Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Неинвазивное повреждение передней крестообразной связки является надежным и клинически значимым методом инициации посттравматического остеоартрита (ПТОА) у мышей. Этот метод также позволяет in vivo количественно оценить активность протеазы в суставе в ранние моменты времени после травмы с помощью активируемых протеазами зондов ближнего инфракрасного диапазона и визуализации отражения флуоресценции.
Травматические повреждения суставов, такие как разрыв передней крестообразной связки (ПКС) или разрыв мениска, обычно приводят к посттравматическому остеоартриту (ПТОА) в течение 10-20 лет после травмы. Понимание ранних биологических процессов, инициированных повреждениями суставов (например, воспаление, матриксные металлопротеиназы (ММП), катепсиновые протеазы, резорбция костной ткани), имеет решающее значение для понимания этиологии ПТОА. Тем не менее, существует несколько вариантов измерения этих биологических процессов in vivo , и ранние биологические реакции могут быть искажены, если для инициирования ОА используются инвазивные хирургические методы или инъекции. В наших исследованиях ПТОА мы использовали коммерчески доступные зонды, активируемые протеазой ближнего инфракрасного диапазона, в сочетании с флуоресцентной отражательной визуализацией (FRI) для количественной оценки активности протеазы in vivo после неинвазивного компрессионного повреждения передней крестообразной связки у мышей. Этот неинвазивный метод повреждения передней крестообразной связки точно повторяет клинически значимые состояния травмы и является полностью асептическим, поскольку он не включает в себя повреждение кожи или капсулы сустава. Комбинация этих методов травмы и визуализации позволяет изучать динамику активности протеазы в различные моменты времени после травматического повреждения сустава.
Остеоартрит является широко распространенной проблемой здравоохранения, которая затрагивает миллионы людейв Соединенных Штатах 1. Посттравматический остеоартрит (ПТОА) — это разновидность остеоартрита, которая возникает в результате повреждения сустава, такого как разрыв передней крестообразной связки (ПКС), повреждение мениска или внутрисуставной перелом2. Доля пациентов с симптоматическим ОА, которые могут быть классифицированы как ПТОА, составляет не менее 12%3, и эта этиология обычно поражает более молодую популяцию, чем идиопатическая ОА4. Мышиные модели ОА являются важнейшими инструментами для изучения этиологии заболевания и потенциальных методов лечения ОА в гораздо более короткие сроки (4-12 недель у мышей по сравнению с 10-20 годами у людей). Тем не менее, методы инициирования ОА у мышей обычно включают инвазивные хирургические методы, такие как рассечение передней крестообразной связки 5,6, удаление или дестабилизация медиального мениска 5,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 или комбинацию этих двух методов 17,18,19, которые не воспроизводят клинически значимые состояния повреждения. Хирургические модели также усугубляют воспаление в суставе из-за разрушения суставной капсулы, что может ускорить прогрессирование ОА.
Неинвазивные мышиные модели травмы коленного сустава дают возможность изучать биологические и биомеханические изменения в ранние моменты времени после травмы и могут дать более клинически значимые результаты20. Наша лаборатория создала неинвазивную модель травмы, которая использует одну внешнюю компрессионную перегрузку большеберцовой кости для индуцирования разрыва передней крестообразной связки (ПКС) у мышей 21,22,23,24. Этот неинвазивный метод травмы способен вызвать асептическое повреждение сустава, не повреждая кожу или суставную капсулу.
Флуоресцентная отражательная визуализация (FRI) — это метод оптической визуализации, который включает в себя возбуждение мишени инфракрасным светом на определенной длине волны и количественную оценку отраженного света, излучаемого на другой длине волны. Коммерчески доступные протеаза-специфические зонды могут быть введены в животные модели, а FRI затем может быть использован для количественной оценки активности протеазы в определенных участках, таких как коленный сустав. Этот метод широко используется для обнаружения in vivo биологической активности, такой как воспаление. Зонды, используемые для этого применения, флуоресцентно гасят до тех пор, пока они не встретятся с соответствующими протеазами. Затем эти протеазы разрушают сайт расщепления фермента на зондах, после чего они производят флуоресцентный сигнал ближнего инфракрасного диапазона. Эти зонды и этот метод визуализации были широко проверены и использованы в исследованиях рака 25,26,27,28 и атеросклероза 29,30,31,32, и наша группа использовала их для исследований опорно-двигательного аппарата для измерения маркеров воспаления и деградации матрикса 23,24,33.
Вместе неинвазивное повреждение сустава в сочетании с FRI in vivo и зондами, активируемыми протеазой, обеспечивает уникальную возможность отслеживать воспаление и активность протеазы после травматического повреждения сустава. Этот анализ может быть проведен уже через несколько часов или даже минут после травмы, и одно и то же животное может быть оценено несколько раз, чтобы изучить временной ход активности протеазы в суставе. Важно отметить, что этот метод визуализации может быть неосуществим в сочетании с хирургическими моделями ОА, поскольку разрушение кожи и капсулы сустава приводит к флуоресцентному сигналу, который искажает сигнал изнутри сустава.
Все описанные процедуры были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию при Калифорнийском университете в Дэвисе. Для настоящего исследования были использованы 3-месячные самцы мышей C57BL/6J.
1. Неинвазивная травма передней крестообразной связки
ПРИМЕЧАНИЕ: Травма передней крестообразной связки, вызванная внешней сжимающей нагрузкой, является простым и воспроизводимым методом, который точно повторяет условия травмы передней крестообразной связки у людей. Этот протокол написан для коммерчески доступного прибора с нагрузочной рамой (см. таблицу материалов), но может быть адаптирован и для аналогичных систем.
2. Подготовка животных к визуализации FRI
ПРИМЕЧАНИЕ: Для оптической визуализации мех животных (особенно темный мех) очень эффективен в блокировании, поглощении и рассеивании света, поэтому перед визуализацией мех должен быть максимально удален из области вокруг коленных суставов. Крем для депиляции, как правило, более эффективен для удаления шерсти, чем машинки для стрижки. Голые или голые мыши не требуют удаления шерсти. Тем не менее, удаление шерсти необходимо для наиболее часто используемых линий мышей (например, C57BL/6). Если возможно, кормите мышей очищенным кормом с низкой флуоресценцией перед визуализацией. Стандартная мышиная чау-чау содержит хлорофилл, который автоматически флуоресцирует с длиной волны около 700 нм и может влиять на сбор данных из системы ближнего инфракрасного диапазона FRI.
3. Приготовление зондового раствора
4. Ретроорбитальная инжекция
ПРИМЕЧАНИЕ: Обратитесь к Yardeni et al. относительно подробностей этой процедуры37.
5. Визуализация флуоресцентного отражения
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуры, описанные в этом разделе, относятся к коммерчески доступной оптической системе визуализации (см. Таблицу материалов). Аналогичная визуализация может быть выполнена с помощью сопоставимых систем.
После приложения однократного сжимающего усилия (1 мм/с до травмы) к голеням 3-месячных самцов мышей C57BL/6J повреждение передней крестообразной связки последовательно индуцировалось у всех мышей. Средняя сжимающая сила при травме коленного сустава составила примерно 10 Н (рис. ...
Этот протокол установил и строго описал воспроизводимый, неинвазивный метод индуцирования повреждения передней крестообразной связки у мышей 20,21,24,33. Этот простой и эффективный метод травматизации может быть выпол?...
Авторам нечего раскрывать.
Исследование, представленное в этой публикации, было поддержано Национальным институтом артрита, заболеваний опорно-двигательного аппарата и кожи, входящим в состав Национальных институтов здоровья, под номером R01 AR075013.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены