Dieses Protokoll erstellt ein Modell der Knorpeldefekte in voller Dicke (FTCD), indem Löcher in die fetale Trochlea-Rinne von Ratten gebohrt und das anschließende Schmerzverhalten und die histopathologischen Veränderungen gemessen werden.
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Dieses Protokoll erstellt ein Modell der Knorpeldefekte in voller Dicke (FTCD), indem Löcher in die fetale Trochlea-Rinne von Ratten gebohrt und das anschließende Schmerzverhalten und die histopathologischen Veränderungen gemessen werden.
Knorpeldefekte des Kniegelenks, die durch ein Trauma verursacht werden, sind eine häufige Sportgelenkverletzung in der Klinik und führen zu Gelenkschmerzen, Bewegungseinschränkungen und schließlich zu Kniearthrose (kOA). Eine wirksame Behandlung von Knorpeldefekten oder gar KOA gibt es jedoch kaum. Tiermodelle sind wichtig für die Entwicklung von therapeutischen Medikamenten, aber die bestehenden Modelle für Knorpeldefekte sind unbefriedigend. In dieser Arbeit wurde ein Full-Thickness-Knorpeldefekte-Modell (FTCD) erstellt, indem Löcher in die femorale Trochlea-Rinne von Ratten gebohrt wurden, und das anschließende Schmerzverhalten und die histopathologischen Veränderungen wurden als Ausleseexperimente verwendet. Nach der Operation war die mechanische Entzugsschwelle gesenkt, Chondrozyten an der verletzten Stelle gingen verloren, die Matrix-Metalloproteinase-MMP13-Expression war erhöht und die Typ-II-Kollagenexpression nahm ab, was mit den pathologischen Veränderungen übereinstimmt, die bei menschlichen Knorpeldefekten beobachtet wurden. Diese Methodik ist einfach und unkompliziert durchzuführen und ermöglicht eine grobe Beobachtung unmittelbar nach der Verletzung. Darüber hinaus kann dieses Modell klinische Knorpeldefekte erfolgreich nachahmen und bietet so eine Plattform, um den pathologischen Prozess von Knorpeldefekten zu untersuchen und entsprechende Therapeutika zu entwickeln.
Gelenkknorpel ist ein hochdifferenziertes und dichtes Gewebe, das aus Chondrozyten und extrazellulärer Matrix besteht1. Die Oberflächenschicht des Gelenkknorpels ist eine Form des hyalinen Knorpels, der eine glatte Oberfläche, geringe Reibung, gute Festigkeit und Elastizität sowie eine ausgezeichnete mechanische Belastungstoleranzaufweist 2. Die extrazelluläre Matrix besteht aus Kollagenproteoglykan und Wasser, und Typ-II-Kollagen ist der Hauptstrukturbestandteil des Kollagens, da es etwa 90 % des gesamten Kollagensausmacht 3. Da im Knorpelgewebe keine Blutgefäße oder Nerven vorhanden sind, fehlt ihm die Fähigkeit, sich nach einer Verletzung selbst zu reparieren4. Daher sind Knorpeldefekte, die durch Traumata verursacht werden, seit jeher eine hartnäckige Gelenkerkrankung in Kliniken; Darüber hinaus betrifft diese Gelenkerkrankung tendenziell junge Menschen, und die weltweite Inzidenz nimmt zu 5,6. Das Kniegelenk ist der häufigste Ort von Knorpeldefekten, und Defekte gehen hier mit Gelenkschmerzen, Gelenkfunktionsstörungen und Gelenkknorpeldegeneration einher, was schließlich zu einer Kniearthrose (kOA) führt7. Knorpeldefekte des Kniegelenks stellen wirtschaftliche und physiologische Belastungen für die Patienten dar und beeinträchtigen die Lebensqualität der Patienten erheblich8. Diese Krankheit stellt eine große und dringende klinische Herausforderung dar, für die es keine unmittelbaren Lösungen gibt. Derzeit ist die Operation die Hauptstütze der Behandlung von Knorpeldefekten, aber ihr langfristiges Ergebnis ist nach wie vor unbefriedigend9.
