Un modello di topo di instabilità della colonna lombare
23 aprile 2021
Abbiamo sviluppato un modello di topo di degenerazione del disco intervertebrale lombare per resezione dei processispinosiL 3 –L5 insieme a legamenti sovra- e inter-spinosi e distacco di muscoli paraspinosi.
Questo è un intervento chirurgico per indurre il modello del topo offre un'alternativa per gli studi relativi alla degenerazione del disco intervertebrale lombare. Questa robusta modalità LSI non richiede attrezzature speciali. È riproducibile e può essere usato per indurre la degenerazione del disco intervertebrale in un periodo di tempo relativamente breve.
Controllare le profondità di incisione e l'emorragia ed eseguire per la resezione di ogni processo interspinoso sono due spese chiave per l'impianto del nostro successo per l'esperimento. Dopo aver confermato una mancanza di risposta al riflesso del pedale, posizionare un topo a sei settimane anestetizzato di otto settimane, maschio, C57 nero su un cuscinetto chirurgico in posizione supina e applicare un unguento agli occhi dell'animale. Utilizzare un piccolo trimmer animale per radere l'area chirurgica dalla regione toracica inferiore alla parte superiore della regione sacrale e rimuovere la pelliccia rasata con salviette tissutali.
Applicare la crema depilatoria sulla zona rasata usando la garza per rimuovere la crema dopo non più di tre minuti e lavare la pelle esposta con due millilitri di 0,9 soluzione salina sterile. Quindi posizionare un cuscinetto cilindrico chirurgico su misura sotto l'addome per sollevare la colonna lombare. Per esporre le vertebre L3 e L5 utilizzare l'indice per toccare i processi spinosi sottocutanei delle vertebre lombari e palpati per confrontare i processi con quelli delle vertebre toraciche e delle vertebre sacrali per identificare la regione lombare.
Risciacquare la pelle con il 75% di alcol e utilizzare un microscopio sezionante utilizzare un bisturi per fare un'incisione della pelle mediolinea da tre a quattro centimetri sulla regione lombare dalla regione toracica media all'anca. Identificare la colonna lombare dalla forma a V della fascia posteriore inserita, nella punta in modo che i processi spinosi e utilizzare il bisturi per effettuare incisioni muscolari paraspinose posteriori poco profonde lungo i processi spinosi da L3 a L5 lateralmente su entrambi i lati della colonna vertebrale. Quindi utilizzare due paia di forcep oftalmiche per separare gli strati muscolari per esporre l'L3 a processi spinosi L5 e legamenti sopraspinosi.
Per separare i singoli processi spinosi utilizzare sheers venosi per tagliare i legamenti interspinosi e per resect i processi spinosi da L3 a L5 e legamenti interspinosi. Quindi utilizzare suture intrecciate di seta numero cinque sterili per chiudere l'incisione cutanea senza ricollegare i muscoli paravertebrali e applicare l'unguento cloridrato di clorotraciclina al sito chirurgico. L'analisi istomorfometrica 3D consente la misurazione del disco intervertebrale, mentre l'analisi strutturale 3D consente la quantificazione del volume totale dei tessuti.
Il volume del disco intervertebrale aumenta significativamente una settimana dopo l'intervento chirurgico prima di diminuire da due a 16 settimane dopo la procedura coerente con una diminuzione dell'altezza del disco intervertebrale misurata nello stesso periodo di tempo. L'aumento delle cavità all'interno delle piastre cranici si osserva anche nei topi LSI quantificato da una maggiore percentuale di valori di separazione trabecolare maggiore o uguale a 0,089 e da un aumento significativo dei volumi della piastra finale dopo la chirurgia. Le piastre finali del modello mostrano un fenotipo simile, che indica che l'LSI porta all'ipertrofia della piastra finale e ad un aumento del numero di cavità.
I volumi di vertebre L5 aumentano leggermente dopo l'intervento chirurgico con differenze statistiche osservate a 16 settimane. Una significativa diminuzione del rapporto tra volume osseo e tessuto totale è presente anche 16 settimane dopo l'intervento chirurgico, indicando che l'LSI causa la perdita ossea vertebrale in una fase successiva. Una riduzione dei vacuoli intracellulari delle cellule pulpose del nucleo è accelerata anche negli animali LSI con un aumento del numero di osteoclasti osservato nelle piastre finali LSI.
Questo modello può essere modificato attaccando un numero diverso di vertebre, come la quinta solo lombare, o dal primo lombare al quinto lombare.
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Panoramica
Lo studio presenta un modello murino di degenerazione del disco intervertebrale lombare sviluppato mediante resezione chirurgica di componenti specifici della colonna vertebrale lombare. Questo modello facilita la ricerca sulla degenerazione del disco intervertebrale, dimostrandosi riproducibile ed efficiente nell'indurre tale processo.
Componenti Chiave dello Studio
Area di Ricerca
- Degenerazione del disco intervertebrale
- Modelli murini nella ricerca ortopedica
- Tecniche chirurgiche negli studi sugli animali
Sfondo
- Comprendere la degenerazione del disco intervertebrale lombare è fondamentale per lo sviluppo di trattamenti.
