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

Denne undersøgelse blev delvist støttet af et JSPS KAKENHI-tilskud (numrene JP18H03129 og JP18K19739). Denne forskning modtog også finansiering fra Alliance for Regenerative Rehabilitation Research & Training (AR3T), som støttes af Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) og National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) fra National Institutes of Health under tildelingsnummer P2CHD086843. Indholdet er udelukkende forfatternes ansvar og repræsenterer ikke nødvendigvis de officielle synspunkter fra National Institutes of Health.

Protokollen blev godkendt af Animal Research Committee of Kyoto University (godkendelsesnummer: Med kyo 17616).
1. Udfør in vivo cyklisk kompression på rotteknæet
<ol><li>Inducer eksperimentel dyrebedøvelse<ol><li>Inducer anæstesi i en 12 uger gammel Wistar-rotte (256,8 ± 8,7 g) ved indånding af 5% isofluranopløsning i anæstesiboksen.</li>
		<li>Intraperitonealt injicere en blanding af tre bedøvelsesmidler9, herunder medetomidin, midazolam og butorp...

<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>

For første gang viser den nuværende protokol, hvordan man etablerer en model for belastningsinduceret brusklæsion på den laterale lårbenskondyle hos rotter, svarende til den intraartikulære skademodel hos mindre gnavere som musen2. Imidlertid forårsagede belastningsprotokollen hos mus alvorlig osteofytdannelse og korsbåndslæsioner, hvilket ikke var ideelt til evaluering af virkningerne af cyklisk kompression. Den nuværende protokol skabte en fokal brusklæsion hos rotter med en meget lav...

Traditionelt er forreste korsbånd (ACL) transsektion eller destabilisering af den mediale menisk blevet betragtet som optimal til undersøgelse af posttraumatisk slidgigt (PTOA) hos små dyr. I de senere år er ikke-invasive cykliske kompressionsmodeller blevet brugt til at studere PTOA. Denne model blev oprindeligt designet til at undersøge det annullerede knoglerespons på mekanisk belastning1 og blev derefter modificeret som en ikke-kirurgisk dyremodel til PTOA-undersøgelser 2,3,4,5,6. Begrundelsen er at kollidere ledbrusk ved at anvende en periodisk ekstern kraft, som udløser en række inflammatoriske reaktioner. Denne model er dog kun blevet anvendt på mus, og den passende størrelse af belastning på større dyr er ikke blevet diskuteret.
Et andet problem med den tidligere model er, at højvolumenprotokollen omfattede for mange cyklusser, hvilket forårsagede overdreven fortykkelse af subkondralbenet, en uønsket bivirkning, i flere prøver7. Derfor blev der udviklet en ny metode til cyklisk kompression med den passende størrelse for store dyr og en lavere belastningsbivirkning8. Det overordnede mål med den nuværende artikel er at beskrive protokollen for den ikke-invasive cykliske kompressionsmodel hos rotter og observere de repræsentative resultater af bruskdegeneration. Den nuværende protokol vil hjælpe læsere, der er interesserede i anvendelsen af den ikke-invasive cykliske kompressionsmodel på rotter.

<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

Patofysiologien af primær slidgigt (OA) forbliver uklar. Imidlertid er en specifik underklassificering af OA i relativt yngre aldersgrupper sandsynligvis korreleret med en historie med ledbruskskader og ledbåndsavulsion. Kirurgiske dyremodeller af OA i knæet spiller en vigtig rolle i forståelsen af begyndelsen og progressionen af posttraumatisk OA og hjælper med udviklingen af nye terapier til denne sygdom. Imidlertid er ikke-kirurgiske modeller for nylig blevet overvejet for at undgå traumatisk betændelse, der kan påvirke evalueringen af interventionen. 
I denne undersøgelse blev der udviklet en intraartikulær brusklæsionsrottemodel induceret af in vivo cyklisk trykbelastning, som gjorde det muligt for forskere at (1) bestemme den optimale størrelse, hastighed og varighed af belastning, der kunne forårsage fokal bruskskade; (2) vurdere posttraumatiske spatiotemporale patologiske ændringer i chondrocyt vitalitet; og (3) evaluere den histologiske ekspression af destruktive eller beskyttende molekyler, der er involveret i tilpasnings- og reparationsmekanismerne mod fælles trykbelastninger. Denne rapport beskriver forsøgsprotokollen for denne nye brusklæsion i en rottemodel.

Der blev opnået et repræsentativt resultat af de kortsigtede ændringer (1 time og 12 timer) i chondrocytlevedygtigheden i prøver, der blev udsat for 20 N cyklisk belastning. Som vist i figur 3 steg antallet af døde kondrocytter (rød fluorescens) ved 12 timer efter traumet. Omvendt fortsatte antallet af levende chondrocytter (grøn fluorescens) med at falde, idet nogle prøver ikke indeholdt levende chondrocytter i det berørte område.
Histologi viste, at le...

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

Her præsenterer vi den cykliske belastningsinducerede intraartikulære brusklæsionsmodel af rotteknæet, genereret af 60 cykliske kompressioner over 20 N, hvilket resulterer i skade på lårbenet kondylarbrusk hos rotter.

