Name: a non-invasive method for generating the cyclic loading-induced intra-articular cartilage lesion model of the rat knee
Uploaded: 2021-07-05T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Non-Invasive Method for Generating the Cyclic Loading-Induced Intra-Articular Cartilage Lesion Model of the Rat Knee at JoVE.com

تم دعم هذه الدراسة جزئيا من خلال منحة JSPS KAKENHI (الأرقام JP18H03129 و JP18K19739). تلقى هذا البحث أيضا تمويلا من التحالف من أجل أبحاث وتدريب إعادة التأهيل التجديدي (AR3T) ، والذي يدعمه معهد يونيس كينيدي شرايفر الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية (NICHD) ، والمعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية (NINDS) ، والمعهد الوطني للتصوير الطبي الحيوي والهندسة الحيوية (NIBIB) التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت رقم الجائزة P2CHD086843. المحتوى هو مسؤولية المؤلفين فقط ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة.

تمت الموافقة على البروتوكول من قبل لجنة البحوث الحيوانية بجامعة كيوتو (رقم الموافقة: Med kyo 17616).
1. أداء في الجسم الحي ضغط دوري على ركبة الفئران
<ol><li>الحث على تخدير التجارب<ol><li>حث التخدير في فأر Wistar البالغ من العمر 12 أسبوعا (256.8 ± 8.7 جم) عن طريق استنشاق محلول إيزوفلوران بنسبة...

<ol>
	<li>De Souza, R. L., 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=Non-invasive+axial+loading+of+mouse+tibiae+increases+cortical+bone+formation+and+modifies+trabecular+organization:+a+new+model+to+study+cortical+and+cancellous+compartments+in+a+single+loaded+element.">Non-invasive axial loading of mouse tibiae increases cortical bone formation and modifies trabecular organization: a new model to study cortical and cancellous compartments in a single loaded element.</a> Bone. 37 (6), 810-818 (2005).</li><li>Poulet, B., Hamilton, R. W., Shefelbine, S., Pitsillides, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+a+novel+and+adjustable+noninvasive+murine+joint+loading+model.">Characterizing a novel and adjustable noninvasive murine joint loading model.</a> Arthritis and Rheumatism. 63 (1), 137-147 (2011).</li><li>Wu, P., 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=Early+response+of+mouse+joint+tissue+to+noninvasive+knee+injury+suggests+treatment+targets.">Early response of mouse joint tissue to noninvasive knee injury suggests treatment targets.</a> Arthritis and Rheumatism. 66 (5), 1256-1265 (2014).</li><li>Poulet, 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=Intermittent+applied+mechanical+loading+induces+subchondral+bone+thickening+that+may+be+intensified+locally+by+contiguous+articular+cartilage+lesions.">Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions.</a> Osteoarthritis Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).</li><li>Ko, F. C., 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=Progressive+cell-mediated+changes+in+articular+cartilage+and+bone+in+mice+are+initiated+by+a+single+session+of+controlled+cyclic+compressive+loading.">Progressive cell-mediated changes in articular cartilage and bone in mice are initiated by a single session of controlled cyclic compressive loading.</a> Journal of Orthopaedic Research. 34 (11), 1941-1949 (2016).</li><li>Adebayo, O. O., 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=Role+of+subchondral+bone+properties+and+changes+in+development+of+load-induced+osteoarthritis+in+mice.">Role of subchondral bone properties and changes in development of load-induced osteoarthritis in mice.</a> Osteoarthritis Cartilage. 25 (12), 2108-2118 (2017).</li><li>Ko, F. C., 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+cyclic+compression+causes+cartilage+degeneration+and+subchondral+bone+changes+in+mouse+tibiae.">In vivo cyclic compression causes cartilage degeneration and subchondral bone changes in mouse tibiae.</a> Arthritis and Rheumatism. 65 (6), 1569-1578 (2013).</li><li>Ji, X., 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=Effects+of+in+vivo+cyclic+compressive+loading+on+the+distribution+of+local+Col2+and+superficial+lubricin+in+rat+knee+cartilage.">Effects of in vivo cyclic compressive loading on the distribution of local Col2 and superficial lubricin in rat knee cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 39 (3), 543-552 (2021).</li><li>Kawai, S., Takagi, Y., Kaneko, S., Kurosawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+three+types+of+mixed+anesthetic+agents+alternate+to+ketamine+in+mice.">Effect of three types of mixed anesthetic agents alternate to ketamine in mice.</a> Experimental Animals. 60 (5), 481-487 (2011).</li><li>Iijima, 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=Destabilization+of+the+medial+meniscus+leads+to+subchondral+bone+defects+and+site-specific+cartilage+degeneration+in+an+experimental+rat+model.">Destabilization of the medial meniscus leads to subchondral bone defects and site-specific cartilage degeneration in an experimental rat model.</a> Osteoarthritis Cartilage. 22 (7), 1036-1043 (2014).</li></ol>

لأول مرة ، يوضح البروتوكول الحالي كيفية إنشاء نموذج لآفة الغضروف الناجم عن التحميل على اللقمة الفخذية الجانبية في الفئران ، على غرار نموذج الضرر داخل المفصل في القوارض الأصغر مثل الفأر2. ومع ذلك ، تسبب بروتوكول التحميل في الفئران في تكوين عظمي شديد وآفات الرباط الصليبي ، والت...

