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

מחקר זה נתמך בחלקו על ידי מענק JSPS KAKENHI (מספרים JP18H03129 ו- JP18K19739). מחקר זה קיבל מימון גם מהברית למחקר והכשרה של שיקום רגנרטיבי (AR3T), הנתמכת על ידי המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם על שם יוניס קנדי שרייבר (NICHD), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (NINDS), והמכון הלאומי לדימות ביו-רפואי וביו-הנדסה (NIBIB) של המכונים הלאומיים לבריאות תחת פרס מספר P2CHD086843. התוכן הוא באחריותם הבלעדית של המחברים ואינו מייצג בהכרח את העמדות הרשמיות של המכונים הלאומיים לבריאות.

הפרוטוקול אושר על ידי ועדת המחקר בבעלי חיים של אוניברסיטת קיוטו (מספר אישור: Med kyo 17616).
1. בצע דחיסה מחזורית in vivo על ברך החולדה
<ol><li>לגרום להרדמה ניסיונית של בעלי חיים<ol><li>השרה הרדמה בחולדת Wistar בת 12 שבועות (256.8 ± 8.7 גרם) על ידי שאיפה של תמיסת איזופלורן 5% בתיבת ההרדמה.</li>
		<li>יש...

<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>

לראשונה, הפרוטוקול הנוכחי מראה כיצד לבסס מודל של נגע סחוס הנגרם על ידי העמסה על קונדיל הירך הלטרלי בחולדות, בדומה למודל הנזק התוך-מפרקי במכרסמים קטנים יותר כמו העכבר2. עם זאת, פרוטוקול ההעמסה בעכברים גרם להיווצרות אוסטאופיטים חמורים ונגעים ברצועות צלב, מה שלא היה אידיאלי להער?...

באופן מסורתי, טרנסקציה של רצועה צולבת קדמית (ACL) או ערעור היציבות של המניסקוס המדיאלי נחשבו אופטימליים לחקר דלקת מפרקים ניוונית פוסט טראומטית (PTOA) בחיות קטנות. בשנים האחרונות נעשה שימוש במודלים לא פולשניים של דחיסה מחזורית כדי לחקור PTOA. דגם זה תוכנן במקור כדי לחקור את תגובת העצם להעמסה מכנית1 ולאחר מכן שונה כמודל בעלי חיים לא ניתוחי עבור מחקרי PTOA 2,3,4,5,6. הרציונל הוא להתנגש בסחוס המפרקי על ידי הפעלת כוח חיצוני מחזורי, המעורר סדרה של תגובות דלקתיות. עם זאת, מודל זה הוחל רק על עכברים, ואת הגודל המתאים של העמסה על בעלי חיים גדולים יותר לא נדון.
בעיה נוספת עם המודל הקודם היא שהפרוטוקול בנפח גבוה כלל יותר מדי מחזורים, מה שגרם לעיבוי מוגזם של העצם התת-כונדרלית, תופעת לוואי לא רצויה, במספר דגימות7. לכן, פותחה שיטה חדשנית של דחיסה מחזורית עם הגודל המתאים לבעלי חיים גדולים ותופעת לוואי של העמסה נמוכה יותר8. המטרה הכוללת של המאמר הנוכחי היא לתאר את הפרוטוקול של מודל הדחיסה המחזורית הלא פולשנית בחולדות ולבחון את התוצאות המייצגות של ניוון הסחוס. הפרוטוקול הנוכחי יעזור לקוראים המעוניינים ביישום מודל הדחיסה המחזורית הלא פולשנית על חולדות.

