Artrose smertemodell indusert ved intraartikulær injeksjon av monojodacetat hos rotter
Summary
Denne studien beskriver metoden for intraartikulær injeksjon av mono-jodacetat hos rotter og diskuterer de resulterende smerterelaterte atferdene og histopatologiske endringene, som gir referanser for fremtidige applikasjoner.
Abstract
De nåværende dyremodellene av slitasjegikt (OA) kan deles inn i spontane modeller og induserte modeller, som begge tar sikte på å simulere de patofysiologiske endringene av human OA. Men som hovedsymptom i sen fase av OA, påvirker smerte pasientens daglige liv, og det er ikke mange tilgjengelige modeller. Den mono-iodoacetat (MIA)-induserte modellen er den mest brukte OA-smertemodellen, hovedsakelig brukt hos gnagere. MIA er en inhibitor av glyseraldehyd-3-fosfat dehydrogenase, som forårsaker kondrocyttdød, bruskdegenerasjon, osteofyt og målbare endringer i dyreadferd. Dessuten kan ekspresjonsendringer av matriksmetalloproteinase (MMP) og proinflammatoriske cytokiner (IL1 β og TNF α) påvises i MIA-indusert modell. Disse endringene er i samsvar med OA-patofysiologiske forhold hos mennesker, noe som indikerer at MIA kan indusere en målbar og vellykket OA-smertemodell. Denne studien tar sikte på å beskrive metodikken for intraartikulær injeksjon av MIA hos rotter og diskutere de resulterende smerterelaterte atferdene og histopatologiske endringene.
Introduction
Artrose (OA) er den vanligste leddsykdommen i verden, og påvirker anslagsvis 10-12% populasjoner hos voksne1. Det mest involverte leddet er kneet, og OA har en høyere forekomst hos eldre voksne, spesielt kvinner2. Som en kronisk sykdom utvikler OA seg gradvis over flere tiår til leddsvikt med symptomer som brusktap, synovial betennelse, osteofytose, nedsatt funksjon og kronisk smerte3. Ifølge Verdens helseorganisasjon (WHO) er OA den fjerde mest utbredte sykdommen hos kvinner og den åttende mest utbredte sykdommen hos menn. Innen 2020 kan OA bli den fjerde mest invalidiserende sykdommen hos mennesker4. Imidlertid adresserer nåværende tilgjengelige terapier av OA bare symptomer og forlenger tiden til leddutskiftningskirurgi5.
Den spontane OA hos menneskelige pasienter tar ofte lang tid å produsere kliniske symptomer som leddrelatert smerte6. I de tidlige stadiene av OA er smerte vanligvis intermitterende og blir hyppigere og alvorligere etter hvert som sykdommen utvikler seg, noe som gjør den til den dominerende klagen til pasienter7. Derfor har omfattende dyremodeller for OA-smerte blitt utviklet i løpet av det siste halve århundre for å fremme smertelindringsbehandling. OA-modeller har klassisk blitt delt inn i spontane og induserte modeller. Spontane modeller inkluderer naturlig forekommende modeller og genmodifiserte modeller, som nærmere kan simulere løpet av primær OA hos mennesker8. Induserte modeller kan generelt deles inn i to kategorier: 1) posttraumatisk OA indusert av kirurgi eller andre traumer; eller 2) intraartikulær injeksjon av kondrotoksiske eller proinflammatoriske stoffer3. Disse modellene legger grunnlaget for den patofysiologiske studien av OA og bidrar sterkt til utvikling av medisiner for å redusere smerte og øke funksjonen.