Klinische Knorpeldefekte führen schließlich zu kOA, und daher werden kOA-Tiermodelle häufig für die pathologische Untersuchung von Knorpeldefekten und die Entwicklung von Medikamenten verwendet. Für das Verständnis des pathophysiologischen Prozesses der Knorpeldefektreparatur ist die Etablierung von Tiermodellen wichtig, mit denen die Knorpelregeneration und der Wechsel zwischen Faserknorpel und hyalinem Knorpel beobachtet werden können10. Häufig verwendete kOA-Tiermodelle, wie z. B. chirurgische Modelle der vorderen Kreuzbanddurchtrennung (ACLT), der Destabilisierung des Innenmeniskus (DMM), der Ovariektomie (OVX) und Hulth, benötigen jedoch in der Regel eine Langzeitmodellierung und ermöglichen nur pathologische und schmerzliche Beurteilungen, was die Effizienz der Arzneimittelentwicklung einschränkt11. Neben den chirurgischen Modellen führen auch chemische Modelle wie Monojodacetat (MIA) und Papain-Injektion zu Knorpeldefekten, aber der Grad des Defekts kann nicht gut behandelt werden, und die Bedingungen sind weit von der klinischen Realität entfernt11. Die Kollision ist ein weiterer Ansatz, um Knorpeldefekte bei größeren Tieren zu modellieren, aber diese Methode hängt vom Einsatz spezifischer Instrumente ab und wird selten angewendet12.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die bestehenden kOA-Modelle nicht ideal sind, um die Pathogenese von Knorpeldefekten zu untersuchen oder neue Medikamente zu entwickeln, und ein spezifisches und standardisiertes Modell für Knorpeldefekte benötigt wird. In dieser Studie wurde ein Modell für Knorpeldefekte in voller Dicke (FTCD) erstellt, indem bei Ratten Löcher in die fetale Trochlea-Rille gebohrt wurden. Für die Modellbewertung wurden grobe Beobachtungen, Schmerzverhaltenstests und histopathologische Analysen durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen Tiermodellen für kOA hat dieses Modell nur einen geringen Einfluss auf den Allgemeinzustand der Ratten. Dieser Modellierungsansatz ist zugänglich, kann gut verwaltet werden und unterstützt das Verständnis des Fortschreitens von Knorpeldefekten zu kOA und die Entwicklung wirksamer Therapeutika. Dieses Modell kann auch für die Erprobung von Therapien verwendet werden, die kOA verhindern, indem sie Defekte in präosteoarthritischen Gelenken heilen.
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Die Tierversuche wurden von der Kommission für medizinische Standards und Ethik der Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine genehmigt, die der chinesischen Gesetzgebung zur Verwendung und Pflege von Labortieren entspricht. In der vorliegenden Studie wurden 6 Wochen alte männliche Sprague-Dawley (SD) Ratten mit einem Gewicht von 150-180 g verwendet. Die Tiere stammten aus einer kommerziellen Quelle (siehe Materialtabelle).
1. Etablierung eines Knorpeldefektmodells in voller Dicke bei Ratten
2. Mechanische Entnahmeschwelle (MWT)
ANMERKUNG: Die MWT des bilateralen posterioren Plantars von Ratten wurde mit der klassischen von-Frey-Filament-Schmerzmessmethode14 gemessen.
3. Histopathologische und immunhistochemische Analyse
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In dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der FTCD erstellt, indem Löcher in die fetale Trochlea-Rinne gebohrt und das spätere Schmerzverhalten und die histopathologischen Veränderungen detektiert wurden. Wie in Abbildung 1 gezeigt, war 3 Tage nach der Modellierung die MWT der Ratten in der Modellgruppe im Vergleich zur Scheingruppe signifikant reduziert, was auf eine durch die FTCD verursachte Hyperalgesie hindeutet. 17 Tage nach der Modellierung blieb die mechanische Entzugsschwelle der Ratt...
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Diese Studie beschreibt ein Tiermodell zur Nachahmung klinischer Knorpeldefekte durch Bohren von Löchern in die femorale Trochlea-Rille von Ratten (Ergänzende Abbildung 1). Nach einer Knorpelverletzung ist die Erregbarkeit oder Reaktionsfähigkeit peripherer Nozizeptoren erhöht, was zu einer Senkung der Schmerzschwelle und einer Verbesserung der Reaktionsfähigkeit auf Stimulation führen kann18. In präklinischen Studien hat die Modellierung von Knorpeldefekten bei v...
