Un metodo non invasivo per generare il modello di lesione cartilaginea intra-articolare indotta dal carico ciclico del ginocchio di ratto
5 luglio 2021
Qui, presentiamo il modello di lesione cartilaginea intra-articolare indotta dal carico ciclico del ginocchio di ratto, generato da 60 compressioni cicliche su 20 N, con conseguente danno alla cartilagine condilare femorale nei ratti.
Questo protocollo dimostra che è possibile causare danni alla cartilagine negli animali, animali più grandi senza alcun intervento chirurgico o distruzione strutturata del ginocchio animale. Il più grande vantaggio è che si rivela ripetitivo negli operatori anche senza esperienza, il che è difficile da ottenere con qualsiasi metodo chirurgico. Inizia montando il ratto anestetizzato sul dispositivo di fissaggio.
Posizionare il ratto anestetizzato sdraiato sulla pancia sulla piastra di base con il ginocchio destro attaccato a un piccolo pezzo di resina con una scanalatura concava. Posizionare l'arto posteriore destro nelle posizioni di estensione dell'anca, flessione del ginocchio e estensione della caviglia con il ginocchio flesso a circa 140 gradi. Accomodare il tallone del topo sulla scanalatura a forma di cuneo sul dispositivo mobile.
Spostare il dispositivo di fissaggio sullo strumento di prova di sollecitazione e trazione e assicurarsi che non vi sia alcun contatto con la cella di carico. Aprire il software di controllo dello strumento per prove di sollecitazione e trazione e fare clic sul pulsante di calibrazione. Dopo la calibrazione, fissare con attenzione la parte superiore del telaio alla cella di carico.
Accendere lentamente la manopola rotante sul pannello operativo principale mobile fino a quando il precarico raggiunge i cinque Newton per mantenere l'articolazione del ginocchio strettamente attaccata al telaio. Nel menu principale, fare clic su crea un nuovo metodo e un'etichetta di sistema. Impostare la modalità test su ciclo e il tipo di test su compressione.
Fare clic sull'etichetta del sensore e selezionare la scheda test per verificare che il limite sia entro 60 Newton. Quindi selezionare la scheda Tratto e verificare che il limite sia entro 500 millimetri. Sotto l'etichetta di controllo dei test, selezionare l'origine della crescita per avviare il programma principale con lo 0,3% o fondo scala.
Impostare la velocità di corsa in controllo nella prima e terza sezione su un millimetro al secondo, quindi impostare la forza di prova massima nella seconda sezione su 20 Newton e la forza di prova minima nella quarta sezione su cinque Newton. Impostare la durata dell'intero su 0,5 secondi per il carico di picco e 10 secondi per il carico minimo. Nella scheda di precaricamento nella parte inferiore della pagina, assicurarsi che sia selezionata, la velocità di rimozione della deflessione sia impostata su 100 millimetri al minuto e che la forza massima sia di cinque Newton.
Impostare il materiale come metallo nell'etichetta del campione. Nel menu principale sotto la sezione seleziona metodo e test, seleziona il metodo appena creato e fai clic su avvia per iniziare il test. Impostare il numero di cicli su 60.
Riportare il ratto nella sua gabbia dopo il caricamento e mantenere un programma buio chiaro di 12-12 ore in una gabbia con spazio sufficiente e cibo ad libitum fino al momento dell'analisi. Sono stati studiati i cambiamenti a breve termine nella vitalità dei condrociti in campioni sottoposti a 20 Newton di carico ciclico. Il numero di condrociti morti è aumentato a 12 ore dopo il trauma.
Al contrario, il numero di condrociti viventi ha continuato a diminuire. La cartilagine articolare delle ginocchia di ratto che hanno subito 20 Newton di carico dinamico è stata danneggiata e una zona focale della lesione è stata confermata nel condilo femorale laterale in tutti i campioni. La dimensione della lesione non è aumentata progressivamente durante il periodo di osservazione di otto settimane.
Il bordo corrispondente all'interfaccia della lesione e della cartilagine non interessata potrebbe essere osservato nella zona interessata. La cosa più importante sono le impostazioni corrette della forza di prova e il numero di cicli. Con questa tecnica, è possibile controllare il carico meccanico alla copertura articolare del sangue, aprendo la strada per esplorare come il carico meccanico influisce sullo sviluppo o sulla prevenzione dell'osteoartrite.
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Panoramica
Questo studio presenta un modello di lesione cartilaginea intra-articolare indotta da carico ciclico nel ginocchio del ratto, ottenuto mediante 60 compressioni cicliche di 20 N, che provocano danni alla cartilagine del condilo femorale. Il metodo consente di indurre danni cartilaginei senza intervento chirurgico, risultando accessibile ad operatori con diversi livelli di esperienza.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Biologia
- Ricerca sulla cartilagine
Background
- I danni alla cartilagine rappresentano un problema rilevante per la salute articolare.
