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
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Diese Studie wurde teilweise durch einen JSPS KAKENHI-Zuschuss unterstützt (Nummern JP18H03129 und JP18K19739). Diese Forschung wurde auch von der Alliance for Regenerative Rehabilitation Research & Training (AR3T) finanziert, die vom Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) und National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) der National Institutes of Health unter der Award-Nummer P2CHD086843 unterstützt wird. Der Inhalt liegt in der alleinigen Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt die offiziellen Ansichten der National Institutes of Health dar.

Das Protokoll wurde vom Tierforschungskomitee der Universität Kyoto genehmigt (Zulassungsnummer: Med kyo 17616).
1. Führen Sie eine zyklische In-vivo-Kompression am Rattenknie durch.
<ol><li>Experimentelle Tieranästhesie induzieren<ol><li>Induktion einer Anästhesie bei einer 12 Wochen alten Wistar-Ratte (256,8 ± 8,7 g) durch Einatmen von 5% iger Isofluranlösung in der Anästhesiebox.</li>
		<li>Intraperitoneal injizieren Sie eine Mischung aus drei Anästhetika<sup class="xref"...

<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>

Zum ersten Mal zeigt das aktuelle Protokoll, wie ein Modell der belastungsinduzierten Knorpelläsion auf dem lateralen Femurkondylen bei Ratten etabliert werden kann, ähnlich dem intraartikulären Schadensmodell bei kleineren Nagetieren wie der Maus2. Das Belastungsprotokoll bei Mäusen verursachte jedoch eine schwere Osteophytenbildung und Kreuzbandläsionen, was für die Bewertung der Auswirkungen einer zyklischen Kompression nicht ideal war. Das aktuelle Protokoll erzeugte eine fokale Knorpell...

Traditionell wurde die Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes (ACL) oder die Destabilisierung des medialen Meniskus als optimal für die Untersuchung der posttraumatischen Osteoarthritis (PTOA) bei Kleintieren angesehen. In den letzten Jahren wurden nicht-invasive zyklische Kompressionsmodelle verwendet, um PTOA zu untersuchen. Dieses Modell wurde ursprünglich entwickelt, um die spongiöse Knochenreaktion auf mechanische Belastung1 zu untersuchen und wurde dann als nicht-chirurgisches Tiermodell für die PTOA-Studien 2,3,4,5,6 modifiziert. Die Begründung besteht darin, den Gelenkknorpel durch Anwendung einer periodischen äußeren Kraft zu kollidieren, die eine Reihe von Entzündungsreaktionen auslöst. Dieses Modell wurde jedoch nur auf Mäuse angewendet, und das angemessene Ausmaß der Belastung größerer Tiere wurde nicht diskutiert.
Ein weiteres Problem des Vorgängermodells besteht darin, dass das Protokoll mit hohem Volumen zu viele Zyklen enthielt, was in mehreren Proben zu einer übermäßigen Verdickung des subchondralen Knochens führte, einer unerwünschten Nebenwirkung7. Daher wurde eine neuartige Methode der zyklischen Kompression mit der entsprechenden Größenordnung für große Tiere und einem geringeren Belastungsnebeneffekt entwickelt8. Das übergeordnete Ziel des vorliegenden Artikels ist es, das Protokoll des nicht-invasiven zyklischen Kompressionsmodells bei Ratten zu beschreiben und die repräsentativen Ergebnisse der Knorpeldegeneration zu beobachten. Das aktuelle Protokoll würde Lesern helfen, die an der Anwendung des nicht-invasiven zyklischen Kompressionsmodells bei Ratten interessiert sind.