Nylig er den mest brukte induktoren for OA-modellering mono-jodacetat (MIA). MIA, en inhibitor av glyseraldehyd-3-fosfat dehydrogenase, kan forårsake endringer i bruskmatrise, nedbrytning, tap av brusk, synovitt og andre endringer, som ligner de patologiske endringene i human slitasjegikt9. Det har blitt bemerket at intraartikulær injeksjon av MIA induserte pågående smerte 28 dager etter MIA-administrering, noe som indikerer at MIA-modellen kan være nyttig for å undersøke kronisk nociceptiv smerte10,11,12. I denne studien fikk mannlige Sprague-Dawley-rotter intraartikulære injeksjoner med 0,5, 1,5 eller 3 mg MIA i kneleddene. Alvorlighetsgraden av MIA-induserte leddsmerter ble målt ved vurdering av mekanisk og termisk sensitivitet ved 1, 7, 14, 21, 28 og 35 dager etter injeksjoner. På grunnlag av dette ble 1,5 mg MIA valgt som den endelige konsentrasjonen for å evaluere gangmønstre og histologiske endringer 28 dager etter injeksjoner.
Protocol
Representative Results
Discussion
Rottemodellen av OA indusert av MIA er en veletablert, mye brukt modell. Intraartikulær injeksjon av MIA forårsaker i utgangspunktet alvorlig og akutt betennelse, noe som gir opphav til den lengre og degenerative fasen av OA17,18. I denne undersøkelsen målte vi nociceptiv følsomhet ved MWT og TWL, og vurderte gangendringer med et bildesystem. Tidligere rapporter fant at injeksjon av MIA kunne øke følsomheten til afferente kneleddfibre som fører til nocice…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble finansiert av Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (Grant No: LY17H270016), National Natural Science Foundation of China (Grant No: 81774331, 81873049 og 81673997), og Zhejiang Provincial Science and Technology Project of Traditional Chinese Medicine of China (Grant No: 2013ZQ007 og 2016ZZ011).
Materials
| Anti-Collagen II antibody | Abcam(UK) | 34712 | Primary antibody for immunohistochemistry (IHC) |
| Anti-Collagen X (Col10) antibody | Abcam(UK) | 49945 | Primary antibody for IHC |
| DigiGait Imaging System | Mouse Specifics (Boston, MA, USA) | Equipment for gait patterns analyses | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | The dye for HE staining |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | The dye for SO staining |
| Goat anti-mouse antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9002 | Secondary antibody for IHC |
| Goat anti-rabbit antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9001 | Secondary antibody for IHC |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3163 | The dye for HE staining |
| MIA | Sigma-Aldrich | I4386-10G | powder |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) | 69926 | Primary antibody for IHC |
| Modular tissue embedding center | Thermo Fisher Scientific (USA) | EC 350 | Produce paraffin blocks. |
| Plantar Test apparatus | UgoBasile (Italy) | 37370 | Equipment for TWL assay |
| PrimeScript RT reagent Kit (Perfect Real Time) | TaKaRa Biotechnology Co. Ltd. (Dalian, China) | RR037A | Extracte total RNA from cultured cells |
| Rotary and Sliding Microtomes | Thermo Fisher Scientific (USA) | HM325 | Precise paraffin sections. |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | The dye for SO staining |
| Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (Japan) | Vacuum Infiltration Processor |
Referenzen
- Hunter, D. J., Schofield, D., Callander, E. The individual and socioeconomic impact of osteoarthritis. Nature Reviews Rheumatology. 10 (7), 437-441 (2014).
- Neogi, T. The epidemiology and impact of pain in osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 21 (9), 1145-1153 (2013).
- Teeple, E., Jay, G. D., Elsaid, K. A., Fleming, B. C. Animal models of osteoarthritis: challenges of model selection and analysis. AAPS Journal. 15 (2), 438-446 (2013).
- Woolf, A. D., Pfleger, B. Burden of major musculoskeletal conditions. Bulletin of the World Health Organization. 81 (9), 646-656 (2003).
- Bijlsma, J. W., Berenbaum, F., Lafeber, F. P. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet. 377 (9783), 2115-2126 (2011).
- McCoy, A. M. Animal Models of Osteoarthritis: Comparisons and Key Considerations. Veterinary Pathology. 52 (5), 803-818 (2015).
