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

Это исследование было частично поддержано грантом JSPS KAKENHI (номера JP18H03129 и JP18K19739). Это исследование также получило финансирование от Альянса по исследованиям и обучению регенеративной реабилитации (AR3T), который поддерживается Национальным институтом детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD), Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (NINDS) и Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) Национальных институтов здравоохранения под номером награды P2CHD086843. Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения Национальных институтов здравоохранения.

Протокол был одобрен Комитетом по исследованиям животных Киотского университета (номер одобрения: Med kyo 17616).
1. Выполните циклическое сжатие in vivo на колене крысы
<ol><li>Индуцировать экспериментальную анестезию животных<ol><li>Индуцировать анестезию у 12-недельной крысы В...

<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>

Впервые текущий протокол показывает, как установить модель вызванного нагрузкой поражения хряща на боковом мыщелке бедренной кости у крыс, аналогичную модели внутрисуставного повреждения у более мелких грызунов, таких как мышь2. Однако протокол загрузки у мышей вызывал т...

Традиционно трансекция передней крестообразной связки (ACL) или дестабилизация медиального мениска считается оптимальной для исследования посттравматического остеоартрита (ПТОА) у мелких животных. В последние годы для изучения ПТОА использовались неинвазивные циклические компрессионные модели. Эта модель была первоначально разработана для исследования реакции костной ткани на механическую нагрузку1, а затем была модифицирована как нехирургическая модель на животных для исследований PTOA 2,3,4,5,6. Обоснование состоит в том, чтобы столкнуть суставной хрящ путем применения периодической внешней силы, которая вызывает серию воспалительных реакций. Однако эта модель была применена только к мышам, и соответствующая величина нагрузки на более крупных животных не обсуждалась.
Другая проблема с предыдущей моделью заключается в том, что протокол большого объема включал слишком много циклов, что вызывало чрезмерное утолщение субхондральной кости, нежелательный побочный эффект, в нескольких образцах7. Поэтому был разработан новый метод циклического сжатия с соответствующей величиной для крупных животных и более низким побочным эффектом нагрузки8. Общей целью данной статьи является описание протокола неинвазивной циклической компрессионной модели у крыс и наблюдение за репрезентативными результатами дегенерации хряща. Текущий протокол поможет читателям, заинтересованным в применении неинвазивной модели циклического сжатия на крысах.

<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

Патофизиология первичного остеоартрита (ОА) остается неясной. Однако специфическая подклассификация ОА в относительно более молодых возрастных группах, вероятно, коррелирует с историей повреждения суставного хряща и авульсии связок. Хирургические животные модели ОА колена играют важную роль в понимании начала и прогрессирования посттравматического ОА и помогают в разработке новых методов лечения этого заболевания. Тем не менее, недавно были рассмотрены нехирургические модели, чтобы избежать травматического воспаления, которое может повлиять на оценку вмешательства. 
В этом исследовании была разработана модель внутрисуставного поражения хряща крыс, индуцированная циклической сжимающей нагрузкой in vivo , которая позволила исследователям (1) определить оптимальную величину, скорость и продолжительность нагрузки, которые могут вызвать очаговое повреждение хряща; (2) оценить посттравматические пространственно-временные патологические изменения жизнеспособности хондроцитов; и (3) оценить гистологическую экспрессию деструктивных или защитных молекул, которые участвуют в механизмах адаптации и восстановления против суставных сжимающих нагрузок. В этом отчете описывается экспериментальный протокол для этого нового поражения хряща на модели крысы.

Получен репрезентативный результат кратковременных изменений (1 ч и 12 ч) жизнеспособности хондроцитов в образцах, подвергшихся циклической нагрузке 20 Н. Как показано на рисунке 3, количество мертвых хондроцитов (красная флуоресценция) увеличилось через 12 ч после травмы....

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

Здесь мы представляем циклическую модель внутрисуставного хрящевого поражения колена крысы, вызванную циклической нагрузкой, вызванной 60 циклическими компрессиями более 20 Н, что приводит к повреждению бедренного кондилерного хряща у крыс.

