Méthode non invasive pour générer le modèle de lésion cartilagineuse intra-articulaire induite par la charge cyclique du genou du rat
5 juillet 2021
Ici, nous présentons le modèle de lésion cartilagineuse intra-articulaire induite par la charge cyclique du genou du rat, générée par 60 compressions cycliques sur 20 N, entraînant des dommages au cartilage condylien fémoral chez le rat.
Ce protocole montre qu’il est possible de causer des lésions cartilagineuses chez les animaux, les animaux plus gros sans aucune intervention chirurgicale ou destruction structurée du genou de l’animal. Le plus grand avantage est que le s’avère répétitif chez les opérateurs, même sans expérience, ce qui est difficile à réaliser avec n’importe quelle méthode chirurgicale. Commencez par monter le rat anesthésié sur le dispositif de fixation.
Placez le rat anesthésié couché sur le ventre sur la plaque de base avec son genou droit attaché à un petit morceau de résine avec une rainure concave. Placez le membre postérieur droit dans les positions d’extension de la hanche, de flexion du genou et d’extension de la cheville avec le genou fléchi à environ 140 degrés. Accommodez le talon du rat sur la rainure en forme de coin sur le luminaire mobile.
Déplacez le dispositif de fixation vers l’instrument d’essai de contrainte et de traction et assurez-vous qu’il n’y a pas de contact avec le capteur de force. Ouvrez le logiciel de contrôle des instruments d’essai de contrainte et de traction et cliquez sur le bouton d’étalonnage. Après l’étalonnage, fixez soigneusement le haut du cadre au capteur de charge.
Allumez lentement le bouton rotatif du panneau de commande principal mobile jusqu’à ce que la précharge atteigne cinq Newtons pour maintenir l’articulation du genou étroitement attachée au cadre. Dans le menu principal, cliquez sur créer une nouvelle méthode et une nouvelle étiquette système. Définissez le mode de test sur cycle et le type de test sur compression.
Cliquez sur l’étiquette du capteur et sélectionnez l’onglet de test pour vérifier que la limite est comprise entre 60 Newtons. Sélectionnez ensuite l’onglet de contour et vérifiez que la limite est inférieure à 500 millimètres. Sous l’étiquette de contrôle de test, sélectionnez l’origine de la croissance pour démarrer le programme principal avec 0,3% ou pleine échelle.
Réglez la vitesse de course en contrôle dans les première et troisième sections à un millimètre par seconde, puis réglez la force d’essai maximale dans la deuxième section à 20 Newtons et la force d’essai minimale dans la quatrième section à cinq Newtons. Définissez la durée de l’ensemble sur 0,5 seconde pour la charge maximale et 10 secondes pour la charge minimale. Dans l’onglet de préchargement au bas de la page, assurez-vous que activé, la vitesse de suppression de la déviation est réglée sur 100 millimètres par minute et la force maximale est de cinq Newtons.
Placez le matériau en métal dans l’étiquette de l’échantillon. Dans le menu principal, sous la section Sélectionner la méthode et le test, sélectionnez la méthode qui vient d’être générée et cliquez sur Démarrer pour commencer le test. Définissez le nombre de cycles sur 60.
Remettez le rat dans sa cage après le chargement et maintenez un horaire de 12 à 12 heures dans une cage avec suffisamment d’espace et de nourriture ad libitum jusqu’à ce qu’il soit temps pour l’analyse. Les changements à court terme de la viabilité des chondrocytes dans des échantillons soumis à 20 Newtons de charge cyclique ont été étudiés. Le nombre de chondrocytes morts a augmenté 12 heures après le traumatisme.
À l’inverse, le nombre de chondrocytes vivants a continué de diminuer. Le cartilage articulaire des genoux du rat qui a subi 20 Newtons de charge dynamique a été endommagé et une zone de lésion focale a été confirmée dans le condyle fémoral latéral dans tous les échantillons. La taille de la lésion n’a pas augmenté progressivement au cours de la période d’observation de huit semaines.
La bordure correspondant à l’interface de la lésion et du cartilage non affecté a pu être observée dans la zone touchée. Le plus important est le réglage correct de la force d’essai et le nombre de cycles. Avec cette technique, on peut contrôler la charge mécanique à la couverture articulaire du sang, ouvrant la voie à l’exploration de la façon dont la charge mécanique affecte le développement ou la prévention de l’arthrose.
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Aperçu
Cette étude présente un modèle de lésion cartilagineuse intra-articulaire induite par des charges cycliques au niveau du genou du rat, obtenu par 60 compressions cycliques de 20 N, entraînant des dommages au niveau du cartilage des condyles fémoraux. La méthode permet d'induire des lésions du cartilage sans intervention chirurgicale, ce qui la rend accessible à des opérateurs possédant différents niveaux d'expérience.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie
- Recherche sur le cartilage
Contexte
- Les lésions du cartilage constituent un problème majeur pour la santé articulaire.
