Name: a proinflammatory, degenerative organ culture model to simulate early-stage intervertebral disc disease.
Uploaded: 2021-02-14T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Proinflammatory, Degenerative Organ Culture Model to Simulate Early-Stage Intervertebral Disc Disease. at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door AO Foundation en AOSpine International. Babak Saravi kreeg fellowship steun van de German Spine Foundation en de German Osteoarthritis Foundation. Gernot Lang werd ondersteund door het Berta-Ottenstein-programma voor gevorderde clinicuswetenschappers, faculteit geneeskunde, Universiteit van Freiburg, Duitsland.

Er werden experimenten uitgevoerd met runderstaarten die afkomstig waren van lokale slachthuizen. De biologische materialen die in de huidige studie worden gebruikt, zijn afkomstig uit de voedselketen en vereisen geen ethische goedkeuring in de Zwitserse en Europese wetgeving.
1. Dissectie van de tussenwervelschijf van runderen
<ol><li>Spoel de hele staart grondig af met leidingwater om vuil en haar op het oppervlak te verwijderen. OPMERKING: Bij intacte, distale uiteinden kunnen maximaal...

<ol>
	<li>Vos, 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=Global,+regional,+and+national+incidence,+prevalence,+and+years+lived+with+disability+for+328+diseases+and+injuries+for+195+countries,+1990-2016:+a+systematic+analysis+for+the+Global+Burden+of+Disease+Study+2016.">Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 328 diseases and injuries for 195 countries, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016.</a> The Lancet. 390 (10100), 1211-1259 (2017).</li><li>Hoy, D., 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=Measuring+the+global+burden+of+low+back+pain.">Measuring the global burden of low back pain.</a> Best Practice &amp; Research Clinical Rheumatology. 24 (2), 155-165 (2010).</li><li>Thiese, M. S., 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=Prevalence+of+low+back+pain+by+anatomic+location+and+intensity+in+an+occupational+population.">Prevalence of low back pain by anatomic location and intensity in an occupational population.</a> BMC Musculoskeletal Disorders. 15 (1), 283 (2014).</li><li>Katz, J. N. <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+Disorders+and+Low-Back+Pain:+Socioeconomic+Factors+and+Consequences.">Lumbar Disc Disorders and Low-Back Pain: Socioeconomic Factors and Consequences.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery (American). 88, 21 (2006).</li><li>Vlaeyen, J. W. S., 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=Low+back+pain.">Low back pain.</a> Nature Reviews Disease Primers. 4 (1), 52 (2018).</li><li>Khan, A. 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=Inflammatory+biomarkers+of+low+back+pain+and+disc+degeneration:+a+review:+Biomarkers+of+disc+degeneration+and+back+pain.">Inflammatory biomarkers of low back pain and disc degeneration: a review: Biomarkers of disc degeneration and back pain.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1410 (1), 68-84 (2017).</li><li>Kim, H. S., Wu, P. H., Jang, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lumbar+Degenerative+Disease+Part+1:+Anatomy+and+Pathophysiology+of+Intervertebral+Discogenic+Pain+and+Radiofrequency+Ablation+of+Basivertebral+and+Sinuvertebral+Nerve+Treatment+for+Chronic+Discogenic+Back+Pain:+A+Prospective+Case+Series+and+Review+of+Literature.">Lumbar Degenerative Disease Part 1: Anatomy and Pathophysiology of Intervertebral Discogenic Pain and Radiofrequency Ablation of Basivertebral and Sinuvertebral Nerve Treatment for Chronic Discogenic Back Pain: A Prospective Case Series and Review of Literature.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (4), 1483 (2020).</li><li>Adams, M. A., Roughley, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+is+Intervertebral+Disc+Degeneration,+and+What+Causes+It.">What is Intervertebral Disc Degeneration, and What Causes It.</a> Spine. 31 (18), 2151-2161 (2006).</li><li>Wu, P. H., Kim, H. S., Jang, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intervertebral+Disc+Diseases+Part+2:+A+Review+of+the+Current+Diagnostic+and+Treatment+Strategies+for+Intervertebral+Disc+Disease.">Intervertebral Disc Diseases Part 2: A Review of the Current Diagnostic and Treatment Strategies for Intervertebral Disc Disease.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (6), 2135 (2020).</li><li>Lurie, J. D., 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=Surgical+Versus+Nonoperative+Treatment+for+Lumbar+Disc+Herniation:+Eight-Year+Results+for+the+Spine+Patient+Outcomes+Research+Trial.">Surgical Versus Nonoperative Treatment for Lumbar Disc Herniation: Eight-Year Results for the Spine Patient Outcomes Research Trial.</a> Spine. 39 (1), 3-16 (2014).