<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

Die Pathophysiologie der primären Arthrose (OA) bleibt unklar. Eine spezifische Subklassifizierung von OA in relativ jüngeren Altersgruppen korreliert jedoch wahrscheinlich mit einer Vorgeschichte von Gelenkknorpelschäden und Bänderavulsion. Chirurgische Tiermodelle von OA des Knies spielen eine wichtige Rolle beim Verständnis des Beginns und des Fortschreitens von posttraumatischer OA und helfen bei der Entwicklung neuartiger Therapien für diese Krankheit. In jüngster Zeit wurden jedoch nicht-chirurgische Modelle in Betracht gezogen, um traumatische Entzündungen zu vermeiden, die die Bewertung des Eingriffs beeinträchtigen könnten. 
In dieser Studie wurde ein intraartikuläres Knorpelläsionsmodell entwickelt, das durch zyklische In-vivo-Druckbelastung induziert wurde, das es den Forschern ermöglichte, (1) die optimale Größe, Geschwindigkeit und Dauer der Belastung zu bestimmen, die fokale Knorpelschäden verursachen könnte; (2) Beurteilung posttraumatischer raumzeitpathologischer Veränderungen der Chondrozytenvitalität; und (3) die histologische Expression von destruktiven oder schützenden Molekülen zu bewerten, die an den Anpassungs- und Reparaturmechanismen gegen gemeinsame Druckbelastungen beteiligt sind. Dieser Bericht beschreibt das experimentelle Protokoll für diese neuartige Knorpelläsion in einem Rattenmodell.

Ein repräsentatives Ergebnis der kurzfristigen Veränderungen (1 h und 12 h) der Chondrozytenlebensfähigkeit in Proben, die einer zyklischen Belastung von 20 N ausgesetzt waren, wurde erhalten. Wie in Abbildung 3 gezeigt, stieg die Anzahl der toten Chondrozyten (rote Fluoreszenz) 12 h nach dem Trauma an. Umgekehrt nahm die Anzahl lebender Chondrozyten (grüne Fluoreszenz) weiter ab, wobei einige Proben keine lebenden Chondrozyten im betroffenen Bereich enthielten.
<p class="jove_conten...

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

Hier präsentieren wir das zyklisch belastungsinduzierte intraartikuläre Knorpelläsionsmodell des Rattenknies, das durch 60 zyklische Kompressionen über 20 N erzeugt wird, was bei Ratten zu einer Schädigung des femoralen Kondylenknorpels führt.

Eine nicht-invasive Methode zur Erzeugung des zyklischen Belastungsinduzierten intraartikulären Knorpelläsionsmodells des Rattenknies

