このプロトコルは、ラットの大腿滑車溝に穴を開け、その後の痛みの行動と組織病理学的変化を測定することにより、全層軟骨欠損(FTCD)モデルを確立します。
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このプロトコルは、ラットの大腿滑車溝に穴を開け、その後の痛みの行動と組織病理学的変化を測定することにより、全層軟骨欠損(FTCD)モデルを確立します。
外傷による膝関節の軟骨欠損は、クリニックで一般的なスポーツ関節損傷であり、これらの欠陥は関節痛、運動障害、そして最終的には変形性膝関節症(kOA)を引き起こします。しかし、軟骨欠損やkOAに対する効果的な治療法はほとんどありません。治療薬の開発には動物モデルが重要ですが、軟骨欠損の既存のモデルは不十分です。本研究では、ラットの大腿滑車溝に穴を開けて全層軟骨欠損(FTCD)モデルを確立し、その後の疼痛行動と病理組織学的変化を読み出し実験として使用した。手術後、機械的離脱閾値が低下し、損傷部位の軟骨細胞が失われ、マトリックスメタロプロテイナーゼMMP13発現が増加し、II型コラーゲン発現が減少し、ヒト軟骨欠損で観察された病理学的変化と一致しました。この方法論は簡単で簡単に実行でき、損傷直後の肉眼的観察を可能にします。さらに、このモデルは臨床的な軟骨欠損をうまく模倣することができ、軟骨欠損の病理学的過程を研究し、対応する治療薬を開発するためのプラットフォームを提供する。
関節軟骨は、軟骨細胞と細胞外マトリックス1からなる高度に分化した高密度組織である。関節軟骨の表層は硝子軟骨の一種であり、表面が滑らかで、摩擦が少なく、強度と弾力性が高く、機械的ストレス耐性に優れています2。細胞外マトリックスはコラーゲンプロテオグリカンと水からなり、コラーゲン全体の約90%を占めるII型コラーゲンがコラーゲンの主成分です3。軟骨組織には血管や神経が存在しないため、損傷後の自己修復能力が不足しています4。したがって、外傷によって引き起こされる軟骨欠損は、診療所では常に難治性の関節疾患でした。さらに、この関節疾患は若者を襲う傾向があり、世界的な発生率は増加しています5,6。膝関節は軟骨欠損の最も一般的な部位であり、ここでの欠損は関節痛、関節機能障害、関節軟骨変性を伴い、最終的には変形性膝関節症(kOA)につながります7。膝関節の軟骨欠損は、患者に経済的および生理学的負担をもたらし、患者の生活の質に深刻な影響を及ぼします8。この病気は、差し迫った解決策のない重大かつ緊急の臨床的課題をもたらします。現在、軟骨欠損の治療は手術が主力であるが、長期的な転帰は依然として満足のいくものではない9。
臨床的な軟骨欠損は最終的にkOAにつながるため、kOA動物モデルは軟骨欠損の病理学的研究や医薬品開発に一般的に使用されています。軟骨欠損修復の病態生理学的過程を理解するためには、軟骨の再生や線維軟骨と硝子軟骨の変化を観察するために、動物モデルの確立が重要です10。しかし、前十字靭帯離断(ACLT)、内側半月板の不安定化(DMM)、卵巣摘出術(OVX)、ハルスなどの一般的に使用されるkOA動物モデルは、通常、長期的なモデリングを必要とし、病理学的および疼痛の評価のみを可能にするため、医薬品開発の効率に限界があります11。手術モデルに加えて、モノヨードアセテート(MIA)やパパイン注射などの化学モデルも軟骨欠損を引き起こしますが、欠陥の程度はうまく管理できず、状態は臨床的現実からかけ離れています11。衝突は、より大きな動物の軟骨欠損をモデル化するための別のアプローチですが、この方法は特定の器具の使用に依存し、めったに適用されません12。
要約すると、既存のkOAモデルは、軟骨欠損の病因の研究や新薬の開発には理想的ではなく、軟骨欠損の特異的で標準化されたモデルが必要です。本研究では、ラットの大腿滑車溝に穴を開けることにより、全層軟骨欠損(FTCD)モデルを確立しました。モデル評価のために肉眼的観察、疼痛行動検査、および組織病理学的分析を行った。kOAの他の動物モデルとは異なり、このモデルはラットの全身状態にほとんど影響を与えません。このモデリングアプローチはアクセスしやすく、適切に管理でき、軟骨欠損からkOAへの進行の理解と効果的な治療法の開発をサポートします。このモデルは、変形性関節前関節の欠陥を治癒することによってkOAを予防する治療法の試験にも使用できます。
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動物実験は、実験動物の使用と世話に関する中国の法律に準拠した浙江中医薬大学の医療基準および倫理委員会によって承認されました。本研究では、体重150〜180 gの6週齢の雄のSprague-Dawley(SD)ラットを使用しました。動物は商業的供給源から入手した( 材料表を参照)。
1. ラットにおける全層軟骨欠損モデルの確立
2.機械的引き出ししきい値(MWT)
注:ラットの両側後足底のMWTは、古典的なフォンフレイフィラメント疼痛測定法14によって測定されました。
3. 病理組織学的・免疫組織化学的解析
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本研究では、大腿骨滑車溝に穴を開け、その後の痛み行動と組織病理学的変化を検出することにより、FTCDのラットモデルを確立しました。図1に示すように、モデリング後3日目には、偽群と比較して、モデル群のラットのMWTが有意に低下し、FTCDによる痛覚過敏が示唆された。モデリング後17日目に、モデル群のラットの機械的離脱閾値は低レベルのままであり、疼痛感作が少なくとも17日間続く可能性があることを示しています。病理組織染色の結果,偽群では関節軟骨の構造が明瞭で,軟骨表面は無傷で,軟骨細胞は均一に分布し,II型コラーゲンが高発現していた。逆にモデル群では、軟骨表面がくぼみを形成し、軟骨細胞が消失し、マトリックスメタロプロテイナーゼMMP13の発現が増加し、II型コラーゲンの発現が低下した(図2、図3)。