</li><li>Risbud, M. V., Shapiro, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+cytokines+in+intervertebral+disc+degeneration:+pain+and+disc+content.">Role of cytokines in intervertebral disc degeneration: pain and disc content.</a> Nature Reviews Rheumatology. 10 (1), 44-56 (2014).</li><li>Ponnappan, R. K., 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=An+organ+culture+system+to+model+early+degenerative+changes+of+the+intervertebral+disc.">An organ culture system to model early degenerative changes of the intervertebral disc.</a> Arthritis Research &amp; Therapy. 13 (5), 171 (2011).</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=Comparison+of+Animals+Used+in+Disc+Research+to+Human+Lumbar+Disc+Geometry.">Comparison of Animals Used in Disc Research to Human Lumbar Disc Geometry.</a> Spine. 32 (3), 328-333 (2007).</li><li>Stannard, J. 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=Development+of+a+whole+organ+culture+model+for+intervertebral+disc+disease.">Development of a whole organ culture model for intervertebral disc disease.</a> Journal of Orthopaedic Translation. 5, 1-8 (2016).</li><li>Li, 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=Preclinical+ex-vivo+Testing+of+Anti-inflammatory+Drugs+in+a+Bovine+Intervertebral+Degenerative+Disc+Model.">Preclinical ex-vivo Testing of Anti-inflammatory Drugs in a Bovine Intervertebral Degenerative Disc Model.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 583 (2020).</li><li>Li, 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=Development+of+an+ex+vivo+cavity+model+to+study+repair+strategies+in+loaded+intervertebral+discs.">Development of an ex vivo cavity model to study repair strategies in loaded intervertebral discs.</a> European Spine Journal. 25 (9), 2898-2908 (2016).</li><li>Kazezian, Z., Li, Z., Alini, M., Grad, S., Pandit, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable+hyaluronic+acid+down-regulates+interferon+signaling+molecules,+IGFBP3+and+IFIT3+in+the+bovine+intervertebral+disc.">Injectable hyaluronic acid down-regulates interferon signaling molecules, IGFBP3 and IFIT3 in the bovine intervertebral disc.</a> Acta Biomaterialia. 52, 118-129 (2017).</li><li>Caprez, S., Menzel, U., Li, Z., Grad, S., Alini, M., Peroglio, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+high-quality+RNA+from+intervertebral+disc+tissue+via+pronase+predigestion+and+tissue+pulverization.">Isolation of high-quality RNA from intervertebral disc tissue via pronase predigestion and tissue pulverization.</a> JOR Spine. 1 (2), 1017 (2018).</li><li>Lopa, S., Ceriani, C., Cecchinato, R., Zagra, L., Moretti, M., Colombini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+housekeeping+genes+in+human+intervertebral+disc,+endplate+and+articular+cartilage+cells+in+multiple+conditions+for+reliable+transcriptional+analysis.">Stability of housekeeping genes in human intervertebral disc, endplate and articular cartilage cells in multiple conditions for reliable transcriptional analysis.</a> European Cells &amp; Materials. 31, 395-406 (2016).</li><li>Lang, G., 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=An+intervertebral+disc+whole+organ+culture+system+to+investigate+proinflammatory+and+degenerative+disc+disease+condition.">An intervertebral disc whole organ culture system to investigate proinflammatory and degenerative disc disease condition.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 12 (4), 2051-2061 (2018).</li><li>Du, J., 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=Proinflammatory+intervertebral+disc+cell+and+organ+culture+models+induced+by+tumor+necrosis+factor+alpha.">Proinflammatory intervertebral disc cell and organ culture models induced by tumor necrosis factor alpha.</a> JOR Spine. 3, 1104 (2020).</li><li>Purmessur, D., Walter, B. A., Roughley, P. J., Laudier, D. M., Hecht, A. C., Iatridis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+role+for+TNF&#945;+in+intervertebral+disc+degeneration:+A+non-recoverable+catabolic+shift.">A role for TNF&#945; in intervertebral disc degeneration: A non-recoverable catabolic shift.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 433 (1), 151-156 (2013).</li><li>Walter, B. A., Likhitpanichkul, M., Illien-Junger, S., Roughley, P. J., Hecht, A. C., Iatridis, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TNF&#945;+Transport+Induced+by+Dynamic+Loading+Alters+Biomechanics+of+Intact+Intervertebral+Discs.">TNF&#945; Transport Induced by Dynamic Loading Alters Biomechanics of Intact Intervertebral Discs.</a> PLOS One. 10 (3), 0118358 (2015).</li><li>Gullbrand, S. E., 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+large+animal+model+that+recapitulates+the+spectrum+of+human+intervertebral+disc+degeneration.">A large animal model that recapitulates the spectrum of human intervertebral disc degeneration.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 25 (1), 146-156 (2017).