Name: micro-computed tomography analysis of the knee in aged dunkin-hartley guinea pigs after intra articular injection
Uploaded: 2024-08-02T13:00:00
Description: The purpose of this protocol is to guide researchers in performing a palpation-guided technique of intra-articular knee injection in guinea pigs and ...

Forskningen som beskrivs i detta manuskript stöddes av South Carolina SmartState® Endowed Chair in Drug Discovery Endowment funds (PMW), MUSC Division of Laboratory Animal Resources och MUSC Drug Discovery Core. Denna publikation stöddes också av National Center for Advancing Translational Sciences vid National Institutes of Health under anslagsnummer TL1 TR001451 och UL1 TR001450, samt National Institute of Dental & Craniofacial Research vid National Institutes of Health under tilldelningsnummer R01DE029637.

Alla metoder som beskrivs här har godkänts av Institutional Animal Care and Use Committee vid Medical University of South Carolina. Studien följde principen om 3R.
1. Preparat för intraartikulär injektion
<ol><li>Låt Dunkin-Hartley-marsvinen acklimatisera sig till anläggningen i minst en vecka innan experimentet påbörjas. OBS: 5- (n=2), 9- (n=1) och 12- (n=2) månader gamla marsvinshavar användes. Hanar uppvisar en accelererad utveckling och allvarligare fenotyp...

