Name: a mouse model of lumbar spine instability
Uploaded: 2021-04-23T13:30:00
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Questo lavoro è stato supportato dalla National Natural Science Foundation of China (81973607) e essential drug research and development (2019ZX09201004-003-032) del Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina.

Le indagini descritte sono conformi alle Linee guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio dei National Institutes of Health e sono state approvate dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università cinese tradizionale di Shanghai. Tutte le manipolazioni chirurgiche sono state eseguite in anestesia profonda e gli animali non hanno avuto dolore in nessuna fase durante la procedura.
1. Preparazione pre-operazione
<ol><li>Sterilizzazione dello strumento: Sterilizzare a vapo...

<ol>
	<li>Makino, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lumbar+disc+degeneration+progression+in+young+women+in+their+20's:+a+prospective+ten-year+follow+up.">Lumbar disc degeneration progression in young women in their 20's: a prospective ten-year follow up.</a> Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 22 (4), 635-640 (2017).</li><li>Lee, Y. C., Zotti, M. G. T., Osti, O. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operative+management+of+lumbar+degenerative+disc+disease.">Operative management of lumbar degenerative disc disease.</a> Asian Spine Journal. 10 (4), 801-819 (2016).</li><li>Wei, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+experimental+intervertebral+disc+degeneration+induced+by+bleomycin+in+the+rhesus+monkey.">In vivo experimental intervertebral disc degeneration induced by bleomycin in the rhesus monkey.</a> BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 340 (2014).</li><li>Lim, K. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ovine+lumbar+intervertebral+disc+degeneration+model+utilizing+a+lateral+retroperitoneal+drill+bit+injury.">Ovine lumbar intervertebral disc degeneration model utilizing a lateral retroperitoneal drill bit injury.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (123), e55753 (2017).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Histological+features+of+the+degenerating+intervertebral+disc+in+a+goat+disc-injury+model.">Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model.</a> Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).</li><li>Bergknut, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dog+as+an+animal+model+for+intervertebral+disc+degeneration.">The dog as an animal model for intervertebral disc degeneration.</a> Spine. 37 (5), 351-358 (2012).</li><li>Kong, M. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+for+disc+degeneration-an+update.">Animal models for disc degeneration-an update.</a> Histology and Histopathology. 33 (6), 543-554 (2018).</li><li>O'Connell, G. D., Vresilovic, E. J., Elliott, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+intervertebral+disc+anatomy+across+several+animal+species.">Comparative intervertebral disc anatomy across several animal species.</a> 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society. , (2006).</li><li>Elliott, D. M., Sarver, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Young+investigator+award+winner:+validation+of+the+mouse+and+rat+disc+as+mechanical+models+of+the+human+lumbar+disc.">Young investigator award winner: validation of the mouse and rat disc as mechanical models of the human lumbar disc.</a> Spine. 29 (7), 713-722 (2004).</li><li>Ohnishi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+mouse+intervertebral+disc+degeneration+model+based+on+a+new+histological+classification.">In vivo mouse intervertebral disc degeneration model based on a new histological classification.</a> Plos One. 11 (8), 0160486 (2016).</li><li>Vo, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+aging+of+intervertebral+discs+in+a+mouse+model+of+progeria.">Accelerated aging of intervertebral discs in a mouse model of progeria.</a> Journal of Orthopaedic Research. 28 (12), 1600-1607 (2010).</li><li>Oichi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+intervertebral+disc+degeneration+model+by+surgically+induced+instability.">A mouse intervertebral disc degeneration model by surgically induced instability.</a> Spine. 43 (10), 557-564 (2018).</li><li>Ohnishi, T., Sudo, H., Tsujimoto, T., Iwasaki, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+spontaneous+lumbar+intervertebral+disc+degeneration+in+a+mouse+model.">Age-related spontaneous lumbar intervertebral disc degeneration in a mouse model.</a> Journal of Orthopaedic Research. 36 (1), 224-232 (2018).</li><li>Stern, W. 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Abbiamo sviluppato il modello di topo di instabilità della colonna lombare basato sul modello cervicale del topo di spondilosi in cui i muscoli paravertebrali posteriori delle vertebre sono stati staccati e i processi spinosi insieme ai legamenti sopraspinosi e interspinosi sono stati resected25. Abbiamo eseguito un'operazione simile sulla colonna lombare, che ha processi spinosi più prominenti. Il modello di mouse LSI sviluppò un IDD simile nella colonna lombare.
I ...