</li><li>Willems, 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=Safety+of+intradiscal+injection+and+biocompatibility+of+polyester+amide+microspheres+in+a+canine+model+predisposed+to+intervertebral+disc+degeneration:+intradiscal+application+of+pea+microspheres.">Safety of intradiscal injection and biocompatibility of polyester amide microspheres in a canine model predisposed to intervertebral disc degeneration: intradiscal application of pea microspheres.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 105 (4), 707-714 (2017).</li><li>Michalek, A. J., Buckley, M. R., Bonassar, L. J., Cohen, I., Iatridis, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+needle+puncture+injury+on+microscale+shear+strain+in+the+intervertebral+disc+annulus+fibrosus.">The effects of needle puncture injury on microscale shear strain in the intervertebral disc annulus fibrosus.</a> The Spine Journal. 10 (12), 1098-1105 (2010).</li><li>Illien-J&#252;nger, S., 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+combined+effects+of+limited+nutrition+and+high-frequency+loading+on+intervertebral+discs+with+endplates.">The combined effects of limited nutrition and high-frequency loading on intervertebral discs with endplates.</a> Spine. 35 (19), 1744-1752 (2010).</li><li>Gantenbein, B., 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=Organ+culture+bioreactors--platforms+to+study+human+intervertebral+disc+degeneration+and+regenerative+therapy.">Organ culture bioreactors--platforms to study human intervertebral disc degeneration and regenerative therapy.</a> Current Stem Cell Research &amp; Therapy. 10 (4), 339-352 (2015).</li><li>Boubriak, O. A., Watson, N., Sivan, S. S., Stubbens, N., Urban, J. P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+regulating+viable+cell+density+in+the+intervertebral+disc:+blood+supply+in+relation+to+disc+height.">Factors regulating viable cell density in the intervertebral disc: blood supply in relation to disc height.</a> Journal of Anatomy. 222 (3), 341-348 (2013).</li><li>Maroudas, A., Stockwell, R. A., Nachemson, A., Urban, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+involved+in+the+nutrition+of+the+human+lumbar+intervertebral+disc:+cellularity+and+diffusion+of+glucose+in+vitro.">Factors involved in the nutrition of the human lumbar intervertebral disc: cellularity and diffusion of glucose in vitro.</a> Journal of Anatomy. 120, 113-130 (1975).</li><li>Beckstein, J. C., Sen, S., Schaer, T. P., 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=Comparison+of+Animal+Discs+Used+in+Disc+Research+to+Human+Lumbar+Disc:+Axial+Compression+Mechanics+and+Glycosaminoglycan+Content.">Comparison of Animal Discs Used in Disc Research to Human Lumbar Disc: Axial Compression Mechanics and Glycosaminoglycan Content.</a> Spine. 33 (6), 166-173 (2008).</li><li>Walter, B. A., Illien-J&#252;nger, S., Nasser, P. R., Hecht, A. C., Iatridis, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+a+bioreactor+system+for+dynamic+loading+and+mechanical+characterization+of+whole+human+intervertebral+discs+in+organ+culture.">Development and validation of a bioreactor system for dynamic loading and mechanical characterization of whole human intervertebral discs in organ culture.</a> Journal of Biomechanics. 47 (9), 2095-2101 (2014).</li><li>Rajan, N. E., 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=Toll-Like+Receptor+4+(TLR4)+Expression+and+Stimulation+in+a+Model+of+Intervertebral+Disc+Inflammation+and+Degeneration.">Toll-Like Receptor 4 (TLR4) Expression and Stimulation in a Model of Intervertebral Disc Inflammation and Degeneration.</a> Spine. 38 (16), 1343-1351 (2013).</li><li>vanden Akker, G. G., Rorije, A. J., Davidson, E. N. B., vander Kraan, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenotypic+marker+genes+distinguish+inner+and+outer+annulus+fibrosus+from+nucleus+pulposus+tissue+in+the+bovine+intervertebral+disc.">Phenotypic marker genes distinguish inner and outer annulus fibrosus from nucleus pulposus tissue in the bovine intervertebral disc.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 25, 402 (2017).</li><li>Du, J., 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=Functional+cell+phenotype+induction+with+TGF-&#946;1+and+collagen-polyurethane+scaffold+for+annulus+fibrosus+rupture+repair.">Functional cell phenotype induction with TGF-&#946;1 and collagen-polyurethane scaffold for annulus fibrosus rupture repair.</a> European Cells &amp; Materials. 39, 1-17 (2020).</li><li>Risbud, M. V., 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=Defining+the+phenotype+of+young+healthy+nucleus+pulposus+cells:+recommendations+of+the+Spine+Research+Interest+Group+at+the+2014+annual+ORS+meeting.">Defining the phenotype of young healthy nucleus pulposus cells: recommendations of the Spine Research Interest Group at the 2014 annual ORS meeting.</a> Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (3), 283-293 (2015).</li></ol>