En ikke-invasiv metode til generering af den cykliske belastningsinducerede intraartikulære brusklæsionsmodel af rotteknæet

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

Denne protokol viser, at det er muligt at forårsage bruskskader hos dyr, større dyr uden kirurgisk indgreb eller struktureret ødelæggelse af dyreknæet. Den største fordel er, at det viser sig at være gentagne hos operatører selv uden erfaring, hvilket er vanskeligt at opnå med nogen kirurgisk metode. Begynd med at montere den bedøvede rotte på fikseringsanordningen.Placer den bedøvede rotte liggende på maven på bundpladen med højre knæ fastgjort til et lille stykke harpiks med en konkav rille. Placer højre bagben i hofteforlængelsen, knæbøjningen og ankelforlængelsespositionerne med knæet bøjet ca. 140 grader. Tilpas rottens hæl på den kileformede rille på den bevægelige armatur.Flyt fikseringsanordningen til spændings- og træktestinstrumentet, og sørg for, at der ikke er kontakt med vejecellen. Åbn instrumentstyringssoftwaren til spændings- og træktestinstrumentet, og klik på kalibreringsknappen. Efter kalibrering fastgøres forsigtigt toppen af rammen til vejecellen.Tænd langsomt drejeknappen på det bevægelige hovedbetjeningspanel, indtil forspændingen når fem Newton for at holde knæleddet tæt fastgjort til rammen. I hovedmenuen skal du klikke på opret en ny metode og systemetiket. Indstil testtilstanden til at cykle og testtypen til komprimering.Klik på sensoretiketten, og vælg testfanen for at kontrollere, at grænsen er inden for 60 Newton. Vælg derefter stregfanen og kontroller, at grænsen er inden for 500 millimeter. Under testkontroletiketten skal du vælge vækstens oprindelse for at starte hovedprogrammet med 0,3% eller fuld skala.Indstil slaghastigheden i kontrol i første og tredje sektion til en millimeter i sekundet, og indstil derefter den maksimale testkraft i den anden sektion til 20 Newton og den mindste testkraft i fjerde sektion til fem Newton. Indstil varigheden af hele til 0,5 sekunder for spidsbelastningen og 10 sekunder for minimumsbelastningen. I forudindlæsningsfanen nederst på siden skal du sikre dig, at hastigheden for fjernelse af afbøjning er indstillet til 100 millimeter pr. Minut, og den maksimale kraft er fem Newton.Indstil materialet som metal i prøveetiketten. I hovedmenuen under afsnittet vælg metode og test skal du vælge den metode, der lige er bygget, og klikke på start for at starte testen. Indstil antallet af cyklusser til 60.Sæt rotten tilbage i buret efter pålæsning, og oprethold en 12-12 timers lys mørk tidsplan i et bur med tilstrækkelig plads og mad ad libitum, indtil det er tid til analyse. De kortsigtede ændringer i chondrocytlevedygtighed i prøver udsat for 20 Newtons cyklisk belastning blev undersøgt. Antallet af døde chondrocytter steg 12 timer efter traumet.Omvendt fortsatte antallet af levende kondrocytter med at falde. Ledbrusken i rotteknæene, der gennemgik 20 Newtons dynamisk belastning, blev beskadiget, og en fokal læsionszone blev bekræftet i den laterale lårbenskondyle i alle prøverne. Læsionsstørrelsen steg ikke gradvist i løbet af den otte ugers observationsperiode.Grænsen svarende til grænsefladen mellem læsionen og den upåvirkede brusk kunne observeres i det berørte område. Det vigtigste er de korrekte indstillinger af teststyrken og antallet af cyklusser. Med denne teknik kan man styre mekanisk belastning til leddækningen af blod, hvilket baner vejen for at undersøge, hvordan mekanisk belastning påvirker udviklingen eller forebyggelsen af slidgigt.

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

Metode til isoleret<em&gt; Ex vivo</em&gt; Lung Perfusion i en rotte Model: Erfaringer fra at udvikle en rotte 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 ...

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

Ikke-invasiv vurdering af effekten af ​​nye lægemidler til behandling af Intestinal patologier Brug Serial Endoskopisk Imaging af levende mus

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

Metode til direkte Segmentoplysninger Intra-hepatisk Levering Ved hjælp af en rotte Lever hilar Clamp Model

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

Ved hjælp af en knæ Arthrometer at vurdere væv-specifikke bidrag til knæ fleksion kontraktur i rotter

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

Den nedre krop positive tryk løbebånd for knæ slidgigt rehabilitering

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

En roman ikke-invasiv metode til påvisning af forhøjet intra-Inddækningstryk af benet

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

Slidgigt smerte model induceret ved intraartikulær injektion af mono-iodoacetat hos rotter

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

En rottelungetransplantationsmodel af varm iskæmi / reperfusionsskade: optimeringer for at forbedre resultaterne

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

Etablering af en enkel og effektiv rottemodel til intraoperativ billeddannelse af biskjoldbruskkirtlen

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

Udvikling og evaluering af en rottemodel af bruskfejl i fuld tykkelse

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 ...