تقليديا ، يعتبر استئصال الرباط الصليبي الأمامي (ACL) أو زعزعة استقرار الغضروف المفصلي الإنسي هو الأمثل للتحقيق في هشاشة العظام بعد الصدمة (PTOA) في الحيوانات الصغيرة. في السنوات الأخيرة ، تم استخدام نماذج الضغط الدوري غير الغازية لدراسة PTOA. تم تصميم هذا النموذج في الأصل للتحقيق في استجابة العظام الملغاة للتحميل الميكانيكي1 ثم تم تعديله كنموذج حيواني غير جراحي لدراسات PTOA2،3،4،5،6. الأساس المنطقي هو تصادم الغضروف المفصلي عن طريق تطبيق قوة خارجية دورية ، مما يؤدي إلى سلسلة من الاستجابات الالتهابية. ومع ذلك ، تم تطبيق هذا النموذج فقط على الفئران ، ولم تتم مناقشة الحجم المناسب للتحميل على الحيوانات الكبيرة.
مشكلة أخرى في النموذج السابق هي أن بروتوكول الحجم الكبير تضمن العديد من الدورات ، مما تسبب في سماكة مفرطة للعظم تحت الغضروف ، وهو أحد الآثار الجانبية غير المرغوب فيها ، في عدة عينات7. لذلك ، تم تطوير طريقة جديدة للضغط الدوري مع الحجم المناسب للحيوانات الكبيرة وتأثير جانبي أقل للتحميل8. الهدف العام من المقالة الحالية هو وصف بروتوكول نموذج الضغط الدوري غير الغازي في الفئران ومراقبة النتائج التمثيلية لتنكس الغضروف. سيساعد البروتوكول الحالي القراء المهتمين بتطبيق نموذج الضغط الدوري غير الغازي على الفئران.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Anesthetic Apparatus for Small Animals</td>
			<td>SHINANO MFG CO.,LTD.</td>
			<td>SN-487-0T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autograph AG-X</td>
			<td>Shimadzu Corp</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Precision Universal / Tensile Tester</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoview FV10i microscope</td>
			<td>Olympus Corp</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>A fully automated confocal laser-scanning microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISOFLURANE Inhalation Solution</td>
			<td>Pfizer Japan Inc.</td>
			<td>(01)14987114133400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LIVE/DEA Viability/Cytotoxicity Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific Japan Inc</td>
			<td>L3224</td>
			<td>A quick and easy two-color assay to determine viability of cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRAPEZIUM X Software</td>
			<td>Shimadzu Corp</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Data processing software for Autograph AG-X</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a non-invasive method for generating the cyclic loading-induced intra-articular cartilage lesion model of the rat knee

لا تزال الفيزيولوجيا المرضية لالتهاب المفاصل الأولي (OA) غير واضحة. ومع ذلك ، من المحتمل أن يرتبط تصنيف فرعي محدد ل OA في الفئات العمرية الأصغر نسبيا بتاريخ من تلف الغضروف المفصلي وقلع الأربطة. تلعب النماذج الحيوانية الجراحية لالتهاب المفاصل في الركبة دورا مهما في فهم بداية وتطور الزراعة العضوية بعد الصدمة والمساعدة في تطوير علاجات جديدة لهذا المرض. ومع ذلك ، فقد تم النظر مؤخرا في النماذج غير الجراحية لتجنب الالتهاب الرضحي الذي يمكن أن يؤثر على تقييم التدخل. 
في هذه الدراسة ، تم تطوير نموذج فأر آفة الغضروف داخل المفصل الناجم عن التحميل الانضغاطي الدوري في الجسم الحي ، مما سمح للباحثين ب (1) تحديد الحجم الأمثل والسرعة ومدة الحمل التي يمكن أن تسبب تلف الغضروف البؤري. (2) تقييم التغيرات المرضية الزمانية المكانية بعد الصدمة في حيوية الخلايا الغضروفية ؛ و (3) تقييم التعبير النسيجي للجزيئات المدمرة أو الوقائية التي تشارك في آليات التكيف والإصلاح ضد الأحمال الانضغاطية المشتركة. يصف هذا التقرير البروتوكول التجريبي لهذه الآفة الغضروفية الجديدة في نموذج الفئران.