La degenerazione intervertebrale del disco (IDD) è comunemente osservata nell'invecchiamento e persino nei giovani causati da molti fattori1. L'intervento chirurgico per i pazienti che soffrono di IDD, causando lo mal di schiena e movimenti compromessi, viene solitamente eseguito in una fase successiva o in casi gravi e ha potenziali rischi come non unione o infezione2. Il trattamento non operativo ideale richiede una comprensione completa del meccanismo IDD. Il modello animale IDD funge da strumento cruciale per gli studi sul meccanismo IDD e la valutazione del trattamento IDD.
Animali più grandi sono stati scelti per modelli IDD come primati, pecore, capre, cani e conigli a causa della loro somiglianza con la struttura anatomica umana in larga misura e della forte operabilità in termini di dimensioni dei dischi intervertebrali (IVD)3,4,5,6,7,8. Tuttavia, questi modelli animali richiedono molto tempo e costi aggiuntivi9. Mouse IVD è una scarsa rappresentazione dell'IVD umano basata su misurazioni geometriche delle proporzioni, del rapporto nucleo pulposo/area del disco e dell'altezzanormalizzata 10. Nonostante la differenza di dimensioni, il segmento IVD lombare del mouse presenta proprietà meccaniche simili all'IVD umano come la compressione e la rigidità della torsione11. Inoltre, il modello IDD del topo ha il vantaggio di uno sviluppo IDD a basso costo e relativamente breve e più opzioni per animali e anticorpi geneticamente modificati utilizzati in ulteriori studimeccanicistici 12,13,14,15.
I modelli IDD indotti dalla sperimentalità variano dagli induttori e dalle applicazioni. Ad esempio, la degenerazione della matrice extracellulare indotta dalla collagenasi (ECM) è appropriata per la ricerca sulla rigenerazione dell'ECM16. Il fenotipo geneticamente modificato è adatto per lo studio della funzione genica nel processo IDD e nelle terapie genetiche17. I modelli di incisione fibrosa e fumo delle annulus imitano il trauma e l'IDD12,18 .
L'instabilità spinale (SI) porta a una colonna vertebrale instabile che non si trova in uno stato ottimale di equilibrio. Può essere causato da movimenti anomali di un segmento di movimento lombare a causa della debolezza del tessuto di supporto circostante come legamenti e muscoli. È anche comunemente visto operazione post fusione spinale19. SI è considerata la causa principale dell'IDD. Pertanto, miriamo a sviluppare un modello di topi SI (focalizzato sulla colonna lombare) che imita il processo di IDDumano 20,21.
Nel protocollo, abbiamo introdotto la procedura per stabilire il modello di topo di instabilità spinale lombare (LSI) mediante la resezione del terzo lombare (L3)al quinto lombare (L5)processi spinosi insieme ai legamenti sopraspinosi e interspinosi(figura 1A,B). Il modello animale sviluppa L'IDD già 1 settimana dopo l'intervento chirurgico, come dimostrato da ipertrofia e porosità nelle piastre finali (EP). Il volume dell'IVD inizia a diminuire 2 settimane dopo l'intervento chirurgico attraverso 16 settimane insieme all'aumento del punteggio IVD, che indica il grado di IDD. Riteniamo che la procedura dettagliata e visiva sia utile per i ricercatori per stabilire il modello di mouse LSI nel loro laboratorio e applicare alla ricerca IDD se necessario.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chlortetracycline Hydrochloride Eye Ointment</td>
			<td>Shanghai General Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>H31021931</td>
			<td>Prevent eye dry, Prevent wound infection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6J male mice</td>
			<td>Tian-jiang Pharmaceuticals Company (Jiangsu, CN)</td>
			<td>SCXK2018-0004</td>
			<td>Animal model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable medical towel</td>
			<td>Henan Huayu Medical Devices Co., Ltd.</td>
			<td>20160090</td>
			<td>Platform for surgical operation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inhalant anesthesia equipment</td>
			<td>MIDMARK</td>
			<td>Matrx 3000</td>
			<td>Anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd.</td>
			<td>1903715</td>
			<td>Anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine hydrochloride</td>
			<td>Shandong Hualu Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>H37022839</td>
			<td>Pain relief</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical suture needle</td>
			<td>Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd.</td>
			<td>20S0401J</td>
			<td>Suture skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic forceps</td>
			<td>Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory</td>
			<td>JD1050</td>
			<td>Clip the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic scissors(10cm)</td>
			<td>Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory</td>
			<td>Y00030</td>
			<td>Skin incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silk braided</td>
			<td>Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd.</td>
			<td>11V0820</td>
			<td>Suture skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal trimmer</td>
			<td>Shanghai Feike Electric Co., Ltd.</td>
			<td>FC5910</td>
			<td>Hair removal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile surgical blades(12#)</td>
			<td>Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd.</td>
			<td>35T0707</td>
			<td>Muscle incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Veet hair removal cream</td>
			<td>RECKITT BENCKISER (India) Ltd</td>
			<td>NA</td>
			<td>Hair removal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Venus shears</td>
			<td>Mingren medical equipment</td>
			<td>Length:12.5cm</td>
			<td>Clip the muscle and spinous process</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a mouse model of lumbar spine instability