<ol>
	<li>Callahan, L. F., Cleveland, R. J., Allen, K. D., Golightly, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Racial/Ethnic,+socioeconomic,+and+geographic+disparities+in+the+epidemiology+of+knee+and+hip+osteoarthritis.">Racial/Ethnic, socioeconomic, and geographic disparities in the epidemiology of knee and hip osteoarthritis.</a> Rheum Dis Clin North Am. 47 (1), 1-20 (2021).</li><li>Mandl, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritis+year+in+review+2018:+clinical.">Osteoarthritis year in review 2018: clinical.</a> Osteoarthritis Cartilage. 27 (3), 359-364 (2019).</li><li>Assirelli, E., 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=Complement+expression+and+activation+in+osteoarthritis+joint+compartments.">Complement expression and activation in osteoarthritis joint compartments.</a> Front Immunol. 11, 535010 (2020).</li><li>Lampropoulou-Adamidou, K., 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=Useful+animal+models+for+the+research+of+osteoarthritis.">Useful animal models for the research of osteoarthritis.</a> Eur J Orthop Surg Traumatol. 24 (3), 263-271 (2014).</li><li>Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+surgical+destabilization+of+the+medial+meniscus+(DMM)+model+of+osteoarthritis+in+the+129/SvEv+mouse.">The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse.</a> Osteoarthritis Cartilage. 15 (9), 1061-1069 (2007).</li><li>Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+osteoarthritis:+classification,+update,+and+measurement+of+outcomes.">Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes.</a> J Orthop Surg Res. 11, 19 (2016).</li><li>Pitcher, T., Sousa-Valente, J., Malcangio, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Monoiodoacetate+Model+of+Osteoarthritis+Pain+in+the+Mouse.">The Monoiodoacetate Model of Osteoarthritis Pain in the Mouse.</a> J Vis Exp. (111), e53746 (2016).</li><li>de Araujo, F. A., 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=Bone+morphology+of+the+hind+limbs+in+two+caviomorph+rodents.">Bone morphology of the hind limbs in two caviomorph rodents.</a> Anat Histol Embryol. 42 (2), 114-123 (2013).</li><li>Veronesi, F., Salamanna, F., Martini, L., Fini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naturally+occurring+osteoarthritis+features+and+treatments:+systematic+review+on+the+aged+guinea+pig+model.">Naturally occurring osteoarthritis features and treatments: systematic review on the aged guinea pig model.</a> Int J Mol Sci. 23 (13), (2022).</li><li>Kraus, V. B., Huebner, J. L., DeGroot, J., Bendele, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+OARSI+histopathology+initiative+-+recommendations+for+histological+assessments+of+osteoarthritis+in+the+guinea+pig.">The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the guinea pig.</a> Osteoarthritis Cartilage. 18 Suppl 3, S35-S52 (2010).</li><li>Wang, S., 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=The+osteoarthritis+natural+progress+and+changes+in+intraosseous+pressure+of+the+guinea+pig+model+in+different+degeneration+stages.">The osteoarthritis natural progress and changes in intraosseous pressure of the guinea pig model in different degeneration stages.</a> Orthop Surg. 14 (11), 3036-3046 (2022).</li><li>Boyde, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+bone+cartilage+interface+and+osteoarthritis.">The bone cartilage interface and osteoarthritis.</a> Calcif Tissue Int. 109 (3), 303-328 (2021).</li><li>Akhter, M. P., Recker, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+imaging+in+bone+tissue+research-review.">High resolution imaging in bone tissue research-review.</a> Bone. 143, 115620 (2021).</li><li>Clark, D. P., Badea, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+micro-CT+imaging+of+small+animals.">Advances in micro-CT imaging of small animals.</a> Phys Med. 88, 175-192 (2021).</li><li>Bouxsein, M. 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=Guidelines+for+assessment+of+bone+microstructure+in+rodents+using+micro-computed+tomography.">Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography.</a> J Bone Miner Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).</li><li>Yang, D., 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=Involvement+of+CD147+in+alveolar+bone+remodeling+and+soft+tissue+degradation+in+experimental+periodontitis.">Involvement of CD147 in alveolar bone remodeling and soft tissue degradation in experimental periodontitis.</a> J Periodontal Res. 52 (4), 704-712 (2017).</li><li>Ruegsegger, P., Koller, B., Muller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microtomographic+system+for+the+nondestructive+evaluation+of+bone+architecture.">A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture.</a> Calcif Tissue Int. 58 (1), 24-29 (1996).</li><li>Boca, 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=Comparison+of+micro-CT+imaging+and+histology+for+approximal+caries+detection.">Comparison of micro-CT imaging and histology for approximal caries detection.</a> Sci Rep. 7 (1), 6680 (2017).</li><li>Ren, 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=Biochemical+and+morphological+abnormalities+of+subchondral+bone+and+their+association+with+cartilage+degeneration+in+spontaneous+osteoarthritis.">Biochemical and morphological abnormalities of subchondral bone and their association with cartilage degeneration in spontaneous osteoarthritis.</a> Calcified Tissue International. 109 (2), 179-189 (2021).</li><li>Wang, 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=Stage-specific+and+location-specific+cartilage+calcification+in+osteoarthritis+development.">Stage-specific and location-specific cartilage calcification in osteoarthritis development.</a> Ann Rheum Dis. 82 (3), 393-402 (2023).</li><li>Magni, A., 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=Management+of+osteoarthritis:+expert+opinion+on+NSAIDs.">Management of osteoarthritis: expert opinion on NSAIDs.</a> Pain Ther. 10 (2), 783-808 (2021).