- I modelli esistenti potrebbero richiedere attrezzature specializzate e risultare meno accessibili.
- Un modello affidabile e riproducibile è essenziale per far progredire la ricerca in questo campo.
Metodi Utilizzati
- Resezione chirurgica dei processi spinosi, legamenti e strutture correlate nei topi
- Stirpe di topo C57BL/6
- Analisi istomorfometriche e strutturali tridimensionali per valutare le alterazioni del disco e delle vertebre
Risultati principali
- Modifiche significative del volume e dell'altezza del disco intervertebrale dopo l'intervento chirurgico.
- Aumento delle cavità all'interno delle piastre terminali e alterazioni nei rapporti del volume osseo.
- Osservazione di cambiamenti cellulari accelerati nelle cellule del nucleo polposo nei topi LSI.
Conclusioni
- Il modello replica efficacemente le caratteristiche della degenerazione del disco lombare, risultando utile per futuri studi.
- Questa ricerca ha implicazioni per la comprensione e la gestione delle patologie degenerative della colonna vertebrale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Il modello murino LSI fornisce un sistema riproducibile ed economico per lo studio della degenerazione del disco intervertebrale lombare, consentendo la valutazione meccanicistica in fase precoce delle vie degenerative. La sua elevata praticabilità e il breve periodo di sviluppo della malattia supportano la validazione degli obiettivi terapeutici e gli screening preclinici nella scoperta di farmaci per l'apparato muscolo-scheletrico. Questo modello facilita la riduzione del rischio delle ipotesi terapeutiche riproducendo i principali cambiamenti strutturali e cellulari osservati nella degenerazione del disco umano.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche relative alla porosità della piastra terminale, alla riduzione del nucleo polposo e alla perdita ossea vertebrale nella degenerazione del disco lombare.
- Valore operativo: Offre un modello chirurgico riproducibile che non richiede attrezzature specializzate, sostenendo studi coerenti sull'interazione con il bersaglio in diversi laboratori.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera parametri strutturali quantificabili come il volume del disco intervertebrale, la separazione trabecolare della piastra terminale e il rapporto tra osso vertebrale e tessuto per lo screening di composti.
- Valore operativo: Compatibile con l'analisi istomorfometrica e strutturale tridimensionale, consente letture quantitative standardizzate per lo sviluppo dei saggi e la validazione dei risultati positivi.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Riproduce modifiche degenerative progressive, dall'ipertrofia iniziale della piastra terminale alla perdita ossea vertebrale in stadio avanzato, sostenendo studi meccanicistici pertinenti alla malattia.
- Valore operativo: Consente il monitoraggio longitudinale della degenerazione per 16 settimane, facilitando valutazioni dell'efficacia dipendenti dal tempo nei flussi di lavoro preclinici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il modello LSI si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla validazione del bersaglio alla valutazione preclinica, in particolare per le terapie mirate alla degenerazione strutturale nella malattia del disco lombare.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sui percorsi molecolari responsabili della modifica della placca terminale, della perdita di volume del disco e del riassorbimento osseo mediato dagli osteoclasti.
- Screening: Permette la preparazione di tessuti degenerativi standardizzati per valutare gli effetti di composti sull'integrità del disco e sull'omeostasi vertebrale.
- Analisi: Fornisce parametri morfometrici quantitativi (volume del disco, volume della cavità della placca terminale, rapporto del volume osseo) che supportano l'analisi comparativa delle condizioni patologiche.
- Ricerca traslazionale: Riproduce tempistiche degenerative e fenotipi strutturali rilevanti per l'uomo, facilitando la continuità preclinica degli interventi modificanti la struttura.
- Riutilizzo aziendale: Rappresenta una piattaforma chirurgica scalabile e a basso costo, applicabile in molteplici campagne di validazione di bersagli e ottimizzazione di composti promettenti.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Fornisce una previsione affidabile sulla rilevanza del bersaglio modellando le modificazioni degenerative dalle fasi iniziali a quelle avanzate nei tessuti della colonna lombare.
- Valore operativo: Garantisce riproducibilità e standardizzazione attraverso passaggi chirurgici ben definiti e punti finali istologici quantificabili.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione dello sviluppo riducendo l'ambiguità biologica nei meccanismi della malattia degenerativa del disco.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione dei candidati aggiustata per il rischio, basata sugli effetti sul volume del disco, sull'integrità della piastra terminale e sulla densità ossea vertebrale.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nelle tecniche chirurgiche murine, inclusa la distacco dei muscoli paraspinosi e la resezione del processo spinoso.
- Necessita dell'accesso a microscopi per dissezione, strumenti chirurgici e piattaforme di imaging 3D per l'analisi istomorfometrica e strutturale.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale dei protocolli chirurgici e del monitoraggio postoperatorio per ridurre al minimo la variabilità derivante dal trauma chirurgico e dall'infiammazione.
- Comporta considerazioni di adattamento quando si estende il modello a diversi tratti vertebrali (ad esempio, L1–L5 rispetto a L5 isolato) per disegni sperimentali mirati.
- Tiene conto dell'infiammazione precoce postoperatoria come fattore confondente, richiedendo gruppi di controllo appropriati e una selezione accurata dei punti temporali nel disegno sperimentale.
