Мышь Модель поясничного позвоночника нестабильности
Summary
Мы разработали поясничную межпозвонковую модель дегенерации диска мыши путем ресекции L3-L5 спиновых процессов наряду с над- и межколовых связок и отслоения параспинозных мышц.
Abstract
Межпозвонковая дегенерация диска (IDD) является распространенным патологическим изменением, ведущим к боли в пояснице. Необходимы соответствующие модели животных для понимания патологических процессов и оценки новых препаратов. Здесь мы представили хирургически индуцированной поясничной нестабильности позвоночника (LSI) мыши модель, которая развивается IDD, начиная с 1 недели после операции. В деталях мышь под наркозом оперировали разрезом нижней части спинки спинного сустава, L3-L5 спинозговой экспозицией процессов, отслоением параспинозных мышц, ресекцией процессов и связок, закрытием кожи. Для наблюдения были выбраны L4-L5 IVD. Модель LSI развивает поясничный IDD по пористости и гипертрофии в конечных пластинах на ранней стадии, уменьшение объема межпозвонкового диска, усадка в ядре пульпу на промежуточной стадии, и потеря костной массы поясничных позвонков (L5) на более позднем этапе. Модель мыши LSI имеет преимущества сильной работы, не требует специального оборудования, воспроизводимости, недорогой, и относительно короткий период развития IDD. Тем не менее, операция LSI по-прежнему травма, которая вызывает воспаление в течение первой недели после операции. Таким образом, эта модель животного подходит для изучения поясничного IDD.
Introduction
Межпозвонковая дегенерация диска (IDD) широко наблюдается у пожилых людей и даже молодых людей, вызванных многимифакторами 1. Хирургия для пациентов, которые страдают от IDD, вызывая боли в пояснице и нарушения движения, как правило, выполняется на более поздней стадии или в тяжелых случаях и имеет потенциальные риски, такие как несоюз илиинфекция 2. Идеальное неосуществимое лечение требует всестороннего понимания механизма ИДД. Модель IDD животных служит важным инструментом для изучения механизма IDD и оценки лечения IDD.
Более крупные животные были выбраны для IDD моделей, таких как приматы, овцы, козы, собаки и кролики из-за их сходства с анатомической структурой человека в значительной степени и сильной оперируемости с точки зрения размера межпозвоночных дисков (IVDs)3,4,5,6,7,8. Тем не менее, эти модели животных являются трудоемкими и экономическиинтенсивными 9. Мышь IVD является плохое представление человека IVD на основе геометрических измерений соотношения сторон, ядра пульпус к соотношению области диска, и нормализованнойвысоты 10. Несмотря на разницу в размерах, мышь поясничного сегмента IVD обладает механическими свойствами, похожими на IVD человека, такими как сжатие и жесткостьксерсиона 11. Кроме того, модель мыши IDD имеет преимущество низкой стоимости, относительно короткие разработки IDD, и больше вариантов для генетически модифицированных животных и антител, используемых в дальнейшихмеханистических исследований 12,13,14,15.
Экспериментальные модели IDD отличаются от индукторов и приложений. Например, дегенерация внеклеточной матрицы (ECM), вызванная коллагеназой, подходит для исследования регенерации ECM16. Генетически модифицированный фенотип подходит для изучения функции гена в процессе IDD и в генетической терапии17. Annulus волокнистый разрез и дым модели имитируют травмы и не-воспаление индуцированной IDD12,18.
Нестабильность позвоночника (СИ) приводит к нестабильному позвоночнику, который находится не в оптимальном состоянии равновесия. Это может быть вызвано ненормальным движением поясничного сегмента движения из-за слабости окружающих поддерживающих тканей, таких как связки и мышцы. Он также часто видели после операции синтеза позвоночника19. SI считается основной причиной IDD. Таким образом, мы стремимся разработать модель СИ мышей (сосредоточены на поясничном отделе позвоночника), который имитирует процессидентификации человека 20,21.
В протоколе мы ввели процедуру установления поясничной нестабильности позвоночника (LSI) мышиной модели путем ресекции поясничной трети (L3) до поясничного пятого (L5) спинных процессов наряду с надпозиционными и межспинистыми связками(рисунок 1A,B). Модель животных развивает IDD уже через 1 неделю после операции, о чем свидетельствуют гипертрофия и пористость в конечных пластинах (EPs). Объем IVD начинает уменьшаться через 2 недели после операции в течение 16 недель вместе с увеличенным показателем IVD, что указывает на степень IDD. Мы считаем, что подробная и визуализирована процедура полезна для исследователей, чтобы установить модель мыши LSI в своей лаборатории и применять к исследованиям IDD по мере необходимости.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы разработали модель поясничной нестабильности позвоночника мыши на основе модели мыши шейного спондилоза, в которой задние парапозвонковые мышцы из позвонков были отделены и спинные процессы вместе с супраспинозными и межспыльными связками были resected25. Мы провели анал?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (81973607) и Основными исследованиями и разработками лекарственных препаратов (2019-X09201004-003-032) от Министерства науки и техники Китая.
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).