</li><li>Wang, T., Wen, C. Y., Yan, C. H., Lu, W. W., Chiu, K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+and+temporal+changes+of+subchondral+bone+proceed+to+microscopic+articular+cartilage+degeneration+in+guinea+pigs+with+spontaneous+osteoarthritis.">Spatial and temporal changes of subchondral bone proceed to microscopic articular cartilage degeneration in guinea pigs with spontaneous osteoarthritis.</a> Osteoarthr Cartil. 21 (4), 574-581 (2013).</li><li>Gao, J., Ren, P., Gong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+and+mechanical+alterations+in+articular+cartilage+and+subchondral+bone+during+spontaneous+hip+osteoarthritis+in+guinea+pigs.">Morphological and mechanical alterations in articular cartilage and subchondral bone during spontaneous hip osteoarthritis in guinea pigs.</a> Front Bioeng Biotechnol. 11, 1080241 (2023).</li><li>Makarczyk, M. J., 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=Current+models+for+development+of+disease-modifying+osteoarthritis+drugs.">Current models for development of disease-modifying osteoarthritis drugs.</a> Tissue Eng Part C Methods. 27 (2), 124-138 (2021).</li><li>Hunter, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacologic+therapy+for+osteoarthritis--the+era+of+disease+modification.">Pharmacologic therapy for osteoarthritis--the era of disease modification.</a> Nat Rev Rheumatol. 7 (1), 13-22 (2011).</li><li>Schuelert, N., McDougall, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grading+of+monosodium+iodoacetate-induced+osteoarthritis+reveals+a+concentration-dependent+sensitization+of+nociceptors+in+the+knee+joint+of+the+rat.">Grading of monosodium iodoacetate-induced osteoarthritis reveals a concentration-dependent sensitization of nociceptors in the knee joint of the rat.</a> Neurosci Lett. 465 (2), 184-188 (2009).</li><li>Yao, 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=Chondrocyte+ferroptosis+contribute+to+the+progression+of+osteoarthritis.">Chondrocyte ferroptosis contribute to the progression of osteoarthritis.</a> J Orthop Translat. 27, 33-43 (2021).</li><li>Huebner, J. L., Hanes, M. A., Beekman, B., TeKoppele, J. M., Kraus, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+analysis+of+bone+and+cartilage+metabolism+in+two+strains+of+guinea-pig+with+varying+degrees+of+naturally+occurring+osteoarthritis.">A comparative analysis of bone and cartilage metabolism in two strains of guinea-pig with varying degrees of naturally occurring osteoarthritis.</a> Osteoarthritis Cartilage. 10 (10), 758-767 (2002).</li><li>Ringe, J., 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=CCL25-Supplemented+hyaluronic+acid+attenuates+cartilage+degeneration+in+a+guinea+pig+model+of+knee+osteoarthritis.">CCL25-Supplemented hyaluronic acid attenuates cartilage degeneration in a guinea pig model of knee osteoarthritis.</a> J Orthop Res. 37 (8), 1723-1729 (2019).</li><li>Chouhan, D. K., 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=Multiple+platelet-rich+plasma+injections+versus+single+platelet-rich+plasma+injection+in+early+osteoarthritis+of+the+knee:+An+experimental+study+in+a+guinea+pig+model+of+early+knee+osteoarthritis.">Multiple platelet-rich plasma injections versus single platelet-rich plasma injection in early osteoarthritis of the knee: An experimental study in a guinea pig model of early knee osteoarthritis.</a> Am J Sports Med. 47 (10), 2300-2307 (2019).</li><li>Patel, S., Mishra, N. P., Chouhan, D. K., Nahar, U., Dhillon, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chondroprotective+effects+of+multiple+PRP+injections+in+osteoarthritis+by+apoptosis+regulation+and+increased+aggrecan+synthesis-+Immunohistochemistry+based+Guinea+pig+study.">Chondroprotective effects of multiple PRP injections in osteoarthritis by apoptosis regulation and increased aggrecan synthesis- Immunohistochemistry based Guinea pig study.</a> J Clin Orthop Trauma. 25, 101762 (2022).</li><li>Cheng, J., Abdi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complications+of+joint,+tendon,+and+muscle+injections.">Complications of joint, tendon, and muscle injections.</a> Tech Reg Anesth Pain Manag. 11 (3), 141-147 (2007).</li><li>Wang, Q., 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=Identification+of+a+central+role+for+complement+in+osteoarthritis.">Identification of a central role for complement in osteoarthritis.</a> Nat Med. 17 (12), 1674-1679 (2011).</li><li>Santangelo, K. S., Kaeding, A. C., Baker, S. A., Bertone, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+gait+analysis+detects+significant+differences+in+movement+between+osteoarthritic+and+nonosteoarthritic+guinea+pig+strains+before+and+after+treatment+with+flunixin+meglumine.">Quantitative gait analysis detects significant differences in movement between osteoarthritic and nonosteoarthritic guinea pig strains before and after treatment with flunixin meglumine.</a> Arthritis. 2014, 503519 (2014).</li><li>McCoy, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+osteoarthritis:+comparisons+and+key+considerations.">Animal models of osteoarthritis: comparisons and key considerations.</a> Vet Pathol. 52 (5), 803-818 (2015).</li><li>Thysen, S., Luyten, F. P., Lories, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targets,+models+and+challenges+in+osteoarthritis+research.">Targets, models and challenges in osteoarthritis research.</a> Dis Model Mech. 8 (1), 17-30 (2015).</li><li>Vazquez-Portalatin, N., Breur, G. J., Panitch, A., Goergen, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+ultrasound-guided+intra-articular+injections+in+guinea+pig+knees.">Accuracy of ultrasound-guided intra-articular injections in guinea pig knees.</a> Bone Joint Res. 4 (1), 1-5 (2015).</li><li>Nie, C., Wang, Z., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+depression+on+fracture+healing+and+osteoblast+differentiation+in+rats.">The effect of depression on fracture healing and osteoblast differentiation in rats.</a> Neuropsychiatr Dis Treat. 14, 1705-1713 (2018).</li><li>Jonsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-CT+and+deep+learning:+Modern+techniques+and+applications+in+insect+morphology+and+neuroscience.">Micro-CT and deep learning: Modern techniques and applications in insect morphology and neuroscience.</a> Front Insect Sci. 3, (2023).</li></ol>