We hebben hier een gedetailleerd protocol gegeven om degeneratieve en inflammatoire IVDD te simuleren. Dit protocol kan worden toegepast voor gedetailleerde onderzoeken van ontstekingsroutes die leiden tot de destructieve effecten op de schijf. Bovendien kan het protocol helpen bij het bepalen van veelbelovende therapeutische doelen die betrokken zijn bij de progressie van de ziekte.
We hebben onlangs laten zien dat humane recombinante TNF-α ontstekingen kan veroorzaken in zowel runder- als m...

Lage rugpijn (LBP) kan individuen van alle leeftijden treffen en is wereldwijd een belangrijke oorzaak voor invaliditeit1,2,3. De totale kosten in verband met LBP bedragen meer dan $ 100 miljard per jaar4,5. Symptomatische tussenwervelschijf (IVD) degeneratie (IDD), een aandoening die wordt gekenmerkt door ontsteking en weefselafbraak, is een belangrijke oorzaak van LBP6,7. In het bijzonder wordt IDD gekenmerkt door een geleidelijk evoluerende afbraak van de extracellulaire matrix (ECM) van het IVD, geïnduceerd en geactiveerd door meerdere factoren die leiden tot een versnelde pathologie, neurologische aandoeningen en uiteindelijk invaliditeit. Bovendien wordt IDD geassocieerd met het vrijkomen van pro-inflammatoire cytokinen, veranderde wervelkolombiomechanica, angiogenese en zenuwingroei, wat het pijngevoel verhoogt, wat in totaal chronische LBP (actieve discopathie) veroorzaakt6,8. Tot op heden omvatten behandelingsopties discectomie en daaropvolgende fusie van de aangrenzende wervels, implantatie van een IVD-prothese of niet-chirurgische benaderingen, zoals niet-steroïde ontstekingsremmende geneesmiddelen, opioïden en spierverslappers voor patiënten met IDD9. Beide huidige standaard therapeutische opties, chirurgisch en niet-chirurgisch, zijn slechts gedeeltelijk effectief en pakken het onderliggende biologische probleem niet aan9,10. Degeneratieve schijfziekte in een vroeg stadium wordt gekenmerkt door een initiële inflammatoire weefselrespons, met name een toename van tumornecrosefactor-alfa (TNF-alpha) expressie11. Deze vroege schijfveranderingen treden voornamelijk op cellulair niveau op zonder de schijfarchitectuur te verstoren en kunnen eerder worden nagebootst door voedingstekort onder pro-inflammatoire aandoeningen12. Daarom is nauwkeurige simulatie van de in vivo situatie om deze degeneratiemechanismen te onderzoeken en geschikte therapeutische doelen te vinden cruciaal. Bovendien speelt de mechanische belastingsomgeving van de schijven een sleutelrol bij pathologische en fysiologische veranderingen van IVD. Bijgevolg zou het combineren van deze benaderingen ons een stap vooruit brengen om de complexe micro-omgeving van IVD's in vivo na te bootsen. Er zijn momenteel geen studies die het aspect van dynamische belasting in overweging nemen, samen met de pro-inflammatoire en nutritionele setting voor zover wij weten.
Hoewel grote diermodellen het mogelijk maken om potentiële relevante in vivo interacties te onderzoeken, zijn ze duur en werkintensief. Aangezien het gebruik van diermodellen in onderzoek al lang een controverse is, is de vermindering van het aantal dieren dat nodig is om belangrijke onderzoeksvragen te beantwoorden van groot belang. Ten slotte is er momenteel geen ideaal diermodel om IDD na te bootsen in IVD-onderzoek13,14. Daarom is het noodzakelijk om een kosteneffectieve en betrouwbare vervanging vast te stellen, zoals een orgaancultuurmodel om IDD en bijbehorende ontstekings- en degeneratieve processen te simuleren. Onlangs stelde de toepassing van het huidige protocol voor de vaststelling van een pro-inflammatoir en degeneratief orgaancultuurmodel om intervertebrale schijfziekte in een vroeg stadium te simuleren ons in staat om het effect van ontstekingsremmende geneesmiddelen in de IDD-orgaancultuur te onderzoeken15.
Hier beschrijven we hoe runderintervertebrale schijven kunnen worden verkregen en de toestand van IDD in een vroeg stadium kunnen worden induceren via een katabole en pro-inflammatoire micro-omgeving veroorzaakt door directe intradiscale injectie van tumornecrosefactor-alfa (TNF-α) en degeneratieve belasting in een bioreactor onder lage voedingsmatige mediumomstandigheden. Figuur 1 illustreert het experimentele model en toont de bioreactor die wordt gebruikt om degeneratieve en fysiologische belastingsomstandigheden te simuleren.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62100/62100fig01.jpg"> Figuur 1: Illustratie van de experimentele opstelling. A: runderstaart; B: ontlede tussenwervelschijven van runderen; C: overdracht van de schijf naar een putplaat met kweekmedium; D: het laden van de simulatie in een bioreactor; E: intradiscale injectietechniek; F: IVD na injectie van PBS/trypan blauwe kleurstof om de verdeling te onthullen. IDD: tussenwervelschijfdegeneratie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62100/62100fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-Bromo-3-chloropropane(BCP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>B9673</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ascorbate-2-phosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>A8960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Band saw</td>