La degenerazione del disco intervertebrale (IDD) è un cambiamento patologico comune che porta alla lombracato. Si desidera modelli animali appropriati per comprendere i processi patologici e valutare nuovi farmaci. Qui, abbiamo introdotto un modello di topo di instabilità della colonna lombare (LSI) indotto chirurgicamente che sviluppa IDD a partire da 1 settimana dopo l'operazione. Nel dettaglio, il topo in anestesia è stato azionato da incisione della pelle posteriore bassa, esposizione ai processi spinosi L3-L5, distacco dei muscoli paraspinosi, resezione dei processi e dei legamenti e chiusura della pelle. Perl'osservazionesonostati scelti 4 -L 5 IVD. Il modello LSI sviluppa l'IDD lombare per porosità e ipertrofia nelle piastre finali in una fase precoce, diminuzione del volume del disco intervertebrale, restringimento del pulposo del nucleo in uno stadio intermedio e perdita ossea nelle vertebre lombari (L5)in una fase successiva. Il modello di mouse LSI ha i vantaggi di una forte operabilità, nessun requisito di attrezzature speciali, riproducibilità, poco costoso e un periodo relativamente breve di sviluppo IDD. Tuttavia, l'operazione LSI è ancora un trauma che causa infiammazione entro la prima settimana dopo l'operazione. Pertanto, questo modello animale è adatto per lo studio dell'IDD lombare.

Il modello di topo LSI viene applicato negli studi del meccanismo IDD, del trattamento IDD, della degenerazione della piastra finale (EP) come la sclerosi e dell'innervazione sensoriale nell'EP20,21,22,23. Il mouse LSI sviluppa cambiamenti degenerativi IDD ed EP, come identificato, da una diminuzione del volume e dell'altezza dell'IVD, da un aumento del volume ep e da un aumento dei punteggi IV...

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A Mouse Model of Lumbar Spine Instability

Abbiamo sviluppato un modello di topo di degenerazione del disco intervertebrale lombare per resezione dei processispinosiL 3 –L5 insieme a legamenti sovra- e inter-spinosi e distacco di muscoli paraspinosi.

Un modello di topo di instabilità della colonna lombare

Intervertebral disc degeneration (IDD) is a common pathological change leading to low back pain. Appropriate animal models are desired for understanding ...