Trots de senaste framstegen inom symtomatisk behandling av artros saknas helt och hållet läkemedel som förhindrar uppkomst eller fördröjer utvecklingen av artros24. För närvarande är det enda botemedlet mot svår artros ledplastik, vilket är kostsamt, invasivt och kan leda till sjuklighet och dödlighethos patienterna. Som ett resultat av detta finns det ett stort behov av fortsatt forskning med djurmodeller av artros och fortsatt utveckling av nya terapier. Flera ...

Osteoartrit (OA) drabbar 32,5 miljoner vuxna i USA. Det orsakas av progressiv förlust av ledbrosk, mild inflammation i vävnaderna i och runt lederna och bildning av osteofyter och bencystor 1,2. Symtomen visar sig vanligtvis i de senare stadierna av sjukdomen, med nuvarande behandlingar som endast ger palliativ lindring samt har systemiska biverkningar. Bristen på sjukdomsmodifierande läkemedel beror på en dålig förståelse av de underliggande mekanismerna för sjukdomen3. Som ett resultat av detta finns det ett kritiskt och pågående medicinskt behov av förbättrade medel för att behandla artros.
Det finns flera djurmodeller av artros som undersöker olika komponenter i sjukdomsprocesserna4. Även om det finns flera kirurgiska modeller, inklusive transsektion av det främre korsbandet och destabilisering av den mediala menisken, är dessa invasiva och kräver en hög nivå av teknisk skicklighet5. Kemiskt inducerade modeller är jämförelsevis mindre invasiva procedurer som vanligtvis används för att studera smärtmekanismer för artros6. En sådan allmänt använd musmodell involverar OA-induktion genom en intraartikulär knäinjektion av mononatriumjodacetat (MIA). Denna modell genererar en reproducerbar, robust och snabb smärtliknande fenotyp som kan graderas genom att ändra MIA-dosen7. Tekniska detaljer för att inducera denna modell har tidigare beskrivits7. Att överföra denna teknik till större gnagare, som marsvin, är svårt på grund av deras anatomiska skillnader. Några skillnader inkluderar ökad muskulatur runt de intilliggande benen och ledutrymmet hos marsvinet och en artikulerande fibula och tibia jämfört med distal fusion som ses hos möss8. Dunkin-Hartley-marsvin, en allmänt tillgänglig marsvinsstam, är en etablerad artrosmodell för djur eftersom de naturligt utvecklar denna sjukdom, vilket ger en robust modell för att undersöka effekterna av nya terapier som administreras genom intraartikulär injektion på sjukdomsprogression9. Dunkin-Hartley-marsvin börjar utveckla artros vid tre månaders ålder, medan hanarna uppvisar en accelererad utveckling och allvarligare fenotyp10. Hos marsvin fortskrider artros med åldern, och vid 12 månader är associerad patologi uppenbar på avbildning11. Spontana artrosmodeller, som Dunkin-Hartley-modellen, kräver ingen intervention för att inducera artros och därmed rekapitulera utvecklingen och progressionen av sjukdomsfenotypen hos människa, vilket ger en kraftfull translationell modell10. Dessutom möjliggör den spontana utvecklingen av artros intern kontroll när nya läkemedel administreras ensidigt i ett enda knä på ett givet djur. Denna interna kontroll minimerar effekterna av variationer mellan djur vid analys av data och kan bidra till att minska det totala antalet djur. 
Röntgenanalys av mikrodatortomografi (μCT) är ett kraftfullt verktyg som möjliggör kvantitativ bedömning av OA-svårighetsgrad12. μCT innebär skanning av flera högupplösta röntgenbilder, erhållna från ett roterande prov eller en roterande röntgenkälla och detektor13. Därefter rekonstrueras tredimensionella (3D) volymetriska data i form av staplade bildsnitt14. Eftersom mineraliserat ben har utmärkt kontrast på μCT kan denna modalitet användas för att bedöma 3D-egenskaper och utföra kvantitativa analyser av förändringar associerade med OA 15,16,17. μCT erbjuder flera fördelar jämfört med mer allmänt använda verktyg, inklusive histopatologi och gånganalyser. Till skillnad från histologisk bedömning av ett eller ett fåtal vävnadssnitt, skannar μCT hela leden och erbjuder en mer holistisk bedömning av artroslesioner18. Medan gånganalys kan urskilja symtomatiska förändringar i ledfunktionen över tid, utvecklas ledförändringar långt innan funktionella förändringar i samband med artros. μCT kan ge ett känsligare mått på OA-utveckling innan hälta uppträder. Två särskilt relevanta kvantitativa mätningar inkluderar bentäthet och trabekulär tjocklek eftersom båda ökar under hela progressionen av OA19,20. Det kan vara bra att dela upp analysen i subkondrala plattor och trabekulärt ben, eftersom de har olika egenskaper, för att uppnå mer robusta mätningar och jämförelser.
Det övergripande målet med denna metod är att hjälpa forskare att framgångsrikt utföra intraartikulära injektioner på marsvin. Det presenterade protokollet använde fem (n=2), nio- (n=1) och 12- (n=2) månader gamla intakta, hanar av Dunkin-Hartley; Procedurerna kan extrapoleras till andra marsvinsstammar och åldrar som kräver intraartikulär knäinjektion. I spontana modeller av artros, som Dunkin-Hartley-modellen, övervakas ofta sjukdomsprogression och svar på seriell behandling under långa tidsperioder, som sträcker sig från veckor tillmånader9. Detta utökade protokoll resulterar i flera intraartikulära injektioner, och därför är det viktigt att ha rätt injektionsteknik för att förhindra biverkningar, inklusive smärta, hälta eller infektioner, som alla kan påverka djurens välbefinnande och förvirra studieresultaten samtidigt som det krävs ytterligare djur i studien. Det presenterade protokollet beskriver metodiken för intraartikulära injektioner hos marsvin och efterföljande analys av μCT-data.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>200 Proof Ethanol</td>
			<td>Decon Laboratories</td>
			<td>2701</td>
			<td>sterilizing agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D.SUITE software</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>&#956;-CT analyzing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine Surgical Scrub</td>
			<td>Avrio Health</td>
			<td>67618-151-16</td>
			<td>sterilizing agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin syringe with needle</td>
			<td>Ulticare</td>
			<td>91008</td>
			<td>to perform injections</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Piramal</td>
			<td>803249</td>
			<td>anesthesize animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutral Buffered Formalin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>23-427098</td>
			<td>Fix tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nrecon Software</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>&#956;-CT reconstruction software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td>SH30258.01</td>
			<td>control and diluting agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SkyScan 1176</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>to scan samples&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-computed tomography analysis of the knee in aged dunkin-hartley guinea pigs after intra articular injection