<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

הפתופיזיולוגיה של דלקת מפרקים ניוונית ראשונית (OA) עדיין אינה ברורה. עם זאת, תת-סיווג ספציפי של OA בקבוצות גיל צעירות יחסית נמצא ככל הנראה בקורלציה עם היסטוריה של פגיעה בסחוס המפרקי ופגיעה ברצועות. מודלים כירורגיים של OA של הברך ממלאים תפקיד חשוב בהבנת ההתחלה וההתקדמות של OA פוסט טראומטי ומסייעים בפיתוח טיפולים חדשניים למחלה זו. עם זאת, מודלים לא כירורגיים נחשבו לאחרונה כדי למנוע דלקת טראומטית שעלולה להשפיע על הערכת ההתערבות. 
במחקר זה פותח מודל של חולדות סחוס תוך-מפרקיות המושרה על-ידי העמסה מחזורית של דחיסה מחזורית in vivo , מה שאיפשר לחוקרים (1) לקבוע את הגודל, המהירות ומשך העומס האופטימליים שעלולים לגרום לנזק לסחוס המוקדי; (2) להעריך שינויים פתולוגיים מרחביים פוסט-טראומטיים בחיוניות כונדרוציטים; ו-(3) להעריך את הביטוי ההיסטולוגי של מולקולות הרסניות או מגינות המעורבות במנגנוני ההסתגלות והתיקון כנגד עומסי דחיסה של המפרקים. דו"ח זה מתאר את פרוטוקול הניסוי של נגע סחוס חדשני זה במודל של חולדה.

התקבלה תוצאה מייצגת של השינויים קצרי הטווח (1 שעות ו-12 שעות) בכדאיות הכונדרוציטים בדגימות שהיו נתונות להעמסה מחזורית של 20 N. כפי שניתן לראות באיור 3, מספר הכונדרוציטים המתים (פלואורסצנציה אדומה) עלה ב-12 שעות לאחר טראומה. לעומת זאת, מספר הכונדרוציטים החיים (פלואורסצנציה ירוקה) ...

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

כאן אנו מציגים את מודל נגע הסחוס התוך-מפרקי הנגרם על ידי העמסה מחזורית של ברך החולדה, שנוצר על ידי 60 לחיצות מחזוריות מעל 20 N, וכתוצאה מכך נזק לסחוס הקונדילרי של הירך בחולדות.

שיטה לא פולשנית ליצירת מודל סחוס תוך מפרקי הנגרם על ידי העמסה מחזורית של ברך החולדה

