Un modelo de ratón de inestabilidad lumbar de la columna vertebral
Summary
Desarrollamos un modelo de ratón de degeneración de disco intervertebral lumbar mediante la resección de procesos espinosos L3-L5 junto con ligamentos supra-e interespinosos y desprendimiento de músculos paraspinosos.
Abstract
La degeneración intervertebral del disco (IDD) es un cambio patológico común que conduce al dolor lumbar. Se desean modelos animales apropiados para entender los procesos patológicos y evaluar nuevos fármacos. Aquí, introdujimos un modelo de ratón de inestabilidad lumbar (LSI) inducido quirúrgicamente que desarrolla IDD a partir de 1 semana después de la operación. En detalle, el ratón bajo anestesia fue operado por incisión de la piel de espalda baja, exposición a procesos espinosos L3-L5, desprendimiento de músculos paraspinos, resección de procesos y ligamentos, y cierre de la piel. L4–L5 IVDs fueron elegidos para la observación. El modelo LSI desarrolla IDD lumbar por porosidad e hipertrofia en placas finales en una etapa temprana, disminución en el volumen de disco intervertebral, contracción en el núcleo pulposo en una etapa intermedia, y pérdida ósea en vértebras lumbares (L5)en una etapa posterior. El modelo de ratón LSI tiene las ventajas de una fuerte operatividad, sin necesidad de equipos especiales, reproducibilidad, barato y período relativamente corto de desarrollo de IDD. Sin embargo, la operación de LSI sigue siendo un trauma que causa inflamación dentro de la primera semana después de la operación. Por lo tanto, este modelo animal es adecuado para el estudio de IDD lumbar.
Introduction
La degeneración intervertebral del disco (IDD) se observa comúnmente en el envejecimiento e incluso en los jóvenes causados por muchos factores1. La cirugía para pacientes que sufren de IDD, causando dolor lumbar y movimiento deteriorado, generalmente se realiza en una etapa posterior o en casos graves y tiene riesgos potenciales como no unión o infección2. El tratamiento no operativo ideal requiere una comprensión integral del mecanismo IDD. El modelo animal IDD sirve como una herramienta crucial para los estudios del mecanismo IDD y la evaluación del tratamiento con IDD.
Los animales más grandes han sido elegidos para modelos IDD como primates, ovejas, cabras, perros y conejos debido a su similitud con la estructura anatómica humana en gran medida y la fuerte operatividad en términos de tamaño de discos intervertebrales (IVDs)3,4,5,6,7,8. Sin embargo, estos modelos animales consumen mucho tiempo y consumen un costo de9. La IVD del ratón es una mala representación de la IVD humana basada en mediciones geométricas de la relación de aspecto, relación de área de núcleo pulposo a disco y altura normalizada10. A pesar de la diferencia de tamaño, el segmento IVD lumbar del ratón exhibe propiedades mecánicas similares a la IVD humana como compresión y rigidez de torsión11. Además, el modelo IDD del ratón tiene la ventaja del desarrollo de IDD de bajo costo, relativamente corto, y más opciones para animales y anticuerpos genéticamente modificados utilizados en otros estudios mecanicistas12,13,14,15.
Los modelos de IDD inducidos experimentalmente varían de los inductores y las aplicaciones. Por ejemplo, la degeneración de la matriz extracelular (ECM) inducida por colágenona es adecuada para la investigación de regeneración ecm16. El fenotipo modificado genéticamente es adecuado para estudiar la función génica en el proceso IDD y en terapias genéticas17. Los modelos de incisión fibrosa y humo annulus imitan el trauma y la IDD inducida por no inflamación12,18.
La inestabilidad espinal (SI) conduce a una columna vertebral inestable que no está en un estado óptimo de equilibrio. Puede ser causado por el movimiento anormal de un segmento de movimiento lumbar debido a la debilidad del tejido de apoyo circundante, como ligamentos y músculos. También se ve comúnmente después de la operación de fusión espinal19. Si se considera como la causa principal del IDD. Por lo tanto, nuestro objetivo es desarrollar un modelo de ratones SI (centrado en la columna lumbar) que imita el proceso humano de IDD20,21.
En el protocolo, introdujimos el procedimiento de establecer el modelo de ratón de inestabilidad espinal lumbar (LSI) mediante la resección del tercio lumbar (L3)a los procesos espinosos lumbares quintos (L5)junto con los ligamentos supraespinosos e interspinos (Figura 1A,B). El modelo animal desarrolla IDD tan pronto como 1 semana después de la cirugía como lo demuestra la hipertrofia y la porosidad en las placas finales (EPs). El volumen de IVD comienza a disminuir 2 semanas después de la cirugía a través de 16 semanas junto con un aumento de la puntuación de IVD, lo que indica el grado de IDD. Creemos que el procedimiento detallado y visualizado es útil para que los investigadores establezcan el modelo de ratón LSI en su laboratorio y se apliquen a la investigación de IDD según sea necesario.
Protocol
Representative Results
Discussion
Desarrollamos el modelo de ratón de inestabilidad lumbar de la columna vertebral basado en el modelo de ratón de espondilosis cervical en el que se separaron los músculos paravertebrales posteriores de las vértebras y los procesos espinosos junto con los ligamentos supraespinosos e interespinosos se reseccionaron25. Realizamos una operación similar en la columna lumbar, que tiene procesos espinosos más prominentes. El modelo de ratón LSI desarrolló un IDD similar en la columna lumbar.
…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81973607) y Essential Drug Research and Development (2019ZX09201004-003-032) del Ministerio de Ciencia y Tecnología de China.
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 |
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