Syftet med detta protokoll är att vägleda forskare i att utföra en palpationsstyrd teknik för intraartikulär knäinjektion hos marsvin och bedömning med hjälp av mikrodatortomografi. Dunkin-Hartleys marsvin är robusta modeller för artrosforskning eftersom de spontant utvecklar artros i knäna. Intraartikulär läkemedelstillförsel är en vanlig metod för att studera effekterna av ett prövningsläkemedel in vivo. Hos människor kan terapeutiska medel som administreras via intraartikulär injektion erbjuda smärtlindring och fördröja ytterligare progression av artros. Som med alla arter har införandet av en nål i ett ledutrymme potential att orsaka skada, vilket kan resultera i smärta, hälta eller infektion. Sådana biverkningar kan äventyra djurens välbefinnande, förvirra studieresultat och kräva ytterligare djur för att uppnå studiemålen. Som sådan är det absolut nödvändigt att utveckla lämpliga injektionstekniker för att förhindra komplikationer, särskilt i longitudinella studier som kräver flera, upprepade intraartikulära injektioner. Med hjälp av den presenterade metodiken fick fem marsvin bilaterala knäinjektioner under narkos. Sju dagar efter injektionen avlivades djuren på ett humant sätt för analys av artrosens svårighetsgrad. Inga biverkningar inträffade efter anestesi eller knäinjektioner, inklusive haltande, smärta eller infektion. Röntgen mikrodatortomografi analys av knäet kan upptäcka patologiska förändringar i samband med artros. Mikrodatortomografidata indikerar att artros är allvarligare hos äldre djur, vilket indikeras av ökad bentäthet och trabekulär tjocklek med åldern. Dessa resultat överensstämmer med histologiska förändringar och modifierade Mankin-poäng, ett etablerat och allmänt använt poängsystem för att bedöma artritens svårighetsgrad hos samma djur. Detta protokoll kan användas för att förfina intraartikulära injektioner hos marsvin.