تم الحصول على نتيجة تمثيلية للتغيرات قصيرة المدى (1 ساعة و 12 ساعة) في صلاحية الخلايا الغضروفية في العينات المعرضة لتحميل دوري 20 نيوتن. كما هو موضح في الشكل 3 ، زاد عدد الخلايا الغضروفية الميتة (مضان أحمر) في 12 ساعة بعد الصدمة. وعلى العكس من ذلك، استمر عدد الخلايا الغضروفية الح?...

Watch this Scientific Journal Video about A Non-Invasive Method for Generating the Cyclic Loading-Induced Intra-Articular Cartilage Lesion Model of the Rat Knee at JoVE.com

A Non-Invasive Method for Generating the Cyclic Loading-Induced Intra-Articular Cartilage Lesion Model of the Rat Knee

هنا ، نقدم نموذج آفة الغضروف داخل المفصل الناجم عن التحميل الدوري لركبة الفئران ، الناتجة عن 60 ضغطا دوريا يزيد عن 20 نيوتن ، مما يؤدي إلى تلف غضروف اللقمة الفخذية في الفئران.

طريقة غير جراحية لتوليد نموذج آفة الغضروف داخل المفصل الناجم عن التحميل الدوري لركبة الجرذ

The pathophysiology of primary osteoarthritis (OA) remains unclear. However, a specific subclassification of OA in relatively younger age groups is likely ...

يوضح هذا البروتوكول أنه من الممكن التسبب في تلف الغضروف في الحيوانات والحيوانات الكبيرة دون أي تدخل جراحي أو تدمير منظم لركبة الحيوان. أكبر ميزة هي أن يثبت أنه متكرر في المشغلين حتى بدون خبرة ، وهو أمر يصعب تحقيقه بأي طريقة جراحية. ابدأ بتركيب الجرذ المخدر على جهاز التثبيت.ضع الجرذ المخدر ملقى على بطنه على لوحة القاعدة مع ربط ركبته اليمنى بقطعة صغيرة من الراتنج مع أخدود مقعر. ضع الطرف الخلفي الأيمن في مواضع تمديد الورك وانثناء الركبة وتمديد الكاحل مع ثني الركبة بزاوية 140 درجة تقريبا. استيعاب كعب الفئران على الأخدود على شكل إسفين على لاعبا اساسيا المنقولة.انقل جهاز التثبيت إلى أداة اختبار الإجهاد والشد وتأكد من عدم وجود اتصال بخلية التحميل. افتح برنامج التحكم في أداة اختبار الإجهاد والشد وانقر على زر المعايرة. بعد المعايرة ، قم بتوصيل الجزء العلوي من الإطار بعناية بخلية التحميل.قم بتشغيل المقبض الدوار على لوحة التشغيل الرئيسية المتحركة ببطء حتى يصل التحميل المسبق إلى خمسة نيوتن للحفاظ على مفصل الركبة متصلا بشكل وثيق بالإطار. في القائمة الرئيسية ، انقر فوق إنشاء طريقة جديدة وتسمية النظام. اضبط وضع الاختبار على دورة ونوع الاختبار على الضغط.انقر فوق ملصق المستشعر وحدد علامة تبويب الاختبار للتحقق من أن الحد في حدود 60 نيوتن. ثم حدد علامة تبويب الحد وتحقق من أن الحد الأقصى في حدود 500 ملم. تحت ملصق التحكم في الاختبار ، حدد أصل النمو لبدء البرنامج الرئيسي بنسبة 0.3٪ أو النطاق الكامل.اضبط سرعة الشوط في التحكم في القسمين الأول والثالث على ملليمتر واحد في الثانية ، ثم اضبط أقصى قوة اختبار في القسم الثاني على 20 نيوتن والحد الأدنى لقوة الاختبار في القسم الرابع على خمسة نيوتن. اضبط مدة الكل على 0.5 ثانية لحمل الذروة و 10 ثوان للحد الأدنى للحمل. في علامة تبويب التحميل المسبق في أسفل الصفحة ، تأكد من تحديد التشغيل ، وضبط سرعة إزالة الانحراف على 100 ملم في الدقيقة ، والقوة القصوى هي خمسة نيوتن.ضع المادة كمعدن في ملصق العينة. في القائمة الرئيسية ضمن قسم تحديد الطريقة والاختبار ، حدد الطريقة التي تم إنشاؤها للتو وانقر فوق ابدأ لبدء الاختبار. اضبط عدد الدورات على 60.أعد الجرذ إلى قفصه بعد التحميل وحافظ على جدول مظلم فاتح لمدة 12-12 ساعة في قفص به مساحة كافية وطعام مخصص حتى يحين وقت التحليل. تمت دراسة التغيرات قصيرة المدى في صلاحية الخلايا الغضروفية في العينات المعرضة ل 20 نيوتن من التحميل الدوري. زاد عدد الخلايا الغضروفية الميتة في 12 ساعة بعد الصدمة.على العكس من ذلك ، استمر عدد الخلايا الغضروفية الحية في الانخفاض. تضرر الغضروف المفصلي لركبتي الفئران الذي خضع ل 20 نيوتن من التحميل الديناميكي وتم تأكيد منطقة آفة بؤرية واحدة في اللقمة الفخذية الجانبية في جميع العينات. لم يزداد حجم الآفة تدريجيا خلال فترة المراقبة التي استمرت ثمانية أسابيع.يمكن ملاحظة الحدود المقابلة لواجهة الآفة والغضروف غير المصاب في المنطقة المصابة. الشيء الأكثر أهمية هو الإعدادات المناسبة لقوة الاختبار وعدد الدورات. باستخدام هذه التقنية ، يمكن للمرء التحكم في التحميل الميكانيكي للتغطية المفصلية للدم ، مما يمهد الطريق لاستكشاف كيفية تأثير التحميل الميكانيكي على تطور أو الوقاية من هشاشة العظام.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

