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Muskel-Skelett-Erkrankungen betreffen Millionen von Menschen und sind weltweit eine der Hauptursachen für Behinderungen1. Trotzdem sind Muskel-Skelett-Erkrankungen im Vergleich zu anderen weit verbreiteten chronischen Erkrankungen (z. B. Krebs und Diabetes) wenig erforscht und weniger gut verstanden. Darüber hinaus wird prognostiziert, dass die Prävalenz von Behinderungen im Zusammenhang mit Muskel-Skelett-Erkrankungen zunehmen wird, was die Bedeutung der Forschung zur Untersuchung der molekularen Mechanismen und zellulären Signalwege unterstreicht, die der Entwicklung und dem Fortschreiten von Muskel-Skelett-Erkrankungen zugrunde liegen. Dementsprechend besteht ein zunehmender Bedarf an Methoden, die ein besseres Verständnis von Muskel-Skelett-Erkrankungen auf molekularer Ebene ermöglichen und die Entwicklung innovativer Therapeutika erleichtern.
Periphere Nervenverletzungen sind mit ~3% der Traumafälle verbunden und sind eine häufige Ursache für Morbidität bei orthopädischen Traumapatienten2. Eine präzise Behandlung, die die Nervenfunktionen rettet und die Muskelatrophie, die mit einer traumatischen peripheren Nervenverletzung (TPNI) einhergeht, rückgängig macht, bleibt jedoch schwer fassbar3. Daher sind Studien an Mausmodellen von entscheidender Bedeutung, um die Wirksamkeit von TPNI-Prüfbehandlungen zu bewerten. In diesem Bereich fehlen jedoch vorhersagbare Tiermodelle für Nervendurchtrennungen, die eine zuverlässige Messung der funktionellen Wiederherstellung oder eine Charakterisierung der Nervenregeneration ermöglichen. In ihrer Studie, die in dieser Methodensammlung enthalten ist, beschreiben Lee et al. ein TPNI-Modell, das ein festes Verletzungsmuster gewährleistet und die Messung der funktionellen Erholung erleichtert4. Im Allgemeinen hängt die funktionelle Wiederherstellung nach TPNI von der Schwere der Verletzung ab, und ein großer Vorteil des von Lee et al.4 beschriebenen Protokolls ist die Verwendung eines kalibrierten digitalen Geräts, das die Druckvariation während der Nervenquetschoperation in Echtzeit überwacht. Dies begrenzt die Variabilität in der Schwere der induzierten Verletzung und der anschließenden Genesung.
Osteoarthritis (OA) ist die Hauptursache für Behinderungen der unteren Extremitäten bei älteren Erwachsenen und stellt daher eine große gesellschaftliche und wirtschaftliche Belastungdar 5. Es gibt Mausmodelle, die die Phasen der OA-Entwicklung nachahmen, einschließlich des weit verbreiteten Modells der Destabilisierung des medialen Meniskus (DMM) bei posttraumatischer OA 6,7. Der Artikel von Dunning et al. stellt ein Destabilisierungs- und Knorpelkratzermodell (DCS) von OA vor, das eine modifizierte Version des DMM-Modells ist und eine weitere Schädigung des Knorpels beinhaltet, indem drei Kratzer auf die Knorpeloberflächeeingeführt werden 8. Das DCS-Modell stellt ein beschleunigtes Modell der Arthrose dar und eignet sich für Studien, die sich auf die Bildung von Osteophyten, Synovialentzündungen, Knochenumbau und Schmerzmessungen in den frühen Phasen der Arthrose konzentrieren. Das Modell rekapituliert auch die Schäden, die dem Knorpel bei arthroskopischen Operationen und anderen klinischen Eingriffen direkt zugefügt werden.
