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

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door een JSPS KAKENHI-subsidie (nummers JP18H03129 en JP18K19739). Dit onderzoek ontving ook financiering van de Alliance for Regenerative Rehabilitation Research &Training (AR3T), die wordt ondersteund door het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), Het Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Beroerte (NINDS) en het Nationaal Instituut voor Biomedische Beeldvorming en Bio-engineering (NIBIB) van de National Institutes of Health onder awardnummer P2CHD086843. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de National Institutes of Health.

Het protocol werd goedgekeurd door de Animal Research Committee van de Universiteit van Kyoto (goedkeuringsnummer: Med kyo 17616).
1. Voer in vivo cyclische compressie uit op de rattenknie
<ol><li>Anesthesie bij proefdieren induceren<ol><li>Anesthesie induceren bij een 12 weken oude Wistar-rat (256,8 ± 8,7 g) door inhalatie van 5% isofluraanoplossing in de anesthesiebox.</li>
		<li>Intraperitoneaal injecteren van een mengsel van drie anesthetica9, waaronder ...

<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>

Voor het eerst laat het huidige protocol zien hoe een model van door belasting geïnduceerde kraakbeenlaesie op de laterale femorale condylus bij ratten kan worden vastgesteld, vergelijkbaar met het intra-articulaire schademodel bij kleinere knaagdieren zoals de muis2. Het belastingsprotocol bij muizen veroorzaakte echter ernstige osteofytvorming en kruisbandlaesies, wat niet ideaal was voor het evalueren van de effecten van cyclische compressie. Het huidige protocol creëerde een focale kraakbeen...

Traditioneel wordt anterieure kruisband (ACL) transsectie of destabilisatie van de mediale meniscus als optimaal beschouwd voor het onderzoeken van posttraumatische artrose (PTOA) bij kleine dieren. In de afgelopen jaren zijn niet-invasieve cyclische compressiemodellen gebruikt om PTOA te bestuderen. Dit model was oorspronkelijk ontworpen om de cancellous botrespons op mechanische belasting1 te onderzoeken en werd vervolgens aangepast als een niet-chirurgisch diermodel voor PTOA-studies 2,3,4,5,6. De reden is om het gewrichtskraakbeen te laten botsen door een periodieke externe kracht toe te passen, die een reeks ontstekingsreacties veroorzaakt. Dit model is echter alleen toegepast op muizen en de juiste omvang van de belasting op grotere dieren is niet besproken.
Een ander probleem met het vorige model is dat het protocol met een hoog volume te veel cycli omvatte, wat overmatige verdikking van het subchondrale bot veroorzaakte, een ongewenste bijwerking, in verschillende monsters7. Daarom werd een nieuwe methode van cyclische compressie ontwikkeld met de juiste magnitude voor grote dieren en een bijwerking met een lagere belasting8. Het algemene doel van het huidige artikel is om het protocol van het niet-invasieve cyclische compressiemodel bij ratten te beschrijven en de representatieve resultaten van kraakbeendegeneratie te observeren. Het huidige protocol zou lezers helpen die geïnteresseerd zijn in de toepassing van het niet-invasieve cyclische compressiemodel op ratten.

<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

De pathofysiologie van primaire artrose (OA) blijft onduidelijk. Een specifieke subclassificatie van artrose in relatief jongere leeftijdsgroepen is echter waarschijnlijk gecorreleerd met een geschiedenis van gewrichtskraakbeenschade en ligamentavulsie. Chirurgische diermodellen van artrose van de knie spelen een belangrijke rol bij het begrijpen van het begin en de progressie van posttraumatische artrose en helpen bij de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor deze ziekte. Niet-chirurgische modellen zijn echter onlangs overwogen om traumatische ontstekingen te voorkomen die de evaluatie van de interventie kunnen beïnvloeden. 
In deze studie werd een intra-articulaire kraakbeenlaesie ratmodel geïnduceerd door in vivo cyclische drukbelasting ontwikkeld, waardoor onderzoekers (1) de optimale grootte, snelheid en duur van de belasting konden bepalen die focale kraakbeenschade zou kunnen veroorzaken; (2) posttraumatische spatiotemporale pathologische veranderingen in chondrocytenvitaliteit te beoordelen; en (3) de histologische expressie evalueren van destructieve of beschermende moleculen die betrokken zijn bij de aanpassings- en reparatiemechanismen tegen gewrichtsdrukbelastingen. Dit rapport beschrijft het experimentele protocol voor deze nieuwe kraakbeenlaesie in een rattenmodel.

Een representatief resultaat van de kortetermijnveranderingen (1 h en 12 h) in de levensvatbaarheid van chondrocyten in monsters die werden onderworpen aan 20 N cyclische belasting werd verkregen. Zoals te zien is in figuur 3, nam het aantal dode chondrocyten (rode fluorescentie) toe na 12 uur na het trauma. Omgekeerd bleef het aantal levende chondrocyten (groene fluorescentie) afnemen, waarbij sommige monsters geen levende chondrocyten in het getroffen gebied bevatten.
<p class="jove_co...

