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

Denna studie stöddes delvis av ett JSPS KAKENHI-bidrag (nummer JP18H03129 och JP18K19739). Denna forskning fick också finansiering från Alliance for Regenerative Rehabilitation Research & Training (AR3T), som stöds av Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) och National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) från National Institutes of Health under prisnummer P2CHD086843. Innehållet är enbart författarnas ansvar och representerar inte nödvändigtvis de officiella åsikterna från National Institutes of Health.

Protokollet godkändes av djurforskningskommittén vid Kyoto University (godkännandenummer: Med kyo 17616).
1. Utför in vivo cyklisk kompression på råttknäet
<ol><li>Inducera försöksdjuranestesi<ol><li>Inducera anestesi hos en 12 veckor gammal Wistar-råtta (256,8 ± 8,7 g) genom inandning av 5% isofluranlösning i anestesiboxen.</li>
		<li>Injicera intraperitonealt en blandning av tre bedövningsmedel9, inklusive medetomidin, midazolam och butorfanol,...

<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>

För första gången visar det aktuella protokollet hur man etablerar en modell av belastningsinducerad broskskada på den laterala lårbenskondylen hos råttor, liknande den intraartikulära skademodellen hos mindre gnagare som mus2. Belastningsprotokollet hos möss orsakade emellertid allvarlig osteofytbildning och korsbandsskador, vilket inte var idealiskt för att utvärdera effekterna av cyklisk kompression. Det nuvarande protokollet skapade en fokal broskskada hos råttor med en mycket lägr...

Traditionellt har främre korsband (ACL) transsektion eller destabilisering av den mediala menisken ansetts vara optimal för att undersöka posttraumatisk artros (PTOA) hos små djur. Under de senaste åren har icke-invasiva cykliska kompressionsmodeller använts för att studera PTOA. Denna modell utformades ursprungligen för att undersöka det cancellösa bensvaret på mekanisk belastning1 och modifierades sedan som en icke-kirurgisk djurmodell för PTOA-studier 2,3,4,5,6. Motiveringen är att kollidera ledbrusk genom att applicera en periodisk yttre kraft, vilket utlöser en serie inflammatoriska svar. Denna modell har dock endast tillämpats på möss, och lämplig storlek på belastning på större djur har inte diskuterats.
Ett annat problem med den tidigare modellen är att högvolymprotokollet inkluderade för många cykler, vilket orsakade överdriven förtjockning av det subkondrala benet, en oönskad biverkning, i flera prover7. Därför utvecklades en ny metod för cyklisk kompression med lämplig storlek för stora djur och en lägre belastningsbieffekt8. Det övergripande målet med den aktuella artikeln är att beskriva protokollet för den icke-invasiva cykliska kompressionsmodellen hos råttor och observera de representativa resultaten av broskdegeneration. Det nuvarande protokollet skulle hjälpa läsare som är intresserade av tillämpningen av den icke-invasiva cykliska komprimeringsmodellen på råttor.

<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

Patofysiologin för primär artros (OA) är fortfarande oklar. En specifik underklassificering av OA i relativt yngre åldersgrupper är dock sannolikt korrelerad med en historia av ledbroskskador och ligamentavulsion. Kirurgiska djurmodeller av OA i knäet spelar en viktig roll för att förstå uppkomsten och utvecklingen av posttraumatisk OA och hjälpa till att utveckla nya terapier för denna sjukdom. Icke-kirurgiska modeller har dock nyligen övervägts för att undvika traumatisk inflammation som kan påverka utvärderingen av interventionen. 
I denna studie utvecklades en intraartikulär broskskada råttmodell inducerad av in vivo cyklisk tryckbelastning, vilket gjorde det möjligt för forskare att (1) bestämma den optimala storleken, hastigheten och varaktigheten av belastningen som kan orsaka fokal broskskada; (2) bedöma posttraumatiska spatiotemporala patologiska förändringar i kondrocytens vitalitet; och (3) utvärdera det histologiska uttrycket av destruktiva eller skyddande molekyler som är involverade i anpassnings- och reparationsmekanismerna mot gemensamma tryckbelastningar. Denna rapport beskriver det experimentella protokollet för denna nya broskskada i en råttmodell.

Ett representativt resultat av de kortvariga förändringarna (1 h och 12 h) i kondrocytviabilitet i prover som utsattes för 20 N cyklisk belastning erhölls. Som visas i figur 3 ökade antalet döda kondrocyter (röd fluorescens) vid 12 timmar efter trauma. Omvänt fortsatte antalet levande kondrocyter (grön fluorescens) att minska, med vissa prover som inte innehöll några levande kondrocyter i det drabbade området.
Histologi visade att ledbrosket i råttkn?...

