Nicht-invasive kompressionsinduzierte Verletzung des vorderen Kreuzbandes (ACL) und In-vivo-Bildgebung der Proteaseaktivität bei Mäusen

Zusammenfassung

Die nicht-invasive ACL-Verletzung ist eine zuverlässige und klinisch relevante Methode zur Initiierung der posttraumatischen Osteoarthritis (PTOA) bei Mäusen. Diese Verletzungsmethode ermöglicht auch die In-vivo-Quantifizierung der Proteaseaktivität im Gelenk zu frühen Zeitpunkten nach der Verletzung unter Verwendung von Protease-aktivierbaren Nahinfrarotsonden und Fluoreszenzreflexionsbildgebung.

Zusammenfassung

Traumatische Gelenkverletzungen wie der Riss des vorderen Kreuzbandes (ACL) oder Meniskusrisse führen häufig innerhalb von 10 bis 20 Jahren nach der Verletzung zu einer posttraumatischen Arthrose (PTOA). Das Verständnis der frühen biologischen Prozesse, die durch Gelenkverletzungen ausgelöst werden (z. B. Entzündungen, Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), Cathepsin-Proteasen, Knochenresorption), ist entscheidend für das Verständnis der Ätiologie von PTOA. Es gibt jedoch nur wenige Möglichkeiten für die In-vivo-Messung dieser biologischen Prozesse, und die frühen biologischen Reaktionen können verfälscht werden, wenn invasive chirurgische Techniken oder Injektionen verwendet werden, um OA zu initiieren. In unseren Studien zu PTOA haben wir kommerziell erhältliche Nahinfrarot-Protease-aktivierbare Sonden in Kombination mit Fluoreszenz-Reflektanz-Bildgebung (FRI) verwendet, um die Proteaseaktivität in vivo nach nicht-invasiver kompressionsinduzierter ACL-Verletzung bei Mäusen zu quantifizieren. Diese nicht-invasive ACL-Verletzungsmethode rekapituliert klinisch relevante Verletzungszustände genau und ist vollständig aseptisch, da sie weder die Haut noch die Gelenkkapsel stört. Die Kombination dieser Verletzungs- und bildgebenden Verfahren ermöglicht es uns, den zeitlichen Verlauf der Proteaseaktivität zu mehreren Zeitpunkten nach einer traumatischen Gelenkverletzung zu untersuchen.

Einleitung

Arthrose ist ein weit verbreitetes Gesundheitsproblem, von dem Millionen von Menschen in den Vereinigten Staaten betroffen^{sind 1}. Posttraumatische Arthrose (PTOA) ist eine Untergruppe der OA, die durch eine Gelenkverletzung wie einen Riss des vorderen Kreuzbandes (ACL), eine Meniskusverletzung oder eine intraartikuläre Fraktur^{ausgelöst wird 2}. Der Anteil der symptomatischen OA-Patienten, die als PTOA klassifiziert werden können, beträgt mindestens 12 %³, und diese Ätiologie betrifft typischerweise eine jüngere Population als idiopathische OA⁴. Mausmodelle von OA sind entsch....

Protokoll

Alle beschriebenen Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of California Davis genehmigt. Für die vorliegende Studie wurden 3 Monate alte männliche C57BL/6J-Mäuse verwendet.

1. Nicht-invasive ACL-Verletzung

HINWEIS: ACL-Verletzungen, die durch eine extern angelegte Druckbelastung verursacht werden, sind eine einfache und reproduzierbare Methode, die ACL-Verletzungszustände beim Menschen genau rekapituliert. Dieses Protokoll wurde für ein kommerziell erhältliches Lastrahmengerät geschrieben (siehe Materialtabelle), könnte aber für ähnliche Sys....

Diskussion

Dieses Protokoll hat eine reproduzierbare, nicht-invasive Methode zur Induktion von ACL-Verletzungen bei Mäusen etabliert und rigoros beschrieben 20,21,24,33. Diese einfache und effiziente Verletzungsmethode kann in nur wenigen Minuten durchgeführt werden, was Hochdurchsatzstudien von PTOA erleichtert. Diese Verletzungsmethode rekapituliert auch die Verletzungsbedingungen, die für menschlich.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
10x Phosphate-Buffered Saline	Tissue Protech	PBS01-32R	or equivalent
Air Anesthetia System			Isoflurane vaporizor with induction chamber and nose cone
Buprenorphine			Analgesic post-injury
Depilatory Cream	Veet	B001KYPZ4G	or equivalent
Fixtures			Custom-made knee fixture, ankle fixture, and platform
IVIS Spectrum	Perkin Elmer	124262	Can also use comparable optical imaging system
Kimwipes	Kimberly-Clark Corporation	06-666	or equivalent
Living Image software	Perkin Elmer
Materials testing systems	TA Instruments		Electroforce 3200 or equivalent
ProSense680	Perkin Elmer	NEV10003	Can also use other probes such as OsteoSense, MMPSense, Cat K, AngioSense, etc.
Sterile Syringe with Needle	Spectrum Chemical Mfg. Corp.	550-82231-CS	Covidien 1 mL TB Syringe with 28 G x 1/2 in. Needle, Sterile or equivalent
Uniaxial load cell	TA Instruments		20 N capacity
Vortex-Genie 2	Scientific Industries, Inc.	SI-0236	or equivalent
WinTest software	TA Instruments		compatible with Electroforce 3200