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 studien ble støttet delvis av et JSPS KAKENHI-stipend (nummer JP18H03129 og JP18K19739). Denne forskningen mottok også finansiering fra Alliance for Regenerative Rehabilitation Research & Training (AR3T), som støttes av 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 prisnummer P2CHD086843. Innholdet er utelukkende forfatterens ansvar og representerer ikke nødvendigvis de offisielle synspunktene til National Institutes of Health.

Protokollen ble godkjent av Animal Research Committee of Kyoto University (godkjenningsnummer: Med kyo 17616).
1. Utfør in vivo syklisk kompresjon på rottekneet
<ol><li>Indusere eksperimentell dyrebedøvelse<ol><li>Induser anestesi hos en 12 uker gammel Wistar-rotte (256,8 ± 8,7 g) ved innånding av 5 % isofluranoppløsning i anestesiboksen.</li>
		<li>Intraperitonealt injiser en blanding av tre bedøvelsesmidler9, inkludert medetomidin, midazolam og butor...

<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 nåværende protokollen hvordan man etablerer en modell for belastningsindusert brusklesjon på den laterale femorale kondylen hos rotter, lik den intraartikulære skademodellen hos mindre gnagere som musen2. Belastningsprotokollen hos mus forårsaket imidlertid alvorlig osteofyttdannelse og korsbåndskader, noe som ikke var ideelt for å evaluere effekten av syklisk kompresjon. Den nåværende protokollen skapte en fokal brusklesjon hos rotter med mye lavere belastnings...

Tradisjonelt har fremre korsbånd (ACL) transeksjon eller destabilisering av medial menisk blitt ansett som optimal for å undersøke posttraumatisk slitasjegikt (PTOA) hos små dyr. I de senere år har ikke-invasive sykliske kompresjonsmodeller blitt brukt til å studere PTOA. Denne modellen ble opprinnelig designet for å undersøke den avbrytende beinresponsen på mekanisk belastning1 og ble deretter modifisert som en ikke-kirurgisk dyremodell for PTOA-studier 2,3,4,5,6. Begrunnelsen er å kollidere leddbrusk ved å påføre en periodisk ekstern kraft, som utløser en rekke inflammatoriske responser. Denne modellen har imidlertid bare blitt brukt på mus, og den passende størrelsen på belastningen på større dyr har ikke blitt diskutert.
Et annet problem med den forrige modellen er at høyvolumprotokollen inkluderte for mange sykluser, noe som forårsaket overdreven fortykning av subchondral bein, en uønsket bivirkning, i flere prøver7. Derfor bledet utviklet en ny metode for syklisk kompresjon med passende størrelse for store dyr og en bivirkning med lavere belastning. Det overordnede målet med denne artikkelen er å beskrive protokollen til den ikke-invasive sykliske kompresjonsmodellen hos rotter og observere de representative resultatene av bruskdegenerasjon. Den nåværende protokollen vil hjelpe lesere som er interessert i anvendelsen av den ikke-invasive sykliske kompresjonsmodellen 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 ved primær artrose (OA) er fortsatt uklar. Imidlertid er en spesifikk underklassifisering av OA i relativt yngre aldersgrupper sannsynligvis korrelert med en historie med leddbruskskader og ligamentavulsjon. Kirurgiske dyremodeller av OA i kneet spiller en viktig rolle i å forstå utbruddet og progresjonen av posttraumatisk OA og hjelpe til med utviklingen av nye terapier for denne sykdommen. Imidlertid har ikke-kirurgiske modeller nylig blitt vurdert for å unngå traumatisk betennelse som kan påvirke evalueringen av intervensjonen. 
I denne studien ble det utviklet en intraartikulær brusklesjonsrottemodell indusert av in vivo syklisk trykkbelastning, noe som tillot forskere å (1) bestemme optimal størrelse, hastighet og varighet av belastning som kunne forårsake fokal bruskskade; (2) vurdere posttraumatiske spatiotemporale patologiske forandringer i kondrocytt vitalitet; og (3) evaluere det histologiske uttrykket av destruktive eller beskyttende molekyler som er involvert i tilpasnings- og reparasjonsmekanismer mot felles trykkbelastninger. Denne rapporten beskriver den eksperimentelle protokollen for denne nye brusklesjonen i en rottemodell.

Et representativt resultat av de kortsiktige endringene (1 time og 12 timer) i kondrocytt levedyktighet i prøver utsatt for 20 N syklisk belastning ble oppnådd. Som vist i figur 3 økte antall døde kondrocytter (rød fluorescens) ved 12 timer etter traumer. Omvendt fortsatte antall levende kondrocytter (grønn fluorescens) å synke, med noen prøver som ikke inneholdt levende kondrocytter i det berørte området.
Histologi viste at leddbrusken i rotteknærne so...