			<td>Exakt Apparatebau, Norderstedt, Germany</td>
			<td>model 30/833</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Munndipharma, Frankfurt, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine IL-8 Do.it-Yourself ELISA</td>
			<td>Kingfisher Biotech, St. Paul, USA</td>
			<td>DIY1028B-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning ITS Premix</td>
			<td>Corning Inc., New York, USA</td>
			<td>354350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM high glucose</td>
			<td>Gibco by life technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>10741574</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM low glucose</td>
			<td>Gibco by life technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>11564446</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol for molecular biology</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>09-0851</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Gibco by life technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>A4766801</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-essential amino acid solution</td>
			<td>Gibco by life technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>11140050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin(P/S)</td>
			<td>gibco by life technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>11548876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffer Solution, tablet</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>P4417</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pronase</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>10165921001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primocin</td>
			<td>InvivoGen, Sandiego, USA</td>
			<td>ant-pm-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulsavac Jet Lavage System</td>
			<td>Zimmer, IN,USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TissueLyser II</td>
			<td>Quiagen, Venlo, Netherlands</td>
			<td>85300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidinn-HRP</td>
			<td>Kingfisher Biotech, St. Paul, USA</td>
			<td>AR0068-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superscript VILO</td>
			<td>Invitrogen by life Technologies, Carlsbad, USA</td>
			<td>10704274</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cDNA Synthesis Kit</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>10400745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TaqMan Universal Master Mix</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TNF-alpha, recombinant human protein</td>
			<td>R&#38;D systems, Minnesota, USA</td>
			<td>210-TA-005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRI Reagent</td>
			<td>Molecular Research Center, Cincinnati, USA</td>
			<td>TR 118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-EDTA buffer solution</td>
			<td>sigma-Aldrich, St. Louis, USA</td>
			<td>93283</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gene bIL-6</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>Custom made probes</td>
			<td>Primer fw (5&#8242;&#8211;3&#8242;) TTC CAA AAA TGG AGG AAA AGG A 
			Primer rev (5&#8242;&#8211;3&#8242;) TCC AGA AGA CCA GCA GTG GTT 
			Probe (5&#8242;FAM/3&#8242;TAMRA) CTT CCA ATC TGG GTT CAA TCA GGC GATT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gene bIL8</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>Bt03211906_m1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gene bTNF-alpha</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>Custom made probes</td>
			<td>Primer fw (5&#8242;&#8211;3&#8242;) CCT CTT CTC AAG CCT CAA GTA ACA A 
			Primer rev (5&#8242;&#8211;3&#8242;) GAG CTG CCC CGG AGA GTT 
			Probe (5&#8242;FAM/3&#8242;TAMRA) ATG TCG GCT ACA ACG TGG GCT ACC G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GENE bIL1beta</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>Custom made probes</td>
			<td>Primer fw (5&#8242;&#8211;3&#8242;) TTA CTA CAG TGA CGA GAA TGA GCT GTT 
			Primer rev (5&#8242;&#8211;3&#8242;) GGT CCA GGT GTT GGA TGC A 
			Probe (5&#8242;FAM/3&#8242;TAMRA) CTC TTC ATC TGT TTA GGG TCA TCA GCC TCA A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPLP0</td>
			<td>Applied Biosystems by life technologies</td>
			<td>Bt03218086_m1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a proinflammatory, degenerative organ culture model to simulate early-stage intervertebral disc disease.

