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Method Article
Dunkin-Hartley 기니피그는 골관절염 연구를 위한 확립된 동물 모델입니다. 이러한 연구는 새로운 약제를 조사하거나 질병을 치료하는 등 다양한 이유로 관절 내 주사의 이점을 얻을 수 있습니다. 기니피그에서 관절 내 무릎 주사를 위한 방법론과 관절염 관련 무릎 변화를 평가하는 후속 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 분석을 설명합니다.
이 프로토콜의 목적은 연구자들이 기니피그에서 관절 내 무릎 주사의 촉진 유도 기술을 수행하고 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 평가하도록 안내하는 것입니다. Dunkin-Hartley 기니피그는 무릎에 자발적으로 골관절염이 발생하기 때문에 골관절염 연구를 위한 강력한 모델입니다. 관절 내 약물 전달은 in vivo 임상시험용 약물의 효과를 연구하는 일반적인 방법입니다. 인간의 경우, 관절 내 주사를 통해 투여하는 치료제는 통증을 완화하고 골관절염의 추가 진행을 지연시킬 수 있습니다. 다른 종과 마찬가지로 관절 공간에 바늘을 삽입하면 부상을 입을 가능성이 있으며, 이로 인해 통증, 절름발이 또는 감염이 발생할 수 있습니다. 이러한 부작용은 동물 복지를 저해하고, 연구 결과를 혼란스럽게 하며, 연구 목표를 달성하기 위해 추가 동물을 필요로 할 수 있습니다. 따라서 합병증을 예방하기 위해 적절한 주입 기술을 개발하는 것이 필수적이며, 특히 여러 번의 반복적인 관절 내 주사가 필요한 종단 연구에서는 더욱 그렇습니다. 제시된 방법을 사용하여 5마리의 기니피그는 전신 마취 하에 양측 무릎 주사를 받았습니다. 주사 7일 후, 골관절염의 중증도를 분석하기 위해 동물을 인도적으로 안락사시켰다. 마취 또는 무릎 주사 후 절뚝거림, 통증 또는 감염을 포함한 부작용이 발생하지 않았습니다. 무릎의 X선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 분석은 골관절염과 관련된 병리학적 변화를 감지할 수 있습니다. 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 데이터에 따르면 골관절염은 나이가 들면서 골밀도와 섬유주 두께가 증가하는 것으로 나타난 동물에서 더 심각합니다. 이러한 결과는 조직학적 변화 및 Modified Mankin 점수와 일치하며, 이는 동일한 동물에서 관절염 중증도를 평가하기 위해 확립되고 널리 사용되는 점수 시스템입니다. 이 프로토콜은 기니피그에서 관절 내 주사를 정제하는 데 사용할 수 있습니다.
골관절염(OA)은 3,250만 명의 미국 성인에게 영향을 미칩니다. 관절 연골의 점진적인 손실, 관절 안팎의 경미한 염증, 골종(osteophytes) 및 뼈 낭종(bone cysts)의 형성에 의해 발생한다 1,2. 증상은 일반적으로 질병의 말기에 나타나며, 현재의 치료법은 완화적 완화만 제공할 뿐 아니라 전신 부작용도 있습니다. 질병 변형 약물의 부족은 질병의 근본적인 메커니즘에 대한 이해가 부족하기 때문에 발생한다3. 그 결과, 골관절염을 치료하기 위해 개선된 약제에 대한 중요하고 지속적인 의학적 필요성이 있습니다.