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

Här presenterar vi den cykliska belastningsinducerade intraartikulära brosklesionsmodellen av råttknäet, genererad av 60 cykliska kompressioner över 20 N, vilket resulterar i skador på femoralt kondylarbrosk hos råttor.

En icke-invasiv metod för att generera den cykliska belastningsinducerade intraartikulära brosklesionsmodellen i råttknäet

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

Detta protokoll visar att det är möjligt att orsaka broskskador hos djur, större djur utan kirurgisk ingrepp eller strukturerad förstörelse av djurknäet. Den största fördelen är att det visar sig vara repetitivt hos operatörer även utan erfarenhet, vilket är svårt att uppnå med någon kirurgisk metod. Börja med att montera den bedövade råttan på fixeringsanordningen.Placera den bedövade råttan liggande på magen på bottenplattan med sitt högra knä fäst vid en liten bit harts med ett konkavt spår. Placera höger bakben i höftförlängningen, knäböjningen och fotledsförlängningspositionerna med knäet böjt i cirka 140 grader. Rymma råttans häl på det kilformade spåret på den rörliga fixturen.Flytta fixeringsanordningen till spännings- och dragprovningsinstrumentet och se till att det inte finns någon kontakt med lastcellen. Öppna programvaran för spännings- och dragtestinstrument och klicka på kalibreringsknappen. Efter kalibrering, fäst försiktigt toppen av ramen på lastcellen.Slå långsamt på vridknappen på den rörliga huvudoperationspanelen tills förspänningen når fem Newton för att hålla knäleden nära fäst vid ramen. På huvudmenyn klickar du på skapa en ny metod och systemetikett. Ställ in testläget på cykel och testtypen på komprimering.Klicka på sensoretiketten och välj testfliken för att kontrollera att gränsen ligger inom 60 Newton. Välj sedan linjefliken och kontrollera att gränsen ligger inom 500 millimeter. Under testkontrolletiketten väljer du tillväxtens ursprung för att starta huvudprogrammet med 0,3% eller full skala.Ställ in slaghastigheten i kontroll i den första och tredje sektionen till en millimeter per sekund, ställ sedan in den maximala testkraften i den andra sektionen till 20 Newton och den minsta testkraften i den fjärde sektionen till fem Newton. Ställ in varaktigheten för hela till 0,5 sekunder för toppbelastningen och 10 sekunder för minsta belastning. På förspänningsfliken längst ner på sidan, se till att på är markerad, hastigheten för avböjningsavlägsnande är inställd på 100 millimeter per minut och den maximala kraften är fem Newton.Ställ in materialet som metall i provetiketten. I huvudmenyn under avsnittet välj metod och test väljer du den metod som just byggdes och klickar på start för att starta testet. Ställ in antalet cykler till 60.Sätt tillbaka råttan i buren efter lastning och håll ett 12-12 timmars ljust mörkt schema i en bur med tillräckligt med utrymme och mat ad libitum tills det är dags för analys. De kortsiktiga förändringarna i kondrocytviabilitet i prover som utsattes för 20 Newtons cyklisk belastning studerades. Antalet döda kondrocyter ökade vid 12 timmar efter trauma.Omvänt fortsatte antalet levande kondrocyter att minska. Ledbrosket i råttknäna som genomgick 20 Newtons dynamisk belastning skadades och en fokal lesionszon bekräftades i den laterala lårbenskondylen i alla prover. Lesionsstorleken ökade inte gradvis under den åtta veckor långa observationsperioden.Gränsen som motsvarar lesionens gränssnitt och det opåverkade brosket kan observeras i det drabbade området. Det viktigaste är de korrekta inställningarna för testkraften och antalet cykler. Med denna teknik kan man styra mekanisk belastning till ledtäckningen av blod, vilket banar väg för att utforska hur mekanisk belastning påverkar utvecklingen eller förebyggandet av artros.

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

Metod för Isolerad<em&gt; Ex vivo</em&gt; Lung Perfusion i en råttmodell: Lärdomar från Utveckla 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

Icke-invasiv bedömning av effektiviteten av New Therapeutics för Intestinal Sjukdomar Använda Serial Endoskopisk avbildning av Live Möss

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

Metod för Direct segment Intra-lever Delivery hjälp av en råttlever 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

Använda en knä Arthrometer att utvärdera vävnadsspecifika bidrag till knä flexionskontraktur hos råtta

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 undre kroppen positivt tryck löpband för knä artros 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

En ny icke-invasiv metod för detektion av förhöjda intra-kompartmenttryck av benet

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

Artros smärtmodell inducerad av intraartikulär injektion av monojodoacetat hos råttor

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 råttlungtransplantationsmodell av varm ischemi / reperfusionsskada: optimeringar för att förbättra resultaten

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 och effektiv råttmodell för intraoperativ bisköldkörtelavbildning

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

Utveckling och utvärdering av en råttmodell av broskdefekter i fulltjocklek

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 ...