Symptomatische tussenwervelschijf (IVD) degeneratie (IDD) is een belangrijke sociaaleconomische last en wordt gekenmerkt door ontsteking en weefselafbraak. Vanwege het gebrek aan oorzakelijke therapieën is er dringend behoefte aan innovatieve experimentele orgaancultuurmodellen om de mechanismen te bestuderen die betrokken zijn bij de progressie van de ziekte, therapeutische doelen te vinden en de behoefte aan diermodellen te verminderen. We presenteren hier een nieuw, driedimensionaal orgaancultuurmodelprotocol dat het pro-inflammatoire en katabole micromilieu nabootst, dat aanwezig is tijdens IDD. 
Aanvankelijk werden runderaudale IVD's ontleed, gereinigd en gekweekt in het weefselkweekmedium. Dynamische fysiologische of pathologische belasting werd gedurende 2 uur per dag toegepast in een op maat gemaakte bioreactor. IVD's werden gedurende vier dagen toegewezen aan een controlegroep (hoog glucosemedium, fysiologische belasting, fosfaatgebufferde zoutoplossinginjectie) en een pathologische groep (laag glucosemedium, pathologische belasting, tumornecrosefactor-alfa-injectie). Genexpressieanalyse van verzamelde nucleus pulposuscellen van de IVD's en enzymgekoppelde immunosorbente assay van de geconditioneerde orgaankweekmedia werd uitgevoerd. 
Onze gegevens onthulden een hogere expressie van ontstekingsmarkers en verminderde schijfhoogten na belasting in de pathologische groep in vergelijking met de controlegroep. Dit protocol is betrouwbaar om IVD-ontsteking en degeneratie te simuleren en kan verder worden uitgebreid om het toepassingsgebied ervan te verbreden.