- Les méthodes traditionnelles nécessitent souvent une intervention chirurgicale.
- Ce modèle vise à simplifier le processus d'induction de lésions cartilagineuses.
- L'application répétée de la méthode est réalisable par des opérateurs peu expérimentés.
Objectif de l'étude
- Développer un modèle fiable pour l'étude des lésions du cartilage.
- Évaluer les effets de la sollicitation cyclique sur l'intégrité du cartilage.
- Proposer une méthode facile à reproduire dans différents contextes de recherche.
Méthodes utilisées
- Placer des rats anesthésiés sur un dispositif de fixation.
- Positionner le genou droit dans un alignement précis pour la sollicitation.
- Appliquer des compressions cycliques afin d'induire des lésions du cartilage.
- Surveiller les effets de la sollicitation sur le cartilage des condyles fémoraux.
Résultats principaux
- Induction réussie de lésions du cartilage chez le modèle rat.
- Démonstration de la reproductibilité de la méthode entre les essais.
- Mise en évidence de la facilité d'utilisation pour des opérateurs sans expérience préalable.
- Fourni des informations sur les effets de la charge mécanique sur la santé du cartilage.
Conclusions
- Le modèle de chargement cyclique est efficace pour l'étude des lésions du cartilage.
- Cette méthode peut faciliter la recherche sur la santé articulaire sans procédures invasives.
- De futures études pourront s'appuyer sur ce modèle pour explorer des interventions thérapeutiques.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Les modèles de chargement cyclique non invasifs pour les lésions du cartilage intra-articulaire permettent une induction précise et reproductible de lésions focales du cartilage dans les systèmes précliniques. Cette approche facilite la réduction des risques mécanistiques et la validation des cibles en recherche sur l'arthrose, en minimisant l'inflammation concomitante liée au traumatisme chirurgical. La reproductibilité du modèle et son indépendance vis-à-vis de l'opérateur renforcent la fiabilité prédictive aux stades précoces de la découverte et aux points critiques de la phase préclinique.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet une interrogation contrôlée des mécanismes de lésion du cartilage liés à l'apparition de l'arthrose.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles en isolant les effets des lésions mécaniques des facteurs perturbateurs chirurgicaux.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques pour les cibles candidates impliquées dans l'adaptation et la réparation du cartilage.
Développement de criblages et de tests
- Offre un modèle de lésion standardisé et reproductible pour évaluer des interventions moléculaires ou cellulaires.
- Permet une évaluation quantitative de la viabilité des chondrocytes et de la formation de lésions après chargement.
- Facilite le développement de tests pour des analyses histologiques et moléculaires des lésions et de la réparation du cartilage.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur les voies de lésion mécanique pertinentes pour la maladie impliquées dans l'arthrose post-traumatique.
- Permet l'étude longitudinale des changements spatiotemporels dans la santé du cartilage et des chondrocytes.
- Facilite le développement ciblé de thérapeutiques visant la préservation ou la réparation du cartilage, ajusté au risque.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce modèle de chargement non invasif s'inscrit dans la continuité entre la découverte précoce et le stade préclinique pour la recherche sur l'arthrose et la biologie du cartilage.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses sur les mécanismes de lésion mécanique et de dégénérescence du cartilage.
- Écrantage : Fournit des critères d'évaluation reproductibles et quantitatifs pour les études d'intervention.
- Analytique : Permet la mesure de la viabilité des chondrocytes, de la taille des lésions et des marqueurs histologiques.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les découvertes fondamentales et la validation préclinique dans des systèmes pertinents pour la maladie.
- Réutilisation en milieu professionnel : Offre une plateforme évolutible et indépendante de l'opérateur pour des études répétées dans divers programmes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Augmente la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans les modèles d'arthrose.
- Valeur opérationnelle : Standardise l'induction des lésions et améliore la reproductibilité entre opérateurs et études.
- Valeur stratégique : Permet des décisions solides de poursuite ou d'abandon et réduit les risques biologiques en phase avancée.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des programmes thérapeutiques ciblant le cartilage.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en manipulation animale et en instrumentation pour le chargement mécanique.
- Requiert un accès à un équipement d'essai de contrainte et de traction calibré.
- Exige une standardisation interéquipes des paramètres de chargement et des critères d'évaluation analytiques.
- Adaptable à différents modèles de rongeurs, mais peut nécessiter une optimisation des paramètres.
- La stabilité et la focalisation de la taille des lésions doivent être confirmées pour chaque série expérimentale.
