Nicht-invasive kompressionsinduzierte Verletzung des vorderen Kreuzbandes (ACL) und In-vivo-Bildgebung der Proteaseaktivität bei Mäusen

Zusammenfassung

Die nicht-invasive ACL-Verletzung ist eine zuverlässige und klinisch relevante Methode zur Initiierung der posttraumatischen Osteoarthritis (PTOA) bei Mäusen. Diese Verletzungsmethode ermöglicht auch die In-vivo-Quantifizierung der Proteaseaktivität im Gelenk zu frühen Zeitpunkten nach der Verletzung unter Verwendung von Protease-aktivierbaren Nahinfrarotsonden und Fluoreszenzreflexionsbildgebung.

Zusammenfassung

Traumatische Gelenkverletzungen wie der Riss des vorderen Kreuzbandes (ACL) oder Meniskusrisse führen häufig innerhalb von 10 bis 20 Jahren nach der Verletzung zu einer posttraumatischen Arthrose (PTOA). Das Verständnis der frühen biologischen Prozesse, die durch Gelenkverletzungen ausgelöst werden (z. B. Entzündungen, Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), Cathepsin-Proteasen, Knochenresorption), ist entscheidend für das Verständnis der Ätiologie von PTOA. Es gibt jedoch nur wenige Möglichkeiten für die In-vivo-Messung dieser biologischen Prozesse, und die frühen biologischen Reaktionen können verfälscht werden, wenn invasive chirurgische Techniken oder Injektionen verwendet werden, um OA zu initiieren. In unseren Studien zu PTOA haben wir kommerziell erhältliche Nahinfrarot-Protease-aktivierbare Sonden in Kombination mit Fluoreszenz-Reflektanz-Bildgebung (FRI) verwendet, um die Proteaseaktivität in vivo nach nicht-invasiver kompressionsinduzierter ACL-Verletzung bei Mäusen zu quantifizieren. Diese nicht-invasive ACL-Verletzungsmethode rekapituliert klinisch relevante Verletzungszustände genau und ist vollständig aseptisch, da sie weder die Haut noch die Gelenkkapsel stört. Die Kombination dieser Verletzungs- und bildgebenden Verfahren ermöglicht es uns, den zeitlichen Verlauf der Proteaseaktivität zu mehreren Zeitpunkten nach einer traumatischen Gelenkverletzung zu untersuchen.

Einleitung

Arthrose ist ein weit verbreitetes Gesundheitsproblem, von dem Millionen von Menschen in den Vereinigten Staaten betroffen^{sind 1}. Posttraumatische Arthrose (PTOA) ist eine Untergruppe der OA, die durch eine Gelenkverletzung wie einen Riss des vorderen Kreuzbandes (ACL), eine Meniskusverletzung oder eine intraartikuläre Fraktur^{ausgelöst wird 2}. Der Anteil der symptomatischen OA-Patienten, die als PTOA klassifiziert werden können, beträgt mindestens 12 %³, und diese Ätiologie betrifft typischerweise eine jüngere Population als idiopathische OA⁴. Mausmodelle von OA sind entsch....

Protokoll

Alle beschriebenen Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of California Davis genehmigt. Für die vorliegende Studie wurden 3 Monate alte männliche C57BL/6J-Mäuse verwendet.

1. Nicht-invasive ACL-Verletzung

HINWEIS: ACL-Verletzungen, die durch eine extern angelegte Druckbelastung verursacht werden, sind eine einfache und reproduzierbare Methode, die ACL-Verletzungszustände beim Menschen genau rekapituliert. Dieses Protokoll wurde für ein kommerziell erhältliches Lastrahmengerät geschrieben (siehe Materialtabelle), könnte aber für ähnliche Sys....

Ergebnisse

Nach Anwendung einer einzelnen Druckkraft (1 mm/s bis zur Verletzung) auf die Unterschenkel von 3 Monate alten männlichen C57BL/6J-Mäusen wurde bei allen Mäusen konsistent eine ACL-Verletzung induziert. Die durchschnittliche Druckkraft bei Knieverletzungen betrug etwa 10 N (Abbildung 1).

Die FRI-Analyse zeigte eine signifikant höhere Proteaseaktivität in den verletzten Gelenken von Mäusen, die 7 Tage nach der Verletzung einer nicht-invasiven ACL-Verletzung ausgese.......

Diskussion

Dieses Protokoll hat eine reproduzierbare, nicht-invasive Methode zur Induktion von ACL-Verletzungen bei Mäusen etabliert und rigoros beschrieben 20,21,24,33. Diese einfache und effiziente Verletzungsmethode kann in nur wenigen Minuten durchgeführt werden, was Hochdurchsatzstudien von PTOA erleichtert. Diese Verletzungsmethode rekapituliert auch die Verletzungsbedingungen, die für menschliche V.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
10x Phosphatgepuffertes Kochsalzlösung	Protech	PBS01-32R	oder gleichwertiger
			mit Induktionskammer und Nasenkonus
Buprenorphin			Analgetikum nach Verletzung
Enthaarungscreme	Veet	B001KYPZ4G	oder
gleichwertige Halterungen			Maßgeschneiderte Kniebefestigung, Knöchelbefestigung und Plattform
IVIS Spectrum	Perkin Elmer	124262	Kann auch ein vergleichbares optisches Bildgebungssystem
der Kimwipes	Kimberly-Clark Corporation	06-666	oder eine gleichwertige
Living Image-Software verwenden.	Perkin Elmer
Werkstoffprüfsysteme	TA Instruments		Electroforce 3200 oder gleichwertiger
ProSense680	Perkin Elmer	NEV10003	Kann auch andere Sonden wie OsteoSense, MMPSense, Cat K, AngioSense usw. verwenden.
Sterile Spritze mit	Nadelspektrum Chemical Mfg. Corp.	550-82231-CS	Covidien 1 mL TB Spritze mit 28 G x 1/2 Zoll Nadel-, sterile oder gleichwertige
einachsige Wägezelle	TA Instruments		mit einer Kapazität von 20 N
Vortex-Genie 2	Scientific Industries, Inc.	SI-0236	oder gleichwertige
WinTest-Software	TA Instruments		kompatibel mit Electroforce 3200

Isofluran-Verdampfer mit Luftanästhesiesystem