Innan intraartikulära injektioner utfördes på levande djur, praktiserades ovanstående protokoll på tre råttkadaver för att säkerställa korrekt injektionsplats. Under träningspassen injicerades 50 μL 70 % nytt metylenblått färgämne i båda knälederna med hjälp av den metod som beskrivs ovan. Detta motsvarar sex övningsinjektioner. Efter injektioner dissekerades knäleden genom snitt genom den kraniala aspekten av ledutrymmet, distalt om knäskålen och genom patellarligamentet, för att visualisera ledutr...

Dunkin-Hartleys marsvin är en etablerad djurmodell för artrosforskning. Sådana studier kan dra nytta av intraartikulära injektioner av olika skäl, inklusive för att undersöka nya medel eller för att behandla sjukdomar. Vi beskriver en metodik för intraartikulär knäinjektion hos marsvin och efterföljande mikrodatortomografianalys för att bedöma artritassocierade knäförändringar.

Mikrodatortomografianalys av knäet hos åldrade Dunkin-Hartley marsvin efter intraartikulär injektion

The purpose of this protocol is to guide researchers in performing a palpation-guided technique of intra-articular knee injection in guinea pigs and ...

Osteoartrit, eller OA, är en degenerativ ledsjukdom som drabbar 32,5 miljoner vuxna i USA. Ofta uppträder artrossymtomen först efter att sjukdomen har blivit allvarlig. Bristen på sjukdomsmodifierande läkemedel beror på en dålig förståelse för de mekanismer som initierar och driver sjukdomen.Som ett resultat av detta finns det ett kritiskt och pågående medicinskt behov av förbättrade medel för behandling av artros. Dunkin-Hartleys marsvin är en etablerad artrosmodell för djur, eftersom de naturligt utvecklar denna sjukdom, vilket ger en robust modell för att undersöka effekterna av nya terapier som administreras genom intraartikulär injektion på sjukdomsprogression. Eftersom mineraliserat ben har utmärkt kontrast på mikro-CT, kan denna modalitet användas för att bedöma 3D-egenskaper och utföra kvantitativa analyser av förändringar associerade med OA. Två särskilt relevanta kvantitativa mått inkluderar bentäthet och trabekulär tjocklek, eftersom båda ökar under sjukdomsförloppet. Den beskrivna metoden för intraartikulära injektioner på marsvin och efterföljande analys av mikro-CT-data kommer att bidra till att minska studievariabiliteten och öka effektiviteten i dataanalyserna.Raka knäet med en elektrisk rakhyvel. Bedöva djuret och bekräfta ett tillräckligt djup av anestesi genom brist på tånyprespons. Placera sterilt ögonglidmedel i båda ögonen för att förhindra uttorkning och skada.Rengör injektionsstället tre gånger med cirkulära rörelser och alternera med utspädd skrubb och alkohollösningar. Sterila handskar bör användas. Den här videon inkluderar användningen av autoklaver nitrohandskar.Aseptisk teknik bör användas under hela proceduren. Böj knäet till 90 grader, flytta fingret distalt om patella för att lokalisera spåret i den distala aspekten av ledutrymmet genom att böja och sträcka ut bakbenet. Skenbenet kan kännas som den beniga strukturen distalt om knäskålen.När platsen för skenbenet och knäskålen har bestämts, är leden mellan dem. För försiktigt in insulinnålen i mittlinjen distalt om knäskålen i ledutrymmet. Nålen ska stickas in en till två millimeter under huden.Injicera volymen långsamt. Massera knäet genom att böja och sträcka ut leden några gånger för att säkerställa korrekt distribution av läkemedlet. Placera prover med formalin i en kompatibel behållare.Kalibrera mikro-CT-maskinen för exponering för mörka fält och ljusa fält, enligt tillverkarens rekommendationer. Skanna sample med kopparfilter av aluminium vid 18 mikron. Använd rotationssteg 0.7 grader för 360 grader med offsetkamera.Välj ett segment från mikro-CT-bilderna. Kontrollera kompensationen för felinriktning. Under