Mehrere mechanistische Studien, die an Mäusen nicht durchführbar sind, können in kultivierten Zellen durchgeführt werden, was die Bedeutung von In-vitro-Experimenten unterstreicht, die In-vivo-Studien ergänzen. Primärzellen sind ein wichtiges Forschungsinstrument, da sie die endogenen in vivo-Bedingungen originalgetreuer rekapitulieren als stabile Zelllinien. Dementsprechend ist die Entwicklung von Protokollen, die die Isolierung lebensfähiger Primärzellen aus verschiedenen Muskel-Skelett-Geweben erleichtern, unerlässlich, um die Forschung auf diesem Gebiet voranzutreiben. Die Arbeit von Jagadeeshaprasad et al. beschreibt eine Methodik für die enzymatische und mechanische Verdauung der menschlichen Neugeborenen-Vorhaut, um gleichzeitig drei Arten von Primärzellen zu isolieren: Keratinozyten, Fibroblasten und Schwann-Zellen (SCs)9. Die Isolierung von SCs aus der Haut stellt einen großen Fortschritt dar, den dieses Protokoll gegenüber den etablierten Protokollen zur Isolierung von Keratinozyten und Fibroblasten darstellt. Das Protokoll erleichtert die Co-Kultur der drei Zelltypen, was für Studien zur Untersuchung der potenziellen Rolle von SCs bei der Modulation der Homöostase und der Funktionen von Keratinozyten und Fibroblasten unerlässlich ist.
Überexpression und Knockdown sind häufig verwendete Ansätze zur Untersuchung von Genfunktionen. Obwohl diese Experimente in vitro einfach und routinemäßig in Zellkulturen durchgeführt werden können, ist es schwieriger, die Genexpression in vivo zu manipulieren, da es schwierig ist, eine effiziente Abgabe von Plasmid-DNA oder kleiner interferierender RNA an die Zielzellen/-gewebe zu erreichen. Hain und Waning beschreiben ein einfaches Protokoll zur Elektropotion von DNA-Plasmid in den Skelettmuskel der Maus, um das kodierte Protein in den Myofasern zu überexprimieren10. Ein großer Nachteil der bestehenden Protokolle zur Injektion oder Elektroporation von DNA-Plasmiden in die Skelettmuskulatur ist der negative Einfluss dieser Verfahren auf die Muskelkontraktilität. Das von Hain und Waning10 eingeführte Protokoll befasst sich mit dieser Einschränkung, da es die Kontraktilität der Skelettmuskulatur nicht beeinträchtigt, was die Beurteilung der Muskelkontraktilität als funktionelles Ergebnis unterschiedlicher Proteinexpression ermöglicht.
Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist eine bildgebende Modalität, die häufig zur Beurteilung der dreidimensionalen (3D) Struktur von Knochenverwendet wird 11. μCT ist der Goldstandard für die Bildgebung des menschlichen Knochens in der Klinik und wird in präklinischen Studien sehr häufig zur Beurteilung der Knochenstruktur und der Knochenregeneration eingesetzt12. Die μCT umfasst eine große Anzahl von Röntgenbildern, die aus mineralisiertem Knochen gewonnen werden, der von Natur aus einen hervorragenden Kontrast zum Röntgenlicht aufweist. Bei der Beurteilung der Knochenbildung während des Frakturheilungsprozesses liefert μCT detaillierte Informationen über die 3D-Struktur und Dichte des Heilungskallus. Obwohl die Quantifizierung von intaktem Knochen mittels μCT gut etabliert ist, besteht ein mangelnder Konsens über ein μCT-Protokoll für die Beurteilung des Frakturkallus. Wee et al. stellen ein standardisiertes Schritt-für-Schritt-Protokoll für die genaue Beurteilung des Frakturkallus während verschiedener Phasen der Knochenbruchheilungzur Verfügung 13. Das Protokoll nutzt eine hochmoderne Analyseplattform, die Bildvisualisierung, Neuausrichtung und Kallussegmentierung ermöglicht. Dieser Beitrag wird dazu beitragen, einen standardisierteren und konsistenteren Ansatz für die Frakturkallusanalyse in der gesamten Branche zu etablieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Methodensammlung experimentelle Protokolle vorstellt, die in einer Vielzahl von Muskel-Skelett-Geweben verwendet werden: Knochen, Knorpel, periphere Nerven, Skelettmuskulatur und Haut. Wir hoffen, dass sich diese Sammlung sowohl für Neueinsteiger als auch für Experten auf dem schnell wachsenden Gebiet der muskuloskelettalen Forschung als nützlich erweist. Die Zukunft des Feldes wird durch die kontinuierlichen Bemühungen um die Entwicklung neuartiger Forschungsmethoden erheblich verbessert. Besonders wertvoll sind die Bemühungen um die Etablierung neuartiger Mausmodelle für Muskel-Skelett-Erkrankungen und die Entwicklung innovativer Ansätze für die lokale und gezielte Verabreichung von Therapeutika an muskuloskelettale Gewebe.