Degeneratieve belasting in een laag glucosemedium in combinatie met TNF-α injectie veroorzaakte een significante toename van de genexpressie van pro-inflammatoire markers interleukine 6 (IL-6) en interleukine 8 (IL-8) in vergelijking met de fysiologische controlegroep in NP-cellen na 4 dagen kweek (Figuur 2). Daarentegen hebben we geen significante veranderingen waargenomen voor de pro-inflammatoire genen interleukine 1β (IL-1β) en TNF-α in NP-cellen (gegevens niet getoond). Bovendien ve...

Watch this Scientific Journal Video about A Proinflammatory, Degenerative Organ Culture Model to Simulate Early-Stage Intervertebral Disc Disease. at JoVE.com

A Proinflammatory, Degenerative Organ Culture Model to Simulate Early-Stage Intervertebral Disc Disease.

Dit protocol presenteert een nieuw experimenteel model van pro-inflammatoire, degeneratieve runderorgaancultuur om vroege tussenwervelschijfdegeneratie te simuleren.

Een pro-inflammatoire, degeneratieve orgaancultuurmodel om intervertebrale discusziekte in een vroeg stadium te simuleren.

Symptomatic intervertebral disc (IVD) degeneration (IDD) is a major socioeconomic burden and is characterized by inflammation and tissue degradation. Due ...

Het protocol is bedoeld om in vivo omstandigheden van tussenwervelschijfdegeneratie te simuleren om de pathofysiologie ervan te onderzoeken zonder dat diermodellen nodig zijn. In vergelijking met in vitro celkweek handhaaft de bioreactororgaankweektechniek de cellen in hun inheemse biologische en biomechanische micromilieu naast de levering van een controleerbare en reproduceerbare kweekconditie. Begin met het grondig spoelen van de hele runderstaart met leidingwater om vuil en haar op het oppervlak te verwijderen en dompel de staart vervolgens gedurende 10 minuten onder in 1% betadine-oplossing om het oppervlak te desinfecteren.Gebruik een scalpel nummer 20 om het zachte weefsel van de staartwervelkolom te verwijderen om de identificatie van de tussenwervelschijven of IVD's te vergemakkelijken. Verwijder de spineuze en transversale processen van de wervels met een botverwijderingstang. Snijd dwars met een bottang door het midden van elk wervellichaam om individuele bewegingssegmenten te verkrijgen en plaats vervolgens de verzamelde bewegingssegmenten in een Petrischaal met een gaas bevochtigd in de oplossing van Ringer.Lokaliseer de IVD in wervels door de bewegingssegmenten voorzichtig te bewegen en identificeer vervolgens de locatie van de groeiplaat door de bolle kant van de benige eindplaat aan te raken en te vinden. Koel het zaagblad van de bandzaag af met de oplossing van Ringer en gebruik het om twee parallelle sneden te maken in de groeiplaat van de IVD's, één aan elke kant. Breng de IND's over in een schone petrischaal met schoon gaas bevochtigd met de oplossing van Ringer.Schraap het wervellichaam en de groeiplaat af met behulp van het scalpelblad, waardoor de eindplaat intact blijft. Plaats de twee oppervlakken vlak en parallel voor de laadprocedure en breng geschraapte IVD's over naar een verse petrischaal met gaas bevochtigd met ringer's oplossing. Meet de schijfhoogte en diameter met een remklauw en reinig vervolgens de bloedstolsels in het wervelbot met de oplossing van Ringer met behulp van een straalspoelingssysteem.Desinfecteer IVDs in PBS en 10% penicilline streptomycine met schudden gedurende 15 minuten. Spoel de antibiotica met hoge concentratie af met PBS en 1% penicilline streptomycine. Breng schijven over naar IVD-kamers met vijf milliliter IVD-kweekmedium en plaats ze in het bioreactorsysteem met een incubator op 37 graden Celsius met 85% vochtigheid en 5% kooldioxide.Kweek de schijven gedurende vier dagen binnen een bioreactorsysteem door verschillende belastingsomstandigheden te handhaven volgens de experimentele groepen. Kweek in de fysiologische controlegroep de IVD's met een hoog glucosemedium met behulp van een belastingsprotocol van 0,02 tot 0,2 megapascal en 0,2 hertz gedurende twee uur per dag. Kweek in de pathologische groep de IVD's met een laag glucosemedium met behulp van een beladingsprotocol van 0,32 tot 0,5 megapascal en vijf hertz gedurende twee uur per dag.Plaats de IVD's tussen de beladingsprocedures in zesputplaten met zeven milliliter IVD-kweekmedium voor vrij zwellingsherstel. Meet de schijfhoogte dagelijks met een remklauw na de vrije zwellingsperiode en na dynamische belasting voor de experimentele duur. Plaats de IVD's na de eerste dynamische laadcyclus op de eerste dag direct in een petrischaal in een verticale positie en stabiliseer ze met een pincet.Injecteer recombinant TNF-alpha met een 30-gauge insulinenaald langzaam met een snelheid van ongeveer 70 microliter per minuut in de IVD's van de pathologische groep. Trek na het injecteren de spuit halverwege naar achteren en trek aan de zuiger om een vacuüm te creëren dat voorkomt dat de geïnjecteerde oplossing lekt en verwijder vervolgens de spuit volledig uit de IVD. Degeneratieve belasting in combinatie met een beperkte voedingsvoorziening en een TNF-alfa-injectie veroorzaakten een significante toename van de genexpressie van pro-inflammatoire markers interleukine zes en interleukine acht in NP-weefsel na vier dagen kweek.De interleukine acht eiwitafgifte in het geconditioneerde medium vertoonde een duidelijke toename van de pathologische groep op dag twee en dag vier. Schijfhoogtevermindering na belasting was hoger in de pathologische groep in vergelijking met de fysiologische groep, en de verschillen waren meer uitgesproken na dag twee en drie in vergelijking met dag één, wat wijst op een progressief effect van de degeneratieve en inflammatoire omstandigheden. Een gestandaardiseerde dissectietechniek is belangrijk voor reproduceerbare IVD-cultuurmodellen met hele organen.Een bioreactor is vereist om fysiologische en degeneratieve belasting op IVD's toe te passen om verschillende in vivo biomechanische omstandigheden te simuleren. Deze techniek kan worden toegepast op menselijke IVD-explants die van hoge klinische relevantie zijn. Het is een nieuw preklinisch model voor het ontwikkelen van effectieve behandelingen bij vroege schijfdegeneratie.

