研究大鼠固定性诱导膝关节弯曲收缩的微型侵入性内固定技术
2019年5月20日
在这里,我们提出了一个协议来描述在大鼠模型中膝关节固定的微创技术。这种可重复的规程,基于肌肉间隙分离方式和微型切口技术,适用于研究获得性关节收缩的基本分子机制。
这种简单有效的肌肉间隙分离模型技术结合了小入侵方法，是大鼠膝关节收缩模型中最好的内部固定技术。这项技术的主要优点是，它的过程是可重复的，微创的替代品，诱导关节在动物的收缩。演示程序将是江世海和张飞，我的实验室研究生。
在确认对脚趾捏缺乏反应后，剃掉麻醉大鼠的下半身，包括两个后肢。用二次的碘和七五乙醇的药剂对暴露的皮肤进行消毒。将软膏涂抹在动物的眼睛上，将老鼠横向放在手术窗帘下，一个后肢和臀部暴露。
用额外的波维酮碘消毒手术区。在股骨大肌的后端，沿着身体表面投影绘制一条线，在广大后身和二头肌股骨之间的肌肉间隙，以标记皮肤切口的方向。接下来，沿线的表皮进行1.5厘米的切口。
使用组织钳钝解剖大毛杨和二头肌股骨之间的肌肉间隙，直到大约一厘米的股骨轴暴露。使用缩回器促进肌肉间隙的连续分离。在表皮上切开一厘米的切口，沿着身体表面投影，在近下肢的头骨前部和腓骨之间肌肉间隙。
模糊解剖肌肉间隙，直到约一厘米的头骨暴露。使用缩回器和平滑钳子分离软组织。举行垂直于骨骼的钻头，以每分钟 1，500 次旋转的速度在股骨轴上钻一个直径一毫米的孔，大约在较大长骨器下边缘下方的 8 毫米以下。
快速按压伤口以止血，并在头骨边缘下方约四毫米的头骨上钻一个直径为 0.9 毫米的孔。使用直蚊子型止血夹，形成从头骨孔到股骨孔的亚肌肉过程，在头骨端的胃肠以下经过，在股骨端的二头肌股骨下方的谷胱甘肽上方经过。然后使用一个 m1.4 到 8 毫米钢螺钉将塑料板的一端固定到近端骨。
使用一个 m1.2 到 6 毫米钢螺钉将塑料板的另一端固定到端子中。当板被固定，使用4-0可吸收缝合关闭的 myofascia，深筋膜，和皮下组织。用丝质缝合关闭皮肤。
X 射线成像显示钢螺钉在股骨或头骨中的正确位置。高分辨率微算断层扫描后进行三维重建分析，表明螺钉在近端股骨大三角的下边缘下边缘下约 8 毫米，在近端头骨的头骨融合边缘下方约 4 毫米。运动范围内的关节缺陷在固定过程中以时间依赖的方式增加。
如固定膝关节测量的平均关节缺陷高于56天固定时控制膝关节的关节缺陷。在固定的第一天，在固定股的后上级关节胶囊之间的关节空间中，通过后上级膝关节胶囊的弹性染色，未观察到粘附。然而，通过28天的固定，纤维化组织沉积和粘附在固定膝盖的关节空间中发展。
在56天的固定后，纤维组织被沉积部分取代，而这种类型的粘附在反向膝关节中不被观察到。这种方法是经过渥太华大学特鲁德尔教授及其同事使用的。在手术过程中识别和分离肌肉间隙是关键。
遵循不同的固定技术，其他实验过程，如膝盖关节胶囊的培养可以执行，以研究潜在的分子机制。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本文介绍了一种用于大鼠模型膝关节固定的微创技术。该协议设计为可重复，适用于研究获得性关节挛缩的分子机制。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物学
- 动物模型
背景
- 关节挛缩是多种情况下的常见问题。
- 微创技术可以减少恢复时间和并发症。
- 了解挛缩的机制可以帮助开发治疗方法。
- 该协议利用了肌肉间隙分离模型。
研究目的
- 建立一种可重复的膝关节固定方法。
- 促进关节挛缩分子机制的研究。
- 为动物研究提供微创替代方案。
使用的方法
- 在麻醉下准备大鼠模型。
- 剃除并消毒大鼠的下半身。
- 使用软膏在手术过程中保护眼睛。
- 使用手术罩暴露后肢进行手术。
主要结果
- 该技术在固定膝关节方面表现出可重复性。
- 微创方法减少了对动物的创伤。
- 促进了关节挛缩机制的进一步研究。
- 为未来研究应用提供了可靠的方法。
结论
- 肌肉间隙分离模型对膝关节研究有效。
- 该协议可以增强关节挛缩的研究。
- 微创技术对动物福利有益。
常见问题
Executive Industry Relevance
Minimally invasive internal fixation models for joint contracture enable reproducible, low-trauma preclinical studies of immobilization-induced pathology. This approach supports mechanistic de-risking and target validation for musculoskeletal and fibrotic disease portfolios. The model's quantitative outputs and imaging compatibility facilitate robust translational continuity from early discovery through preclinical assessment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of fibrotic and contracture pathways in a controlled, disease-relevant system.
- Supports functional target validation by quantifying joint mobility deficits and tissue remodeling.
- Facilitates mechanistic de-risking by allowing molecular and histological analysis of contracture progression.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible animal model for evaluating anti-fibrotic or anti-contracture interventions.
- Delivers quantitative range-of-motion and imaging endpoints suitable for comparative compound assessment.
- Enables downstream histological and molecular assays for biomarker discovery and validation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant pathology observed in human joint contracture and fibrosis.
- Supports continuity from mechanistic discovery to preclinical efficacy and safety studies.
- Allows risk-adjusted advancement decisions based on robust, time-dependent phenotypic data.
Pipeline & Workflow Integration
This mini-invasive rat model integrates into the discovery-to-preclinical continuum for musculoskeletal and fibrotic disease research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on contracture mechanisms and fibrotic tissue remodeling.
- Screening: Provides reproducible, quantitative endpoints for compound evaluation and assay standardization.
- Analytics: Enables imaging (x-ray, micro-CT) and histological readouts for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges early mechanistic findings with preclinical model validation and biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, low-trauma platform adaptable for diverse fibrotic and orthopedic research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in contracture research.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability of preclinical models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by providing robust, quantitative data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of anti-fibrotic and orthopedic candidates.
Implementation Considerations
- Requires surgical expertise in mini-invasive animal procedures and muscle-gap identification.
- Needs access to imaging infrastructure (x-ray, micro-CT) for fixation verification and endpoint analysis.
- Demands cross-team standardization of surgical and analytical protocols for reproducibility.
- Adaptable to other small animal models with consideration of anatomical differences.
- Potential limitations include surgical learning curve and model-specific recovery monitoring.