Questo è un intervento chirurgico per indurre il modello del topo offre un'alternativa per gli studi relativi alla degenerazione del disco intervertebrale lombare. Questa robusta modalità LSI non richiede attrezzature speciali. È riproducibile e può essere usato per indurre la degenerazione del disco intervertebrale in un periodo di tempo relativamente breve.Controllare le profondità di incisione e l'emorragia ed eseguire per la resezione di ogni processo interspinoso sono due spese chiave per l'impianto del nostro successo per l'esperimento. Dopo aver confermato una mancanza di risposta al riflesso del pedale, posizionare un topo a sei settimane anestetizzato di otto settimane, maschio, C57 nero su un cuscinetto chirurgico in posizione supina e applicare un unguento agli occhi dell'animale. Utilizzare un piccolo trimmer animale per radere l'area chirurgica dalla regione toracica inferiore alla parte superiore della regione sacrale e rimuovere la pelliccia rasata con salviette tissutali.Applicare la crema depilatoria sulla zona rasata usando la garza per rimuovere la crema dopo non più di tre minuti e lavare la pelle esposta con due millilitri di 0,9 soluzione salina sterile. Quindi posizionare un cuscinetto cilindrico chirurgico su misura sotto l'addome per sollevare la colonna lombare. Per esporre le vertebre L3 e L5 utilizzare l'indice per toccare i processi spinosi sottocutanei delle vertebre lombari e palpati per confrontare i processi con quelli delle vertebre toraciche e delle vertebre sacrali per identificare la regione lombare.Risciacquare la pelle con il 75% di alcol e utilizzare un microscopio sezionante utilizzare un bisturi per fare un'incisione della pelle mediolinea da tre a quattro centimetri sulla regione lombare dalla regione toracica media all'anca. Identificare la colonna lombare dalla forma a V della fascia posteriore inserita, nella punta in modo che i processi spinosi e utilizzare il bisturi per effettuare incisioni muscolari paraspinose posteriori poco profonde lungo i processi spinosi da L3 a L5 lateralmente su entrambi i lati della colonna vertebrale. Quindi utilizzare due paia di forcep oftalmiche per separare gli strati muscolari per esporre l'L3 a processi spinosi L5 e legamenti sopraspinosi.Per separare i singoli processi spinosi utilizzare sheers venosi per tagliare i legamenti interspinosi e per resect i processi spinosi da L3 a L5 e legamenti interspinosi. Quindi utilizzare suture intrecciate di seta numero cinque sterili per chiudere l'incisione cutanea senza ricollegare i muscoli paravertebrali e applicare l'unguento cloridrato di clorotraciclina al sito chirurgico. L'analisi istomorfometrica 3D consente la misurazione del disco intervertebrale, mentre l'analisi strutturale 3D consente la quantificazione del volume totale dei tessuti.Il volume del disco intervertebrale aumenta significativamente una settimana dopo l'intervento chirurgico prima di diminuire da due a 16 settimane dopo la procedura coerente con una diminuzione dell'altezza del disco intervertebrale misurata nello stesso periodo di tempo. L'aumento delle cavità all'interno delle piastre cranici si osserva anche nei topi LSI quantificato da una maggiore percentuale di valori di separazione trabecolare maggiore o uguale a 0,089 e da un aumento significativo dei volumi della piastra finale dopo la chirurgia. Le piastre finali del modello mostrano un fenotipo simile, che indica che l'LSI porta all'ipertrofia della piastra finale e ad un aumento del numero di cavità.I volumi di vertebre L5 aumentano leggermente dopo l'intervento chirurgico con differenze statistiche osservate a 16 settimane. Una significativa diminuzione del rapporto tra volume osseo e tessuto totale è presente anche 16 settimane dopo l'intervento chirurgico, indicando che l'LSI causa la perdita ossea vertebrale in una fase successiva. Una riduzione dei vacuoli intracellulari delle cellule pulpose del nucleo è accelerata anche negli animali LSI con un aumento del numero di osteoclasti osservato nelle piastre finali LSI.Questo modello può essere modificato attaccando un numero diverso di vertebre, come la quinta solo lombare, o dal primo lombare al quinto lombare.

Research

JoVE Journal

Biology

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