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

Dieses Protokoll zeigt, dass es möglich ist, Knorpelschäden bei Tieren, größeren Tieren ohne chirurgischen Eingriff oder strukturierte Zerstörung des Tierknies zu verursachen. Der größte Vorteil ist, dass sie sich bei Bedienern auch ohne Erfahrung als repetitiv erweist, was mit jeder chirurgischen Methode schwer zu erreichen ist. Beginnen Sie mit der Montage der anästhesierten Ratte auf der Fixiervorrichtung.Legen Sie die betäubte Ratte, die auf dem Bauch liegt, auf die Grundplatte, wobei das rechte Knie an einem kleinen Stück Harz mit einer konkaven Rille befestigt ist. Platzieren Sie das rechte Hinterbein in der Hüftstreckung, Kniebeugung und Knöchelstreckposition, wobei das Knie um etwa 140 Grad gebeugt ist. Bringen Sie die Ferse der Ratte an der keilförmigen Nut der beweglichen Halterung unter.Bewegen Sie die Fixiervorrichtung zum Spannungs- und Zugprüfgerät und stellen Sie sicher, dass kein Kontakt mit der Wägezelle besteht. Öffnen Sie die Steuerungssoftware für Spannungs- und Zugprüfgeräte und klicken Sie auf die Schaltfläche Kalibrierung. Befestigen Sie nach der Kalibrierung vorsichtig die Oberseite des Rahmens an der Wägezelle.Drehen Sie den Drehknopf am beweglichen Hauptbedienfeld langsam ein, bis die Vorspannung fünf Newton erreicht, um das Kniegelenk eng mit dem Rahmen zu verbinden. Klicken Sie im Hauptmenü auf Neue Methode und Systembezeichnung erstellen. Stellen Sie den Testmodus auf Zyklus und den Testtyp auf Komprimierung ein.Klicken Sie auf das Sensoretikett und wählen Sie die Testregisterkarte, um zu überprüfen, ob der Grenzwert innerhalb von 60 Newton liegt. Wählen Sie dann die Registerkarte Strich und überprüfen Sie, ob der Grenzwert innerhalb von 500 Millimetern liegt. Wählen Sie unter dem Testkontrolletikett den Ursprung des Wachstums aus, um das Hauptprogramm mit 0,3% oder dem vollen Skalenendwert zu starten.Stellen Sie die kontrollierte Hubgeschwindigkeit im ersten und dritten Abschnitt auf einen Millimeter pro Sekunde ein, stellen Sie dann die maximale Prüfkraft im zweiten Abschnitt auf 20 Newton und die minimale Prüfkraft im vierten Abschnitt auf fünf Newton ein. Stellen Sie die Dauer von whole auf 0,5 Sekunden für die Spitzenlast und 10 Sekunden für die minimale Last ein. Stellen Sie auf der Registerkarte Vorspannung unten auf der Seite sicher, dass ein aktiviert ist, die Geschwindigkeit der Durchbiegungsentfernung auf 100 Millimeter pro Minute eingestellt ist und die maximale Kraft fünf Newton beträgt.Stellen Sie das Material als Metall auf dem Probenetikett ein. Wählen Sie im Hauptmenü unter dem Abschnitt Methode und Test auswählen die soeben erstellte Methode aus und klicken Sie auf Start, um den Test zu starten. Stellen Sie die Anzahl der Zyklen auf 60 ein.Bringen Sie die Ratte nach dem Laden in ihren Käfig zurück und halten Sie einen 12-12 Stunden hellen Dunkelheitsplan in einem Käfig mit ausreichend Platz und Futter ad libitum ein, bis es Zeit für die Analyse ist. Die kurzfristigen Veränderungen der Chondrozytenlebensfähigkeit in Proben, die einer zyklischen Belastung von 20 Newton ausgesetzt waren, wurden untersucht. Die Anzahl der toten Chondrozyten stieg 12 Stunden nach dem Trauma an.Umgekehrt nahm die Zahl der lebenden Chondrozyten weiter ab. Der Gelenkknorpel der Rattenknie, der 20 Newton dynamischer Belastung ausgesetzt war, wurde beschädigt und eine fokale Läsionszone wurde in allen Proben im lateralen Femurkondylen bestätigt. Die Läsionsgröße nahm während des achtwöchigen Beobachtungszeitraums nicht progressiv zu.Die Grenze, die der Grenzfläche der Läsion und des nicht betroffenen Knorpels entspricht, konnte im betroffenen Bereich beobachtet werden. Das Wichtigste ist die richtige Einstellung der Prüfkraft und der Anzahl der Zyklen. Mit dieser Technik kann man die mechanische Belastung der Gelenkabdeckung des Blutes kontrollieren und den Weg ebnen, um zu untersuchen, wie mechanische Belastung die Entwicklung oder Vorbeugung von Arthrose beeinflusst.

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

Methode Isolated<em&gt; Ex vivo</em&gt; Lung Perfusion in einem Rattenmodell: Lehren aus Entwicklung einer Ratte EVLP Programm gelernt

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

Forschung

Medizin

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

Nicht-invasive Beurteilung der Wirksamkeit neuer Therapeutika für Darmpathologien Verwenden der seriellen endoskopische Bildgebung von lebenden Mäusen

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

Methode der direkten segmentale Intra-Leber-Lieferung Mit einer Rattenleber Hilar Clamp Modell

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

Verwenden ein Knie Arthrometer auszuwertende gewebespezifischen Beiträge zum Knie Beugung Kontraktur in der Ratte

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

Das Unterkörper-Positivdruck-Laufband für die Knie-Osteoarthritis-Rehabilitation

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

Eine neuartige, nicht-invasive Methode zur Erkennung von erhöhten innerbetrieblichen Pressuren des Leg

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

Osteoarthritis-Schmerzmodell, induziert durch intraartikuläre Injektion von Mono-Jodacetat bei 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

Ein Ratten-Lungentransplantationsmodell für warme Ischämie/Reperfusionsschäden: Optimierungen zur Verbesserung der Ergebnisse

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

Etablierung eines einfachen und effektiven Rattenmodells für die intraoperative Bildgebung der Nebenschilddrüse

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

Entwicklung und Evaluierung eines Rattenmodells von Knorpeldefekten in voller Dicke

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 ...