L'osteoartrite post-traumatica (PTOA) è una delle principali cause di disabilità in tutto il mondo e rappresenta il 12%-16% dell'osteoartrite sintomatica (OA)1. L'attuale gold standard per la gestione dell'OA allo stadio terminale è l'artroplastica totale del ginocchio e dell'anca2 o artrodesi, come nel caso dell'artrite tibioastragalica o sottoastragalica allo stadio terminale. Sebbene abbia in gran parte successo, l'artroplastica può avere complicanze costose e morbose3. Inoltre, l'artroplastica è meno auspicabile nei pazienti di età inferiore ai 50 anni, data la bassa sopravvivenza all'impianto senza revisione, pari al 77%-83%4,5. Attualmente, non esistono trattamenti approvati dalla FDA per prevenire o mitigare la progressione della PTOA.
La PTOA colpisce l'intera articolazione, compreso il tessuto sinoviale, l'osso subcondrale e la cartilagine articolare. È caratterizzata da degenerazione della cartilagine articolare, infiammazione sinoviale, rimodellamento dell'osso subcondrale e formazione di osteofiti 6,7. Il fenotipo della PTOA si sviluppa attraverso un complesso processo di interazione tra cartilagine, sinovia e osso subcondrale. L'attuale comprensione è che la lesione della cartilagine porta alla liberazione di componenti della matrice extracellulare (ECM) come il collagene di tipo 2 (COL2) e l'aggrecano (ACAN). Questi frammenti di componenti dell'ECM sono pro-infiammatori e causano un aumento della produzione di IL-6, IL-1β e specie reattive dell'ossigeno. Questi mediatori agiscono sui condrociti, causando una sovraregolazione delle metalloproteinasi della matrice (MMP), come la MMP-13, che degradano la cartilagine articolare diminuendo anche la sintesi della matrice, portando a un ambiente catabolico complessivo per la cartilagine articolare8. Inoltre, vi è evidenza di un aumento dell'apoptosi dei condrociti nell'osteoartrite primaria e nella PTOA 9,10. La disfunzione mitocondriale si verifica dopo un carico sovrafisiologico della cartilagine 11,12,13,14, che può portare ad un aumento dell'apoptosi dei condrociti 12,15. L'aumento dell'apoptosi dei condrociti è stato associato a un aumento della deplezione dei proteoglicani e del catabolismo della cartilagine e ha dimostrato di precedere i cambiamenti nel rimodellamento della cartilagine e dell'osso subcondrale16,17,18.
Come per la maggior parte delle malattie umane, sono necessari modelli affidabili e traslazionali di PTOA per comprendere ulteriormente la fisiopatologia della malattia e testare nuove terapie. Animali di grandi dimensioni come suini e canini sono stati utilizzati in modelli di frattura intra-articolare e di impatto di PTOA17,19, ma sono costosi. I modelli animali più piccoli, come topi, ratti e conigli, sono meno costosi e vengono utilizzati per studiare la PTOA generata attraverso la destabilizzazione articolare, che in genere comporta la transezione chirurgica del legamento crociato anteriore (LCA) e/o la rottura del menisco mediale 20,21,22,23,24,25. Sebbene il trauma articolare possa portare a varie conseguenze, tra cui lesioni legamentose26, il sovraccarico meccanico della cartilagine si verifica in quasi tutti i casi.
Ci sono evidenze emergenti che la patologia alla base dello sviluppo della PTOA dopo l'instabilità legamentosa (come nella transezione del LCA) e il danno condrale acuto è dovuta a meccanismi distinti27. Pertanto, è importante sviluppare modelli di lesioni dirette alla cartilagine. Attualmente esiste un numero limitato di modelli di impatto che generano lesioni osteocondrali o condrali nei ratti e nei topi28,29. Tuttavia, la cartilagine murina non è adatta a generare difetti condrali isolati. Questo perché la cartilagine articolare murina ha uno spessore di soli 3-5 strati cellulari e manca di zone cartilaginee superficiali, radiali e di transizione organizzate, nonché dello spesso strato di cartilagine calcificata che si trova negli esseri umani e negli animali più grandi. I modelli murini mostrano anche una risoluzione spontanea dei difetti parziali della cartilagine30,31. Quindi, abbiamo scelto il coniglio per questo modello di impatto poiché il suo spessore e la sua organizzazione della cartilagine sono simili a quelli degli esseri umani, ed è il modello animale più piccolo che consentirà di fornire un impatto condrale coerente che si traduce in PTOA. Precedenti modelli chirurgici aperti dell'impatto del condilo femorale nel coniglio hanno impiegato un pendolo32, un dispositivo portatile per l'impatto della cartilagine caricato a molla 33 e una torre di caduta che ha permesso la creazione di un impattatore specifico per il coniglio34. Tuttavia, questi studi mancavano di dati in vivo. Altri hanno riportato dati in vivo con dispositivi a percussione a pendolo 35, pneumatici36 e caricati a molla37 10, e questi studi mostrano un alto tasso di variabilità nelle sollecitazioni di picco e nei tassi di carico tra i metodi. Tuttavia, il campo manca di un approccio coerente per modellare in modo affidabile il trauma acuto della cartilagine in vivo.
L'attuale protocollo impiega un sistema basato su una torre di caduta per fornire un impatto coerente al condilo mediale posteriore del ginocchio del coniglio. Un approccio posteriore al ginocchio viene impiegato per esporre il condilo femorale mediale posteriore. Un perno di Steinman viene quindi posizionato attraverso i condili femorali da mediale a laterale in linea con la superficie articolare e fissato alla piattaforma. Una volta fissato, un carico viene consegnato al condilo femorale mediale posteriore. Questo metodo consente di infliggere danni consistenti alla cartilagine sulla superficie portante del femore distale del coniglio.