Research

JoVE Journal

Medicine

Murine Corneal Transplantation: A Model to Study the Most Common Form of Solid Organ Transplantation

Muizen hoornvliestransplantatie: een model om de meest voorkomende vorm van een orgaantransplantatie Bestudeer

Corneal transplantation is the most common form of organ transplantation in the United States with between 45,000 and 55,000 procedures performed each ...

Method of Isolated Ex Vivo Lung Perfusion in a Rat Model: Lessons Learned from Developing a Rat EVLP Program

Method of Isolated Ex Vivo Lung Perfusion in a Rat Model: Lessons Learned from Developing a Rat EVLP Program

WERKWIJZE Geïsoleerde<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Longperfusie in een Rat Model: Lessen uit het ontwikkelen van een Rat EVLP Program

The number of acceptable donor lungs available for lung transplantation is severely limited due to poor quality. Ex-Vivo Lung Perfusion (EVLP) has allowed ...

A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

Een Model klinisch relevante Hypoxie bij mensen simuleren

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to ...

Ovine Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Model Utilizing a Lateral Retroperitoneal Drill Bit Injury

Ovine Lumbar Intervertebrale Disc Degeneratie Model Gebruik maken van een laterale retroperitoneale boorbitschade

Intervertebral disc degeneration is a significant contributor to the development of back pain and the leading cause of disability worldwide. Numerous ...

A Cell Culture Model of Resistance Arteries

Een cel cultuur Model van weerstand slagaders

The myoendothelial junction (MEJ), a unique signaling microdomain in small diameter resistance arteries, exhibits localization of specific proteins and ...

A Protocol to Acquire the Degenerative Tenocyte from Humans

Een Protocol bij het verwerven van de degeneratieve Tenocyte van de mens

Tendinopathy, a painful condition that develops in response to tendon degeneration, is on the rise in the developed world due to increasing physical ...

Isometric Contractility Measurement of the Mouse Mesenteric Artery Using Wire Myography

Isometrische Contractility meting van de muis mesenterische slagader met behulp van draad Myography

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and ...

Ex Vivo Corneal Organ Culture Model for Wound Healing Studies

Ex Vivo wondgenezing hoornvlies orgel cultuur Model voor Studies

The cornea has been used extensively as a model system to study wound healing. The ability to generate and utilize primary mammalian cells in two ...

A Porcine Corneal Endothelial Organ Culture Model Using Split Corneal Buttons

Een porcine Corneale endotheliale orgel cultuur model met behulp van splitsen Corneale knoppen

Experimental research on corneal endothelial cells is associated with several difficulties. Human donor corneas are scarce and rarely available for ...

A Rat Lung Transplantation Model of Warm Ischemia/Reperfusion Injury: Optimizations to Improve Outcomes

Een rattenlongtransplantatiemodel van warme ischemie / reperfusieletsel: optimalisaties om de resultaten te verbeteren

From our experience with rat lung transplantation, we have found several areas for improvement. Information in the existing literature regarding methods ...