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Die Autoren haben nichts zu verraten.
Diese Studie wurde von der Zhejiang Natural Science Foundation (Fördernummer LQ20H270009), der Natural Science Foundation of China (Fördernummern 82074464 und 82104890), der Zhejiang Traditional Chinese Medical Science Foundation (Fördernummern 2020ZA039, 2020ZA096 und 2022ZB137) und dem Medical Health Science and Technology Project der Gesundheitskommission der Provinz Zhejiang (Fördernummer 2016KYA196) unterstützt.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 3, 3'-Diaminobenzidin | Verifizierter Lieferant - Hangzhou Zhengbo Biotechnology Co., Ltd. | ZLI-9019 | Der Farbstoff für die IHC-Färbung |
| Anti-Kollagen III-Antikörper | Novus | NB600-594 | Primärer Antikörper für IHC |
| Anti-Kollagen II Antikörper | Abcam (UK) | 34712 | Primärer Antikörper für IHC |
| Anti-Kollagen I Antikörper | Novus | NB600-408 | Primärer Antikörper für IHC |
| Bouin Lösung | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | Der Farbstoff für die Masson-Färbung |
| Celestitblau | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | Der Farbstoff für die Masson-Färbung |
| von Corncob-Polstern | Verifizierter Lieferant - Xiaohe Technology Co., Ltd | Einstreu für Tiere | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | Der Farbstoff für die HE-Färbung |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | Der Farbstoff für die SO-Färbung |
| Ziegen-Anti-Maus-Antikörper | ZSGQ-BIO (Peking, China) | PV-9002 | Sekundärer Antikörper für IHC-Ziegen-Anti-Kaninchen-Antikörper |
| ZSGQ-BIO (Peking, China) | PV-9001 | Sekundärer Antikörper für IHC-Hämatoxylin | |
| Sigma-Aldrich | H3163 | Der Farbstoff für die HE-Färbung | |
| Masson | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | Der Farbstoff für die Masson-Färbung |
| Microdrill | Rwd Life Science Co., Ltd | 78001 | Ausrüstung für die Chirurgie |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) | 69926 | Primärer Antikörper für IHC |
| Modulares Gewebeeinbettungszentrum | Thermo Fisher Scientific (USA) | EC 350 | Herstellung von Paraffinblöcken |
| Neutrales Harz | Hangzhou Zhengbo Verifizierter Lieferant - Biotechnologie Co., Ltd. | ZLI-9555 | Dichtung für IHC |
| nicht resorbierbares Nahtmaterial | Hangzhou Huawei Medical Supplies Co., Ltd. | 4-0 | Geräte für die |
| Chirurgie Pentobarbital-Natrium | Verifizierter Lieferant - Hangzhou Zhengbo Biotechnology Co., Ltd. | WBBTN5G | Betäubte tierische |
| Phosphomolybdsäure | Verifizierter Lieferant - Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | Der Farbstoff für die Masson-Färbung |
| von Ponceau fuchsin | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | Der Farbstoff für die Masson-Färbung |
| von Rotations- und Gleitmikrotomen | Thermo Fisher Scientific (USA) | HM325 | Präzise Paraffinschnitte |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | Der Farbstoff für die SO-Färbung |
| Skalpellklinge | Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd. | 11 | Ausrüstung für die |
| Chirurgie Natriumcitratlösung (20x) | Hangzhou Haoke Biotechnology Co., Ltd. | HK1222 | Antigen-Gewinnung für IHC |
| Sprague Dawley (SD) Ratten | Verifizierter Lieferant - Shanghai Slake Experimental Animal Co., Ltd. | SD | Experimental |
| animal Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (Japan) | Vakuuminfiltrationsprozessor | |
| Toluidine Blue | Sigma-Aldrich | 89640 | Der Farbstoff für die TB-Färbung |
| Von Frey Filament | UGO Basile (Italien) | 37450-275 | Ausrüstung für MWT-Assay |
| Drahtgeflecht-Plattform | Verifizierter Lieferant - Shanghai Yuyan Instruments Co., Ltd. | Ausrüstung für MWT-Assays |
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