Неинвазивный метод генерации модели внутрисуставного поражения внутрисуставного хряща крысы, вызванной циклической нагрузкой

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

Этот протокол показывает, что можно вызвать повреждение хряща у животных, более крупных животных без какого-либо хирургического вмешательства или структурированного разрушения колена животного. Самым большим преимуществом является то, что они оказываются повторяющимися у операторов даже без опыта, чего трудно достичь любым хирургическим методом. Начните с установки анестезированной крысы на фиксирующее устройство.Поместите обезболенную крысу, лежащую на животе, на опорную пластину правым коленом, прикрепленным к небольшому кусочку смолы с вогнутой бороздкой. Поместите правую заднюю конечность в положение разгибания бедра, сгибания колена и разгибания лодыжки с коленом, согнутым примерно на 140 градусов. Разместите пятку крысы на клиновидной канавке на подвижном приспособлении.Переместите фиксирующее устройство к прибору для испытания на напряжение и растяжение и убедитесь, что нет контакта с тензодатчиком. Откройте программное обеспечение для управления прибором для испытания на напряжение и растяжение и нажмите кнопку калибровки. После калибровки аккуратно прикрепите верхнюю часть рамы к тензодатчику.Медленно включайте поворотную ручку на подвижной главной операционной панели, пока преднатяг не достигнет пяти ньютонов, чтобы коленный сустав был плотно прикреплен к раме. В главном меню нажмите на создать новый метод и системную метку. Установите для тестового режима циклический режим и для типа теста значение сжатия.Нажмите на метку датчика и выберите вкладку теста, чтобы проверить, что предел находится в пределах 60 ньютонов. Затем выберите вкладку обводки и убедитесь, что предел находится в пределах 500 миллиметров. Под контрольной меткой тестирования выберите происхождение роста, чтобы начать основную программу с 0,3% или полной шкалой.Установите скорость хода в управлении в первой и третьей секциях на один миллиметр в секунду, затем установите максимальную испытательную силу во второй секции в 20 Ньютонов, а минимальную испытательную силу в четвертой секции в пять Ньютонов. Установите продолжительность целого равным 0,5 секунды для пиковой нагрузки и 10 секунд для минимальной нагрузки. Во вкладке предварительной загрузки внизу страницы убедитесь, что на ней установлена проверка, скорость удаления отклонения установлена на 100 миллиметров в минуту, а максимальная сила составляет пять Ньютонов.Установите материал как металл на этикетке образца. В главном меню в разделе выбор метода и теста выберите метод, который был только что построен, и нажмите кнопку Пуск, чтобы начать тест. Установите число циклов равным 60.Верните крысу в клетку после загрузки и поддерживайте 12-12-часовой график световой темноты в клетке с достаточным пространством и пищей ad libitum до тех пор, пока не наступит время для анализа. Изучены кратковременные изменения жизнеспособности хондроцитов в образцах, подвергшихся 20 ньютонам циклической нагрузки. Количество мертвых хондроцитов увеличивалось через 12 часов после травмы.И наоборот, количество живых хондроцитов продолжало уменьшаться. Суставной хрящ коленей крысы, подвергшийся 20 ньютонам динамической нагрузки, был поврежден и во всех образцах была подтверждена одна очаговая зона поражения в латеральном мыщелке бедренной кости. Размер поражения не увеличивался постепенно в течение восьминедельного периода наблюдения.Граница, соответствующая границе раздела поражения и непораженного хряща, может наблюдаться в пораженной области. Самое главное – это правильная настройка силы тестирования и количество циклов. С помощью этой техники можно контролировать механическую нагрузку на суставное покрытие крови, прокладывая путь к изучению того, как механическая нагрузка влияет на развитие или профилактику остеоартрита.

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

Метод Изолированные<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Легких перфузии в крысиной модели: уроки, извлеченные из Разработка EVLP программы Rat

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

Неинвазивная оценка эффективности новых терапевтических средств для кишечника патологий помощи последовательной Эндоскопическая визуализации Живая мышей

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

Метод прямых Сегментные Intra-печеночной доставка с помощью модели печени крысы Hilar зажима

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

Для оценки ткани конкретных взносов сгибательная контрактура коленного сустава в крысах с использованием колена Arthrometer

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

Нижняя телесно-положительная протектора для реабилитации остеоартрита коленного сустава

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

Роман неинвазивный метод для обнаружения повышенного Внутридействуют обособленно друг давления ноги

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

Модель боли при остеоартрите, вызванная внутрисуставной инъекцией моно-йодоацетата у крыс

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

Модель трансплантации легких крысы при теплой ишемии/реперфузионной травме: оптимизация для улучшения исходов

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

Создание простой и эффективной модели крыс для интраоперационной визуализации паращитовидных желез

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

Разработка и оценка крысиной модели полноразмерных дефектов хряща

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 ...