طريقة معزولة<em&gt; فيفو السابقين</em&gt; الإرواء الرئة في الفئران نموذج: الدروس المستفادة من تطوير برنامج EVLP الجرذ

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

Non-invasive Assessment of the Efficacy of New Therapeutics for Intestinal Pathologies Using Serial Endoscopic Imaging of Live Mice

تقييم غير الغازية من فعالية العلاجات الجديدة لعلوم الأمراض المعوية عن طريق التصوير بالمنظار المسلسل من الفئران الحية

Animal models of inflammatory bowel disease (IBD) and colorectal cancer (CRC) have provided significant insight into the cell intrinsic and extrinsic ...

Method of Direct Segmental Intra-hepatic Delivery Using a Rat Liver Hilar Clamp Model

طريقة التسليم المباشر القطاعي البينية الكبد باستخدام نموذج الفأر الكبد نقيري المشبك

Major hepatic surgery with inflow occlusion, and liver transplantation, necessitate a period of warm ischemia, and a period of reperfusion leading to ...

Using a Knee Arthrometer to Evaluate Tissue-specific Contributions to Knee Flexion Contracture in the Rat

استخدام أرثروميتير ركبة تقييم المساهمات الخاصة بالانسجة إلى انكماش انثناء الركبة في الفئران

Normal knee range of motion (ROM) is critical to well-being and allows one to perform basic activities such as walking, climbing stairs and sitting. Lost ...

The Lower Body Positive Pressure Treadmill for Knee Osteoarthritis Rehabilitation

المطحنة الضغط الإيجابي السفلي للجسم لإعادة التأهيل هشاشة العظام الركبة

Here, based on a clinician&rsquo;s point-of-view, we propose a two-model lower body positive pressure (LBPP) protocol (walking and squatting models) in ...

A Novel Non-invasive Method for the Detection of Elevated Intra-compartmental Pressures of the Leg

طريقه جديده غير غازيه للكشف عن الضغوط المرتفعة داخل المجزا للساق

Acute Compartment Syndrome is a devastating consequence of musculoskeletal trauma. Currently the diagnosis is based on clinical signs and symptoms, and ...

Osteoarthritis Pain Model Induced by Intra-Articular Injection of Mono-Iodoacetate in Rats

نموذج ألم هشاشة العظام الناجم عن الحقن داخل المفصل من أحادي يودواسيتات في الفئران

The current animal models of osteoarthritis (OA) can be divided into spontaneous models and induced models, both of which aim to simulate the ...

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

نموذج زرع رئة الفئران لإصابة نقص التروية / التروية الدافئة: تحسينات لتحسين النتائج

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

Establishment of a Simple and Effective Rat Model for Intraoperative Parathyroid Gland Imaging

إنشاء نموذج بسيط وفعال للفئران لتصوير الغدة الجار درقية أثناء العملية

Parathyroid gland (PG) identification is a critical unmet need in thyroidectomy. The identification of the PG is challenging in thyroid surgery as it is ...

Development and Evaluation of a Rat Model of Full-Thickness Cartilage Defects

تطوير وتقييم نموذج الفئران لعيوب الغضروف كاملة السماكة

Cartilage defects of the knee joint caused by trauma are a common sports joint injury in the clinic, and these defects result in joint pain, impaired ...