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

Hier presenteren we het cyclische belasting-geïnduceerde intra-articulaire kraakbeenlaesiemodel van de rattenknie, gegenereerd door 60 cyclische compressies over 20 N, resulterend in schade aan het femorale condylaire kraakbeen bij ratten.

Een niet-invasieve methode voor het genereren van het cyclische belastingsgeïnduceerde intra-articulaire kraakbeenlaesiemodel van de rattenknie

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

Dit protocol laat zien dat het mogelijk is om kraakbeenschade te veroorzaken bij dieren, grotere dieren zonder chirurgische ingreep of gestructureerde vernietiging van de dierlijke knie. Het grootste voordeel is dat het repetitief blijkt te zijn bij operators, zelfs zonder ervaring, wat moeilijk te bereiken is met een chirurgische methode. Begin met het monteren van de verdoofde rat op het fixatieapparaat.Plaats de verdoofde rat liggend op zijn buik op de bodemplaat met zijn rechterknie bevestigd aan een klein stukje hars met een holle groef. Plaats de rechter achterpoot in de heupextensie, knieflexie en enkelverlengingsposities met de knie gebogen op ongeveer 140 graden. Plaats de hiel van de rat op de wigvormige groef op het beweegbare armatuur.Verplaats het bevestigingsapparaat naar het spannings- en trekproefinstrument en zorg ervoor dat er geen contact is met de loadcel. Open de besturingssoftware voor het testen van het spannings- en treksterktetestinstrument en klik op de kalibratieknop. Bevestig na kalibratie voorzichtig de bovenkant van het frame aan de loadcel.Draai de draaiknop op het beweegbare hoofdwerkpaneel langzaam in totdat de voorspanning vijf Newton bereikt om het kniegewricht nauw aan het frame te houden. Klik in het hoofdmenu op een nieuwe methode en systeemlabel maken. Stel de testmodus in op cyclus en het testtype op compressie.Klik op het sensorlabel en selecteer het testtabblad om te controleren of de limiet binnen 60 Newton ligt. Selecteer vervolgens het lijntabblad en controleer of de limiet binnen 500 millimeter ligt. Selecteer onder het testcontrolelabel de oorsprong van de groei om het hoofdprogramma te starten met 0,3% of volledige schaal.Stel de slagsnelheid in de eerste en derde sectie in op één millimeter per seconde en stel vervolgens de maximale testkracht in de tweede sectie in op 20 Newton en de minimale testkracht in de vierde sectie op vijf Newton. Stel de duur van het geheel in op 0,5 seconden voor de piekbelasting en 10 seconden voor de minimale belasting. Zorg er op het tabblad voor laden onderaan de pagina voor dat aan is aangevinkt, de snelheid van doorbuigingsverwijdering is ingesteld op 100 millimeter per minuut en de maximale kracht vijf Newton is.Stel het materiaal in als metaal in het monsterlabel. Selecteer in het hoofdmenu onder het gedeelte Methode selecteren en testen de methode die zojuist is gebouwd en klik op start om de test te starten. Stel het aantal cycli in op 60.Breng de rat na het laden terug naar zijn kooi en houd een lichtdonker schema van 12-12 uur aan in een kooi met voldoende ruimte en voedsel ad libitum totdat het tijd is voor analyse. De kortetermijnveranderingen in de levensvatbaarheid van chondrocyten in monsters die werden onderworpen aan 20 Newton cyclische belasting werden bestudeerd. Het aantal dode chondrocyten nam 12 uur na het trauma toe.Omgekeerd bleef het aantal levende chondrocyten afnemen. Het gewrichtskraakbeen van de rattenknieën dat 20 Newton dynamische belasting onderging, werd beschadigd en één focale laesiezone werd bevestigd in de laterale femorale condylus in alle monsters. De laesiegrootte nam niet geleidelijk toe tijdens de observatieperiode van acht weken.De grens die overeenkomt met het grensvlak van de laesie en het niet-aangetaste kraakbeen kon in het getroffen gebied worden waargenomen. Het belangrijkste is de juiste instellingen van de testkracht en het aantal cycli. Met deze techniek kan men de mechanische belasting van de gewrichtsdekking van bloed regelen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt om te onderzoeken hoe mechanische belasting de ontwikkeling of preventie van artrose beïnvloedt.

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

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 ...

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

Niet-invasieve evaluatie van de werkzaamheid van nieuwe therapieën voor Intestinale Pathologieën gebruik van een serieel Endoscopische Imaging van levende muizen

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

Wijze van Direct Segmentale Intra-lever Delivery Met behulp van een Rat Liver 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

Met behulp van een knie-Arthrometer om te evalueren van weefsel-specifieke bijdragen aan knie flexie contractuur in de Rat

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

De onderlichaam positieve druk loopband voor knie artrose revalidatie

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

Een nieuwe niet-invasieve methode voor de opsporing van verhoogde intra compartimentale druk van het been

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

Artrose pijnmodel geïnduceerd door intra-articulaire injectie van mono-jodoacetaat bij ratten

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

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 ...

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

Oprichting van een eenvoudig en effectief rattenmodel voor intraoperatieve beeldvorming van bijschildklieren

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

Ontwikkeling en evaluatie van een rattenmodel van kraakbeendefecten van volledige dikte

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 ...