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

פרוטוקול זה מראה כי ניתן לגרום לפגיעה בסחוס בבעלי חיים, בעלי חיים גדולים יותר ללא כל התערבות כירורגית או הרס מובנה של ברך החיה. היתרון הגדול ביותר הוא שמוכיח שהוא חוזר על עצמו אצל מפעילים גם ללא ניסיון, דבר שקשה להשיג בכל שיטה כירורגית. התחילו בהרכבת החולדה המורדמת על מכשיר הקיבוע.מניחים את החולדה המורדמת שוכבת על בטנה על צלחת הבסיס כאשר ברך ימין שלה מחוברת לחתיכת שרף קטנה עם חריץ קעור. מקמו את הגפה האחורית הימנית בתנוחות הארכת הירך, כיפוף הברך והארכת הקרסול כאשר הברך מכופפת בזווית של כ-140 מעלות. התאימו את העקב של החולדה על החריץ בצורת טריז על המתקן הנייד.הזז את מכשיר הקיבוע למכשיר בדיקת הלחץ והמתיחה וודא שאין מגע עם תא העומס. פתח את תוכנת בקרת המכשירים לבדיקת מתח ומתיחה ולחץ על כפתור הכיול. לאחר הכיול, חבר בזהירות את החלק העליון של המסגרת לתא העומס.הפעל את הידית הסיבובית בלוח התפעול הראשי הנייד באיטיות עד שהעומס המקדים מגיע לחמישה ניוטון כדי לשמור על מפרק הברך מחובר היטב למסגרת. בתפריט הראשי, לחץ על צור שיטה חדשה ותווית מערכת. הגדר את מצב הבדיקה למחזוריות ואת סוג הבדיקה לדחיסה.לחץ על תווית החיישן ובחר את לשונית הבדיקה כדי לבדוק שהמגבלה היא בתוך 60 ניוטון. לאחר מכן בחר את הכרטיסייה שבץ ובדוק שהמגבלה היא בטווח של 500 מילימטרים. תחת תווית בקרת הבדיקה, בחר את מקור הצמיחה כדי להתחיל את התוכנית הראשית עם 0.3% או בקנה מידה מלא.הגדר את מהירות המכה בשליטה בחלק הראשון והשלישי למילימטר אחד לשנייה, ולאחר מכן הגדר את כוח הבדיקה המרבי בחלק השני ל -20 ניוטון ואת כוח הבדיקה המינימלי בחלק הרביעי לחמישה ניוטון. הגדר את משך הזמן השלם ל- 0.5 שניות עבור עומס השיא ו- 10 שניות עבור העומס המינימלי. בכרטיסייה preload בתחתית הדף, ודא כי על מסומן, את המהירות של הסרת הסטייה מוגדר 100 מ"מ לדקה, ואת הכוח המרבי הוא חמישה ניוטון.הגדר את החומר כמתכת בתווית הדגימה. בתפריט הראשי תחת בחר שיטה ובדיקה סעיף, בחר את השיטה שנבנתה זה עתה ולחץ על התחל כדי להתחיל את הבדיקה. הגדר את מספר המחזורים ל- 60.החזירו את החולדה לכלוב שלה לאחר ההעמסה ושמרו על לוח זמנים של 12-12 שעות בחושך בהיר בכלוב עם מספיק מקום ומזון עד שיגיע הזמן לניתוח. נחקרו השינויים קצרי הטווח בכדאיות של כונדרוציטים בדגימות שהיו נתונות ל-20 ניוטון של העמסה מחזורית. מספר הכונדרוציטים המתים עלה ב-12 שעות לאחר הטראומה.לעומת זאת, מספר הכונדרוציטים החיים המשיך לרדת. הסחוס המפרקי של ברכי החולדה שעברו 20 ניוטון של העמסה דינמית נפגע ואזור נגע מוקדי אחד אושר בקונדיל הירך הלטרלי בכל הדגימות. גודל הנגע לא גדל בהדרגה במהלך תקופת התצפית בת שמונת השבועות.ניתן היה לראות את הגבול המתאים לממשק של הנגע והסחוס הלא מושפע באזור הפגוע. הדבר החשוב ביותר הוא ההגדרות הנכונות של כוח הבדיקה ואת מספר המחזורים. בעזרת טכניקה זו ניתן לשלוט בהעמסה מכנית לכיסוי המפרקי של הדם, ולסלול את הדרך לחקור כיצד העמסה מכנית משפיעה על התפתחות או מניעה של דלקת מפרקים ניוונית.

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

שיטה של ​​מבודד<em&gt; Ex Vivo</em&gt; ריאות זלוף במודל עכברוש: ​​לקחים מפיתוח תכנית EVLP עכברוש

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

הערכה לא פולשנית של היעילות של ניו Therapeutics למעי פתולוגיות שימוש הדמיה אנדוסקופי סידורי של עכברים חיים

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

שיטה של ​​המגזרים הישירים Intra-כבדית משלוח באמצעות מודל קלאמפ עכברוש הכבד hilar

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

באמצעות Arthrometer של הברך כדי להעריך את תרומתה רקמות ספציפיות הברך הקופסית כיפוף בחולדה

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

הגוף התחתון חיובי לחץ הליכון עבור שיקום אוסטיאוארתריטיס ברך

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

שיטה הרומן לא פולשנית לאיתור לחצים פנים compartmental של הרגל

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

מודל כאב אוסטאוארתריטיס המושרה על ידי הזרקה תוך-מפרקית של מונו-יודואצטט בחולדות

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

מודל השתלת ריאה של חולדה של איסכמיה חמה / פגיעה ברפרפוזיה: אופטימיזציות לשיפור התוצאות

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

הקמת מודל חולדות פשוט ויעיל להדמיית בלוטת יותרת התריס תוך ניתוחית

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

פיתוח והערכה של מודל חולדה של פגמים בסחוס בעובי מלא

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 ...