsu, CN) | SCXK2018-0004 | Animal model |
| Disposable medical towel | Henan Huayu Medical Devices Co., Ltd. | 20160090 | Platform for surgical operation |
| Inhalant anesthesia equipment | MIDMARK | Matrx 3000 | Anesthesia |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd. | 1903715 | Anesthesia |
| Lidocaine hydrochloride | Shandong Hualu Pharmaceutical Co., Ltd. | H37022839 | Pain relief |
| Medical suture needle | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 20S0401J | Suture skin |
| Ophthalmic forceps | Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory | JD1050 | Clip the skin |
| Ophthalmic scissors(10cm) | Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory | Y00030 | Skin incision |
| silk braided | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 11V0820 | Suture skin |
| Small animal trimmer | Shanghai Feike Electric Co., Ltd. | FC5910 | Hair removal |
| Sterile surgical blades(12#) | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | 35T0707 | Muscle incision |
| Veet hair removal cream | RECKITT BENCKISER (India) Ltd | NA | Hair removal |
| Venus shears | Mingren medical equipment | Length:12.5cm | Clip the muscle and spinous process |
References
- Makino, H., et al. Lumbar disc degeneration progression in young women in their 20’s: a prospective ten-year follow up. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 22 (4), 635-640 (2017).
- Lee, Y. C., Zotti, M. G. T., Osti, O. L. Operative management of lumbar degenerative disc disease. Asian Spine Journal. 10 (4), 801-819 (2016).
- Wei, F., et al. In vivo experimental intervertebral disc degeneration induced by bleomycin in the rhesus monkey. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 340 (2014).
- Lim, K. Z., et al. Ovine lumbar intervertebral disc degeneration model utilizing a lateral retroperitoneal drill bit injury. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (123), e55753 (2017).
- Zhang, Y., et al. Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model. Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).
- Bergknut, N., et al. The dog as an animal model for intervertebral disc degeneration. Spine. 37 (5), 351-358 (2012).
- Kong, M. H., et al. Rabbit Model for in vivo Study of Intervertebral Disc Degeneration and Regeneration. Journal of Korean Neurosurgical Society. 44 (5), 327-333 (2008).
- Gullbrand, S. E., et al. A large animal model that recapitulates the spectrum of human intervertebral disc degeneration. Osteoarthritis and Cartilage. 25 (1), 146-156 (2017).
- Jin, L., Balian, G., Li, X. J. Animal models for disc degeneration-an update. Histology and Histopathology. 33 (6), 543-554 (2018).
- O’Connell, G. D., Vresilovic, E. J., Elliott, D. M. Comparative intervertebral disc anatomy across several animal species. 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society. , (2006).
- Elliott, D. M., Sarver, J. J. Young investigator award winner: validation of the mouse and rat disc as mechanical models of the human lumbar disc. Spine. 29 (7), 713-722 (2004).
- Ohnishi, T., et al. In vivo mouse intervertebral disc degeneration model based on a new histological classification. Plos One. 11 (8), 0160486 (2016).
- Vo, N., et al. Accelerated aging of intervertebral discs in a mouse model of progeria. Journal of Orthopaedic Research. 28 (12), 1600-1607 (2010).
- Oichi, T., et al. A mouse intervertebral disc degeneration model by surgically induced instability. Spine. 43 (10), 557-564 (2018).
- Ohnishi, T., Sudo, H., Tsujimoto, T., Iwasaki, N. Age-related spontaneous lumbar intervertebral disc degeneration in a mouse model. Journal of Orthopaedic Research. 36 (1), 224-232 (2018).
- Stern, W. E., Coulson, W. F. Effects of collagenase upon the intervertebral disc in monkeys. Journal of Neurosurgery. 44 (1), 32-44 (1976).
- Silva, M. J., Holguin, N. LRP5-deficiency in OsxCreERT2 mice models intervertebral disc degeneration by aging and compression. bioRxiv. , (2019).
- Nemoto, Y., et al. Histological changes in intervertebral discs after smoking and cessation: experimental study using a rat passive smoking model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 11 (2), 191-197 (2006).
- Mulholland, R. C. The myth of lumbar instability: the importance of abnormal loading as a cause of low back pain. European Spine Journal. 17 (5), 619-625 (2008).
- Bian, Q., et al. Mechanosignaling activation of TGFβ maintains intervertebral disc homeostasis. Bone Research. 5, 17008 (2017).
- Bian, Q., et al. Excessive activation of tgfβ by spinal instability causes vertebral endplate sclerosis. Scientific Reports. 6, 27093 (2016).
- Ni, S., et al. Sensory innervation in porous endplates by Netrin-1 from osteoclasts mediates PGE2-induced spinal hypersensitivity in mice. Nature Communications. 10 (1), 5643 (2019).
- Liu, S., Cheng, Y., Tan, Y., Dong, J., Bian, Q. Ligustrazine prevents intervertebral disc degeneration via suppression of aberrant tgfβ activation in nucleus pulposus cells. BioMed Research International. 2019, 5601734 (2019).
- Boos, N., et al. Classification of age-related changes in lumbar intervertebral discs: 2002 Volvo Award in basic science. Spine. 27 (23), 2631-2644 (2002).
- Miyamoto, S., Yonenobu, K., Ono, K. Experimental cervical spondylosis in the mouse. Spine. 16, 495-500 (1991).