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この研究では、ラットの大腿滑車溝に穴を開けることによって臨床軟骨欠損を模倣するための動物モデルについて説明します(補足図1)。軟骨損傷後、末梢侵害受容器の興奮性または応答性が増強され、疼痛閾値の低下および刺激に対する応答性の増強をもたらし得る18。前臨床試験では、異なる種の動物における軟骨欠損のモデリングは常に痛みを引き起こしてきました19。臨床研究では、軟骨損傷患者の痛み視覚アナログスケール(VAS)スコアは、健康な個人のスコアよりも有意に低いことも示されています20。FTCDモデルを用いてFTCD治療の効果を検証したところ、MWTの減少は一過性ではなく、短期間でMWTが迅速に回復しなかったことが示された。治療期間の後、モデル群のMWTは依然として有意であったが、治療群は緩和された(データは示されていない)。臨床効果は一般に1ヶ月の治療コースに基づいて評価されるため、数ヶ月後に回復が起こったとしても、このモデルの実験的適用には...
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著者は開示するものは何もありません。
この研究は、浙江省自然科学財団(助成金番号LQ20H270009)、中国自然科学財団(助成金番号82074464および82104890)、浙江省伝統中国医学財団(助成金番号2020ZA039、2020ZA096、および2022ZB137)、および浙江省衛生委員会の医療健康科学技術プロジェクト(助成金番号2016KYA196)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3, 3 '-ジアミノベンジジン | 杭州正波バイオテクノロジー株式会社 | ZLI-9019 | IHC染色用色素 |
| 抗コラーゲンIII抗体 | Novus | NB600-594 | IHC |
| 抗コラーゲンII抗体 | アブカム(UK) | 34712 | IHC |
| 抗コラーゲンI抗体 | Novus | NB600-408 | IHC |
| Bouin溶液 | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | |
| Celestite blue | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | マッソン染色用コーン |
| コブパッド用色素 | 小河科技有限公司 | 動物用寝具 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | HE染色用色素 |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | SO染色用色素 |
| ヤギ抗マウス抗体 | ZSGQ-BIO(中国、北京) | PV-9002 | IHC |
| ヤギ抗ウサギ抗体 | ZSGQ-BIO(中国、北京) | PV-9001 | IHC |
| ヘマトキシリン | Sigma-Aldrich | H3163 | HE染色用染料 |
| Masson | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | マッソン染色用色素 |
| マイクロドリル | Rwd Life Science Co., Ltd | 78001 | 手術用機器 |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (米国マサチューセッツ州ダンバース) | 69926 | IHC用一次抗体 |
| モジュール式組織包埋センター | サーモフィッシャーサイエンティフィック社(米国) | EC 350 | パラフィンブロックの作製 |
| 中性樹脂 | 杭州正博バイオテクノロジー(株) | ZLI-9555 | IHC |
| 非吸収性縫合糸 | 州Huawei Medical Supplies Co.,Ltd. | 4-0 | 手術用機器 |
| ペントバルビタールナトリウム | 杭州正波バイオテクノロジー株式会社 | WBBTN5G | 麻酔動物 |
| ホスホモリブデン酸 | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. (上海元業技術有限公司) | R20381 | マッソン染色用染料 |
| Ponceau fuchsin | Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. | R20381 | マッソン染色用染料 |
| ロータリーおよびスライディングミクロトーム | サーモフィッシャーサイエンティフィック社(米国) | HM325 | 精密パラフィン切片 |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | SO染色用色素 |
| ブレード | Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd. | 11 | 手術用ク |
| エン酸ナトリウム溶液(20x) | Hangzhou Haoke Biotechnology Co., Ltd. | HK1222 | IHC |
| Sprague Dawley (SD) ラット | 上海スレーク実験動物有限公司 | SD | Experimental animal |
| Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (日本) | 真空浸透プロセッサー | |
| Toluidine Blue | Sigma-Aldrich | 89640 | The dye for TB staining |
| Von Frey filament | UGO Basile (Italy) | 37450-275 | MWTアッセイ用 |
| 装置ワイヤーメッシュプラットフォーム | 上海玉燕楽器有限公司 | MWTアッセイ用機器 |
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