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 presenterer vi den sykliske belastningsinduserte intraartikulære brusklesjonsmodellen av rottekneet, generert av 60 sykliske kompresjoner over 20 N, noe som resulterer i skade på femoral kondylarbrusk hos rotter.

En ikke-invasiv metode for å generere den sykliske belastningsinduserte intraartikulære brusklesjonsmodellen til rottekneet

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

Denne protokollen viser at det er mulig å forårsake bruskskader hos dyr, større dyr uten kirurgisk inngrep eller strukturert ødeleggelse av dyrekneet. Den største fordelen er at det viser seg å være repeterende hos operatører selv uten erfaring, noe som er vanskelig å oppnå med noen kirurgisk metode. Begynn med å montere den bedøvede rotten på fikseringsenheten.Plasser den bedøvede rotten liggende på magen på bunnplaten med høyre kne festet til et lite stykke harpiks med et konkavt spor. Plasser høyre bakre lem i hofteforlengelse, knefleksjon og ankelforlengelsesposisjoner med kneet bøyd på omtrent 140 grader. Få plass til rottehælen på det kileformede sporet på den bevegelige armaturen.Flytt fikseringsenheten til testinstrumentet for stress og strekk, og sørg for at det ikke er kontakt med lastcellen. Åpne programvaren for stress- og strekkprøvingsinstrumenter og klikk på kalibreringsknappen. Etter kalibrering festes toppen av rammen forsiktig til lastcellen.Vri på dreieknappen på det bevegelige hovedbetjeningspanelet sakte til forspenningen når fem Newton for å holde kneleddet tett festet til rammen. På hovedmenyen klikker du på opprett en ny metode og systemetikett. Sett testmodusen til syklus og testtypen til komprimering.Klikk på sensoretiketten og velg testfanen for å sjekke at grensen er innenfor 60 Newton. Velg deretter strekfanen og kontroller at grensen er innenfor 500 millimeter. Under testkontrolletiketten velger du vekstopprinnelsen for å starte hovedprogrammet med 0,3 % eller full skala.Still slaghastigheten i kontroll i første og tredje seksjon til en millimeter per sekund, og sett deretter den maksimale testkraften i den andre delen til 20 Newton og minimum testkraft i fjerde seksjon til fem Newtons. Sett varigheten på hele til 0,5 sekunder for toppbelastningen og 10 sekunder for minimumsbelastningen. I forhåndsinnlastingsfanen nederst på siden, sørg for at det er merket av, er hastigheten på fjerning av avbøyning satt til 100 millimeter per minutt, og maksimal kraft er fem Newton.Sett materialet som metall i prøveetiketten. I hovedmenyen under delen velg metode og test velger du metoden som nettopp ble bygget og klikker på start for å starte testen. Sett antall sykluser til 60.Sett rotta tilbake til buret etter lasting og oppretthold en 12-12 timers lys mørk tidsplan i et bur med tilstrekkelig plass og mat ad libitum til det er tid for analyse. De kortsiktige endringene i kondrocytt levedyktighet i prøver utsatt for 20 Newtons syklisk belastning ble studert. Antall døde kondrocytter økte 12 timer etter traumer.Omvendt fortsatte antall levende kondrocytter å synke. Leddbrusken i rotteknærne som gjennomgikk 20 Newtons dynamisk belastning ble skadet, og en fokal lesjonssone ble bekreftet i den laterale femorale kondylen i alle prøvene. Lesjonsstørrelsen økte ikke gradvis i løpet av den åtte uker lange observasjonsperioden.Grensen som tilsvarer lesjonens grensesnitt og den upåvirkede brusken kunne observeres i det berørte området. Det viktigste er de riktige innstillingene for testkraften og antall sykluser. Med denne teknikken kan man kontrollere mekanisk belastning på ledddekningen av blod, og bane vei for å utforske hvordan mekanisk belastning påvirker utviklingen eller forebyggingen av slitasjegikt.

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

Måte Isolert<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Lung Perfusjons i en Rat Modell: Erfaringer fra å utvikle en 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

Non-invasiv Vurdering av effekt av New Therapeutics for Intestinal Patologier Bruke Serial Endoskopisk Imaging av 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 for direkte Segmental Intra-lever Levering Ved hjelp av en rottelever 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

Bruke en kne Arthrometer å vurdere vev-spesifikke bidrag til kneet strekking Contracture i rotte

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 kroppen positivt trykk tredemølle for kneet slitasjegikt 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

A Novel ikke-invasiv metode for påvisning av forhøyet intra-avdelings press av beinet

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 smertemodell indusert ved intraartikulær injeksjon av monojodacetat 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 rottelungetransplantasjonsmodell av varm iskemi / reperfusjonsskade: optimaliseringer for å forbedre resultatene

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 av en enkel og effektiv rottemodell for intraoperativ avbildning av biskjoldbruskkjertelen

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

Utvikling og evaluering av en rottemodell av bruskdefekter i full 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 ...