골캉염의 여러 동물 모델을 통해 질병 과정의 다양한 구성 요소를 검사할 수 있다4. 전방십자인대의 절제술과 내측 반월상 연골의 불안정화를 포함한 여러 수술 모델이 존재하지만, 이는 침습적이며 높은 수준의 기술적 기술을 필요로 한다5. 화학적으로 유도된 모델은 골관절염 통증 기전을 연구하는 데 일반적으로 사용되는 비교적 덜 침습적인 시술이다6. 이러한 널리 사용되는 마우스 모델 중 하나는 요오드화나트륨(MIA)의 관절 내 무릎 주사에 의한 OA 유도와 관련이 있습니다. 이 모델은 MIA 투여량을 변경하여 등급을 매길 수 있는 재현 가능하고 견고하며 빠른 통증과 유사한 표현형을 생성합니다7. 이 모델을 유도하는 기술적 세부사항은 이전에 설명되었다7. 이 기술을 기니피그와 같은 더 큰 설치류로 번역하는 것은 해부학적 차이로 인해 어렵습니다. 몇 가지 차이점으로는 기니피그에서 인접한 뼈와 관절 공간을 둘러싼 근육 조직이 증가하고, 생쥐8에서 볼 수 있는 원위 유합술과 비교하여 관절 비골과 경골이 증가한다는 것이 포함된다. 널리 사용 가능한 기니피그 균주인 Dunkin-Hartley 기니피그는 자연적으로 이 질병이 발병하기 때문에 확립된 OA 동물 모델이며, 따라서 관절 내 주사로 투여되는 새로운 치료제가 질병 진행에 미치는 영향을 조사하기 위한 강력한 모델을 제공한다9. Dunkin-Hartley 기니피그는 생후 3개월에 골관절염이 발병하기 시작하며, 수컷은 발육이 가속화되고 표현형이 더 심하다10. 기니피그에서 골관절염은 나이가 들면서 진행되며, 12개월이 되면 영상에서 관련 병리가 뚜렷하게 나타난다11. Dunkin-Hartley 모델과 같은 자발적 골관절염 모델은 골관절염을 유도하기 위한 개입이 필요하지 않으므로 인간에서 질병 표현형의 발달 및 진행을 요약하여 강력한 번역 모델(translational model)10을 제공한다. 더욱이, 골관절염의 자발적인 발달은 새로운 치료법이 주어진 동물의 한쪽 무릎에 일방적으로 투여될 때 내부 통제를 가능하게 합니다. 이러한 내부 통제는 데이터를 분석할 때 동물 간 변동성의 영향을 최소화하고 전체 동물 수를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
X선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(μCT) 분석은 골관절염 중증도12를 정량적으로 평가할 수 있는 강력한 도구입니다. μCT는 회전 샘플 또는 회전 X선 소스 및 검출기(13)에서 얻은 여러 고해상도 X선 이미지를 스캔하는 것을 포함합니다. 그런 다음, 3차원(3D) 체적 데이터는 적층된 이미지 슬라이스(14)의 형태로 재구성된다. 광물화된 뼈는 μCT에서 우수한 대비를 갖기 때문에 이 양식은 3D 특징을 평가하고 OA15,16,17과 관련된 변화에 대한 정량 분석을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. μCT는 조직 병리학 및 보행 분석을 포함하여 널리 사용되는 도구에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 조직의 한 부분 또는 몇 개의 조직학적 평가와 달리, μCT는 전체 관절을 스캔하고 골관절염 병변에 대한 보다 전체적인 평가를 제공한다18. 보행 분석은 시간이 지남에 따라 관절 기능의 증상적 변화를 식별할 수 있지만, 관절 변화는 골관절염과 관련된 기능적 변화보다 훨씬 전에 발생합니다. μCT는 파행이 시작되기 전에 골관절염 발병에 대한 보다 민감한 측정을 제공할 수 있습니다. 특히 관련성이 높은 두 가지 정량적 측정에는 골밀도와 섬유주 두께가 포함되며, 둘 다 OA19,20의 진행에 따라 증가합니다. 분석을 연골하판(subchondral plate)과 섬유주골(trabecular bone)로 나누는 것이 도움이 될 수 있는데, 이들은 서로 다른 특징을 가지고 있기 때문에 보다 강력한 측정 및 비교를 달성하기 위해 도움이 될 수 있습니다.