inställningar använder du utjämning, strålhärdning, CS-rotation och ringartefakt.Välj Starta för att påbörja rekonstruktionen. Välj VOI och orientera provet så att det justeras vertikalt för enklare analys senare. Spara redigerad VOI som en ny mapp.Välj det bildområde som ska analyseras, börja med den subkondrala plattan. Att dela upp analysen av subkondrala plattor i trabekulärt ben rekommenderas eftersom de har olika benegenskaper. Välj intresseområde för varje bild för att säkerställa att den omfattar benet.Välj binär markering. Justera histogrammet så att bakgrunden i benet är helt separat. Välj fliken för benmineraldensitet.Spara dessa data i en ny mapp för analysdata. Välj anpassad bearbetning. Utför först tröskelvärden och välj Automatisk och kör sedan.Välj sedan Ta bort fläckar och välj Ta bort svarta fläckar. Upprepa Rensa bort fläckar och välj Ta bort vita fläckar. Välj 3D-analys och välj grundvärden och tilläggsvärden.A visar ett dissekerat knä med förekomst av metylenblått färgämne i ledutrymmet, vilket visar korrekt injektion. B är en ytlig injektion som resulterar i att en bleb bildas i det subkutana utrymmet. C visar bristen på metylenblått färgämne i ledutrymmet, vilket visar felaktig injektion.Det kan vara bra att dela upp analysen för den subkondrala plattan, som visas i A och det trabekulära benet, som visas i B, eftersom de ibland har olika parametrar för olika benanalys. När det gäller bentäthet ser vi att det finns en ökning av medelvärdet för de 12 månader gamla marsvinen jämfört med de fem månader gamla marsvinen, och detta gäller för den subkondrala plattan såväl som för det trabekulära benet, vilket visar att bentätheten ökar över tid. Dessutom, när det gäller trabekulär tjocklek, ser vi att det finns en ökad tjocklek i millimeter mellan det 12 månader gamla marsvinet och det nio månader gamla marsvinet och det fem månader gamla marsvinet, vilket visar att trabekulärtjockleken ökar över tid.Modifierade Mankin-poäng ökar när marsvinen åldras, som i figur A.Figurerna B till D visar toluidinblå fläckar. B är ett fem månader gammalt marsvin, C är ett nio månader gammalt marsvin och D är ett 12 månader gammalt marsvin. Den svarta asterisken i figur C visar proteoglykanförlust, medan den svarta asterisken i figur D visar sprickor och den vita asterisken i figur D visar hypocellularitet.För närvarande är det enda botemedlet mot svår artros ersättning, vilket är kostsamt, invasivt och kan leda till sjuklighet och dödlighet hos patienterna. Som ett resultat av detta finns det ett stort behov av att fortsätta forska med djurmodeller av artros och den fortsatta utvecklingen av nya terapier. Även om intraartikulära injektioner är en integrerad del av studier av artros hos marsvin, har denna procedur ännu inte beskrivits i detalj i systematiskt.Korrekta injektionsprocedurer är av största vikt för att säkerställa djurens välbefinnande och minska det totala antalet djur, särskilt för studier som kräver flera injektioner under många månader. För att systematiskt bedöma OA-relaterade förändringar beskriver vi mikro-CT-analyser. Micro-CT ger en mer djupgående bedömning av artrosförändringar än histologisk granskning av skanningarna i ett helt prov istället för ett eller några få vävnadssnitt.Även om Dunkin-Hartleys försökskaniner utgör en robust modell för att studera artrosprogression och effekterna av nya terapier, finns det begränsningar i denna modell. Spontana modeller kräver vanligtvis en längre studieperiod jämfört med den snabba utvecklingen av förändringar efter kirurgisk eller kemiskt inducerad artros. Dessutom kan forskare minska effekten av variabilitet mellan djur genom att tillämpa behandlingar på en lem hos varje djur, vilket gör att den kontralaterala extremiteten kan fungera som en intern kontroll.