- I metodi tradizionali richiedono spesso un intervento chirurgico.
- Questo modello ha lo scopo di semplificare il processo di induzione di lesioni cartilaginee.
- L'applicazione ripetuta del metodo può essere eseguita da operatori inesperti.
Scopo dello studio
- Sviluppare un modello affidabile per lo studio dei danni alla cartilagine.
- Valutare gli effetti del carico ciclico sull'integrità della cartilagine.
- Fornire un metodo facile da replicare in diversi contesti di ricerca.
Metodi Utilizzati
- Posizionamento di ratti anestetizzati su un dispositivo di fissazione.
- Posizionamento del ginocchio destro in un allineamento specifico per il carico.
- Applicazione di compressioni cicliche per indurre danni alla cartilagine.
- Monitoraggio degli effetti del carico sulla cartilagine dei condili femorali.
Risultati principali
- Induzione con successo di lesioni cartilaginee nel modello ratto.
- Dimostrata la riproducibilità del metodo tra diversi esperimenti.
- Evidenziata la facilità d'uso per operatori senza esperienza pregressa.
- Forniti spunti sui effetti del carico meccanico sulla salute della cartilagine.
Conclusioni
- Il modello di carico ciclico è efficace per lo studio dei danni alla cartilagine.
- Questo metodo può facilitare la ricerca sulla salute delle articolazioni senza procedure invasive.
- Studi futuri possono basarsi su questo modello per esplorare interventi terapeutici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
I modelli di carico ciclico non invasivo per lesioni cartilaginee intra-articolari permettono un'induzione precisa e riproducibile di danni focali alla cartilagine nei sistemi preclinici. Questo approccio supporta la riduzione del rischio meccanicistico e la validazione degli obiettivi nella ricerca sull'osteoartrosi, minimizzando l'infiammazione confondente derivante dal trauma chirurgico. La riproducibilità del modello e l'indipendenza dall'operatore aumentano la fiducia predittiva nei punti critici iniziali della scoperta e della fase preclinica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Permette un'analisi controllata dei meccanismi di lesione della cartilagine correlati all'insorgenza dell'artrosi.
- Supporta la validazione funzionale delle target isolando gli effetti della lesione meccanica da quelli confondenti di natura chirurgica.
- Facilita la riduzione dei rischi meccanicistici per i target candidati coinvolti nell'adattamento e nella riparazione della cartilagine.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce un modello di lesione standardizzato e riproducibile per valutare interventi molecolari o cellulari.
- Consente una valutazione quantitativa della vitalità dei condrociti e della formazione di lesioni dopo il caricamento.
- Permette lo sviluppo di saggi per analisi istologiche e molecolari del danno e della riparazione della cartilagine.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea ai percorsi di lesione meccanica rilevanti per la malattia implicati nell'osteoartrite post-traumatica.
- Permette lo studio longitudinale dei cambiamenti spaziotemporali nella salute della cartilagine e dei condrociti.
- Supporta la progressione dei candidati terapeutici con rischio adeguatamente valutato, mirati al mantenimento o alla riparazione della cartilagine.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo modello di carico non invasivo si inserisce nel continuum che va dalla fase iniziale di scoperta alla fase preclinica nella ricerca sull'osteoartrite e sulla biologia della cartilagine.
- Biologia della scoperta: Facilita la verifica di ipotesi sui meccanismi di lesione meccanica e di degenerazione della cartilagine.
- Screening: Fornisce endpoint riproducibili e quantitativi per studi di intervento.
- Analisi: Consente la misurazione della vitalità dei condrociti, delle dimensioni della lesione e dei marcatori istologici.
- Ricerca traslazionale: Collega le scoperte della ricerca di base alla validazione preclinica in sistemi pertinenti alla malattia.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma scalabile e indipendente dall'operatore per studi ripetuti in diversi programmi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nei modelli di osteoartrite.
- Valore operativo: Standardizza l'induzione del danno e migliora la riproducibilità tra diversi operatori e studi.
- Valore strategico: Supporta decisioni solide di avanzamento o interruzione e riduce il rischio biologico in fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio dei programmi terapeutici mirati alla cartilagine.
Considerazioni sull'Implementazione
- Richiede competenze specialistiche nella manipolazione degli animali e nell'uso di strumentazione per il carico meccanico.
- Necessita dell'accesso a un'attrezzatura calibrata per test di stress e trazione.
- Richiede una standardizzazione condivisa tra i gruppi di ricerca per i parametri di carico e gli endpoint analitici.
- Adattabile a diversi modelli di roditori, ma potrebbe richiedere un'ottimizzazione dei parametri.
- La stabilità e la focalizzazione delle lesioni devono essere confermate per ogni serie sperimentale.