이 방법의 전반적인 목표는 연구자들이 기니피그에서 관절 내 주사를 성공적으로 수행할 수 있도록 돕는 것입니다. 제시된 프로토콜은 5개월된 온전한 수컷 Dunkin-Hartley 기니피그를 사용했습니다. 시술은 관절 내 무릎 주사가 필요한 다른 기니피그 균주 및 연령으로 추정할 수 있습니다. Dunkin-Hartley 모델과 같은 골관절염의 자발적 모델에서는 질병 진행 및 연속적인 치료에 대한 반응이 종종 몇 주에서 몇 개월에 이르는 장기간에 걸쳐 모니터링됩니다9. 이 확장된 프로토콜은 여러 관절 내 주사를 초래하므로 통증, 절뚝거림 또는 감염을 포함한 부작용을 예방하기 위해 적절한 주입 기술을 갖추는 것이 중요하며, 이 모든 것은 동물 복지에 영향을 미치고 연구 결과를 혼란스럽게 할 수 있으며 연구에 추가 동물이 필요할 수 있습니다. 제시된 프로토콜은 기니피그에서 관절 내 주사의 방법론과 μCT 데이터의 후속 분석을 설명합니다.
여기에 설명된 모든 방법은 사우스캐롤라이나 의과대학의 기관 동물 보호 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았습니다. 이 연구는 3R의 원칙을 따랐습니다.
1. 관절 내 주사 제제
2. 관절 내 주사
3. 관절 내 주사로부터의 회복
4. 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(μCT) 스캔
5. 뼈 미세건축 매개변수를 평가하기 위한 이미지 처리
6. 복원된 이미지에서 마이크로아키텍처 데이터 수집
살아있는 동물에게 관절 내 주사를 수행하기 전에, 정확한 주입 위치를 보장하기 위해 3개의 쥐 사체에 대해 위의 프로토콜을 실행했습니다. 연습 세션 동안, 위에서 설명한 방법론을 사용하여 50μL의 70% 새로운 메틸렌 블루 염료를 양쪽 무릎 관절에 주입했습니다. 이는 6번의 연습 주사에 해당합니다. 주사 후 무릎 관절을 절개하여 관절 공간의 두개골 측면, 슬개골 원위부, 슬개골 인대를 통해 절?...
골관절염의 증상적 치료의 최근 발전에도 불구하고, 골관절염24의 발병을 예방하거나 진행을 지연시키는 치료제는 완전히 부족하다. 현재 중증 골관절염의 유일한 치료법은 관절 치환술인데, 이는 비용이 많이 들고 침습적이며 환자의 이환율과 사망률을 초래할 수 있다25. 그 결과, 골관절염 동물모델에 대한 지속적인 연구와 새로운 치료제의 지속적인 개발이 ...
없음
이 원고에 요약된 연구는 South Carolina SmartState® Endowed Chair in Drug Discovery Endowment funds(PMW), MUSC Division of Laboratory Animal Resources 및 MUSC Drug Discovery Core의 지원을 받았습니다. 이 간행물은 또한 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 국립중개과학발전센터(National Center for Advancing Translational Sciences)의 지원을 받았으며, 수여 번호 TL1 TR001451 및 UL1 TR001450 수여 번호R01DE029637 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 국립치과 및 두개안면 연구(National Institute of Dental & Craniofacial Research)의 지원을 받았습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
200 Proof Ethanol | Decon Laboratories | 2701 | sterilizing agent |
3D.SUITE software | Bruker | μ-CT analyzing software | |
Betadine Surgical Scrub | Avrio Health | 67618-151-16 | sterilizing agent |
Insulin syringe with needle | Ulticare | 91008 | to perform injections |
Isoflurane | Piramal | 803249 | anesthesize animal |
Neutral Buffered Formalin | Fisher Scientific | 23-427098 | Fix tissue |
Nrecon Software | Bruker | μ-CT reconstruction software | |
Phosphate Buffered Saline | Cytiva | SH30258.01 | control and diluting agent |
SkyScan 1176 | Bruker | to scan samples |
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