Research

JoVE Journal

Medicine

Micro-Computed Tomography Analysis of the Knee in Aged Dunkin-Hartley Guinea Pigs after Intra Articular Injection

Retrograde Perfusion and Filling of Mouse Coronary Vasculature as Preparation for Micro Computed Tomography Imaging

Retrograd perfusion och påfyllning av mus kranskärlen som förberedelse för Micro datortomografi Imaging

Visualization of the vasculature is becoming increasingly important for understanding many different disease states. While several techniques exist for ...

Osmotic Drug Delivery to Ischemic Hindlimbs and Perfusion of Vasculature with Microfil for Micro-Computed Tomography Imaging

Osmotisk Drug Delivery ischemisk bakben och perfusion av kärlsystemet med Microfil för Micro-Datortomografi Imaging

Preclinical research in animal models of peripheral arterial disease plays a vital role in testing the efficacy of therapeutic agents designed to ...

Assessment of Viability of Human Fat Injection into Nude Mice with Micro-Computed Tomography

Bedömning av livskraft Human Fat Injektion i nakna möss med Micro-datortomografi

Lipotransfer is a vital tool in the surgeon&#8217;s armamentarium for the treatment of soft tissue deficits of throughout the body. Fat is the ideal soft ...

Using Micro-computed Tomography for the Assessment of Tumor Development and Follow-up of Response to Treatment in a Mouse Model of Lung Cancer

Använda Micro-datortomografi för bedömning av tumörutveckling och uppföljning av behandlingssvar i en musmodell av lungcancer

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Kombinerad nära infraröda fluorescerande Imaging och Micro-datortomografi för direkt Visualisera Cerebral tromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Cochlear Implantation in the Guinea Pig

Cochlear Implantation i marsvin

Cochlear implants are highly efficient devices that can restore hearing in subjects with profound hearing loss. Due to improved speech perception ...

Oleic Acid-Injection in Pigs As a Model for Acute Respiratory Distress Syndrome

Oljesyra-injektion hos svin som modell för akut respiratoriskt distressyndrom

The acute respiratory distress syndrome is a relevant intensive care disease with an incidence ranging between 2.2% and 19% of intensive care unit ...

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

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 ...

Tissue Preparation Techniques for Contrast-Enhanced Micro Computed Tomography Imaging of Large Mammalian Cardiac Models with Chronic Disease

Vävnadsberedningstekniker för kontrastförbättrad mikrodatortomografiavbildning av stora däggdjurshjärtmodeller med kronisk sjukdom

Structural remodeling is a common consequence of chronic pathological stresses imposed on the heart. Understanding the architectural and compositional ...