- O’Neill, T. W., Felson, D. T. Mechanisms of Osteoarthritis (OA) Pain. Current Osteoporosis Reports. 16 (5), 611-616 (2018).
- Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, 19 (2016).
- Takahashi, I., Matsuzaki, T., Hoso, M. Long-term histopathological developments in knee-joint components in a rat model of osteoarthritis induced by monosodium iodoacetate. Journal of Physical Therapy Science. 29 (4), 590-597 (2017).
- Liu, P., et al. Ongoing pain in the MIA model of osteoarthritis. Neuroscience Letters. 493 (3), 72-75 (2011).
- Combe, R., Bramwell, S., Field, M. J. The monosodium iodoacetate model of osteoarthritis: a model of chronic nociceptive pain in rats. Neuroscience Letters. 370 (2-3), 236-240 (2004).
- Pomonis, J. D., et al. Development and pharmacological characterization of a rat model of osteoarthritis pain. Pain. 114 (3), 339-346 (2005).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Mankin, H. J., Dorfman, H., Lippiello, L., Zarins, A. Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. II. Correlation of morphology with biochemical and metabolic data. Journal of Bone and Joint Surgery. 53 (3), 523-537 (1971).
- Yan, L., et al. Chondroprotective effects of platelet lysate towards monoiodoacetate-induced arthritis by suppression of TNF-α-induced activation of NF-ĸB pathway in chondrocytes. Aging. 11 (9), 2797-2811 (2019).
- Yan, B., et al. Intra-Articular Injection of Extract Attenuates Pain Behavior and Cartilage Degeneration in Mono-Iodoacetate Induced Osteoarthritic Rats. Frontiers in Pharmacology. 9, 1360 (2018).
- Wang, C., et al. Agkistrodon ameliorates pain response and prevents cartilage degradation in monosodium iodoacetate-induced osteoarthritic rats by inhibiting chondrocyte hypertrophy and apoptosis. Journal of Ethnopharmacology. 231, 545-554 (2019).
- Yamada, E. F., et al. Evaluation of monosodium iodoacetate dosage to induce knee osteoarthritis: Relation with oxidative stress and pain. International Journal of Rheumatic Diseases. 22 (3), 399-410 (2019).
- Schuelert, N., McDougall, J. J. Electrophysiological evidence that the vasoactive intestinal peptide receptor antagonist VIP6-28 reduces nociception in an animal model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 14 (11), 1155-1162 (2006).
- Lee, S. E. Choline, an alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist, alleviates hyperalgesia in a rat osteoarthritis model. Neuroscience Letters. 548, 291-295 (2013).
- Piesla, M. J., et al. Abnormal gait, due to inflammation but not nerve injury, reflects enhanced nociception in preclinical pain models. Brain Research. 1295, 89-98 (2009).
- Udo, M., et al. Monoiodoacetic acid induces arthritis and synovitis in rats in a dose- and time-dependent manner: proposed model-specific scoring systems. Osteoarthritis and Cartilage. 24 (7), 1284-1291 (2016).
- Guingamp, C., et al. Mono-iodoacetate-induced experimental osteoarthritis: a dose-response study of loss of mobility, morphology, and biochemistry. Arthritis & Rheumatism. 40 (9), 1670-1679 (1997).
- Jeong, J. H., et al. Eupatilin Exerts Antinociceptive and Chondroprotective Properties in a Rat Model of Osteoarthritis by Downregulating Oxidative Damage and Catabolic Activity in Chondrocytes. PLoS ONE. 10 (6), 0130882 (2015).
- Cook, J. L., et al. Animal models of cartilage repair. Bone & Joint Research. 3 (4), 89-94 (2014).
- Little, C. B., Zaki, S. What constitutes an “animal model of osteoarthritis”–the need for consensus. Osteoarthritis and Cartilage. 20 (4), 261-267 (2012).
