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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
足首距骨下複合関節(ASCJ)は足のコアであり、日常生活におけるバランス制御に重要な役割を果たします。スポーツ傷害は、しばしばこの関節の不安定性につながります。ここでは、靭帯離断によるASCJの不安定性のマウスモデルについて述べる。
足首の捻挫は、おそらく日常生活で最も一般的なスポーツ傷害であり、多くの場合、足首-距骨下複合関節(ASCJ)の不安定性をもたらし、最終的には長期的には心的外傷後変形性関節症(PTOA)につながる可能性があります。しかし、損傷メカニズムの複雑さと、斑状出血、血腫、または外側足の圧痛などの臨床症状のため、ASCJの不安定性の診断と治療に関する臨床的コンセンサスはありません。マウスの後足の骨と靭帯の筋骨格構造はヒトに匹敵することから、ASCJ周辺の靭帯の切断により、マウスのASCJ不安定性の動物モデルを確立した。このモデルは、平均台試験、フットプリント分析(マウスの運動レベルとバランス能力の評価)、熱侵害受容評価(マウスの足の感覚機能の評価)、マイクロコンピュータ断層撮影(CT)スキャン、関節軟骨の切片染色(マウスの関節軟骨の損傷と変性の評価)など、一連の行動テストと組織学的分析を通じて十分に検証されました。ASCJ不安定性のマウスモデルの確立に成功すれば、損傷メカニズムに関する臨床研究に貴重な参考資料を提供し、足首捻挫のより良い治療法の選択肢をもたらすでしょう。
足首の捻挫は、世界中で最も一般的なスポーツ傷害の1つです。米国では毎日10,000人が負傷していると推定されており1、そのうちスポーツ関連の負傷は15%〜45%を占めています2。米国における足首の捻挫の治療に関連する医療費は、年間42億ドルにのぼります3,4,5。慢性的な足の不安定性は、足首の捻挫に続く一般的な問題であり、足首や距骨下の不安定性を含む足首の捻挫の約74%で発生します6。しかし、臨床症状や徴候が似ているため、慢性的な足首の不安定性が慢性的な距骨下関節の不安定性も伴うかどうかを医療スタッフが区別することは困難であり、その結果、慢性的な距骨下不安定性は簡単に見逃される可能性があります。したがって、慢性足首距骨下複合関節(ASCJ)不安定性(慢性足首不安定性と慢性距骨下不安定性の両方を含む特定のタイプの慢性足の不安定性)の真の発生率は、報告されている7,8,9よりも高い可能性があります。慢性的な足首-距骨下複合関節の不安定性は、治療せずに放置すると、足首の捻挫を繰り返し、足首の捻挫と慢性的な足首-距骨下複合体の不安定性の悪循環につながる可能性があります。長期にわたる慢性的な足首-距骨下複合体の不安定性は、ASCJの変性および心的外傷後変形性関節症につながる可能性があり、重症の場合、隣接する関節に影響を与える可能性があります10。これらの疾患に対して、現在の臨床治療は、靭帯修復や靭帯再建などの外科的治療法に加えて、主に保存的である11,12。
ASCJは足のコア構造であり、動き13の間、体のバランスを維持します。足首関節と距骨下関節の構造について、別々に広範な研究が行われています14,15,16,17。しかし、足首と距骨下関節全体の研究はまれです。足首損傷の症例の約4分の1は距骨下関節損傷に関連している18。ASCJの不安定性の複雑な損傷メカニズムのために、臨床現場での診断と治療に関するコンセンサスはありません。クリニックにおける足関節損傷の現状を考えると、足関節と距骨下関節全体を研究するためのより科学的な方法が必要であり、それによって足の病気を研究するための新しい理解を提供します。
筋骨格レベルでのマウス後足の解剖学的構造は人間の足の解剖学的構造に匹敵するため19、いくつかの研究では、足/足首研究用のマウスモデルがすでに実装されています10,19。Changら19は、変形性足首関節症の3つの異なるマウスモデルの開発に成功しました。マウスモデルにおける足首の不安定性の確立に成功したことに触発され、マウス後足の部分靭帯の切断がASCJの機械的不安定性をもたらし、ASCJの心的外傷後変形性関節症(PTOA)につながるという仮説を立てて、足首-距骨下複合体の不安定性のマウスモデルを確立しました。ASCJ不安定性動物モデルは、足首の不安定性と距骨下不安定性の両方の治療に使用でき、現在使用されている単純な足首不安定性モデル7,8,9,19よりも実際の臨床状況と一致しています。この仮説を検証するために、靭帯離断によるASCJの不安定性を示す2つのマウスモデルを設計しました。感覚運動機能(平均台試験、フットプリント解析、熱侵害受容評価)の結果を用いてモデルの実現可能性を評価し、マイクロコンピュータ断層撮影(CT)と組織学的染色を用いてマウス関節軟骨の損傷と変性を評価した。ASCJ不安定性のマウスモデルの確立に成功したことは、足の病気を研究するための新しい理解を提供するだけでなく、損傷関連のメカニズムに関する臨床研究のための貴重な参考資料を提供し、足首の捻挫に対するより良い治療オプションを提供し、病気のさらなる研究に役立ちます。
すべての動物実験は、実験動物の飼育と使用に関するガイドラインに従って実施され、東呉大学の動物実験施設の飼育と使用委員会によって承認されました。
1.外科的処置
2. 平均台試験
3. フットプリント分析
4.熱侵害受容評価
5. マイクロCTスキャン
6. 関節軟骨の切片染色
注:すべての染色ステップはドラフト内で行われ、手順中はマスクを着用します。
7. ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色
8. サフラニンO-fastグリーン染色
9. 免疫組織化学
相関データの統計分析は、オンライン統計分析ツールを使用して実行しました。正規分布と分散の均一性の2つの検定を満たしたデータは、一元配置分散分析によるさらなる統計分析に使用されました。データが2つの検定を満たさない場合、Kruskal-Wallis検定が統計分析に使用されました。データは標準偏差±平均値で表され、 p < 0.05 は統計的に有意であると見なされました。
平均台試験
各ステージで各マウスが平均台を2回通過するのに必要な平均時間の統計解析では、手術前にマウスの各グループが平均台を通過するのに必要な時間に統計的な差はないことを示しました(p = 0.73)。手術の3日後、CL+ATFL群およびCL+DL群のマウスは、偽群のマウスと比較して平均台の通過に要する時間が長く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.05)。手術後4週間、CL+ATFL群およびCL+DL群のマウスが平均台を通過するまでに要する時間は、偽群のマウスと比較して有意差>認められなかった(p 0.05)。さらに、手術後8週および12週後、CL+ATFL群およびCL+DL群のマウスは、偽群のマウスと比較して平均台を通過するのにより多くの時間を必要とし、その差は統計学的に有意であった(p < 0.01)。各試験期間中、CL+ATFL群のマウスが平均台を通過するのに要する時間は、CL+DL群のマウスと比較して統計学的に有意な差は観察されなかった(p > 0.05; 図1A)。
マウスの右後足が平均台をすり抜けた回数は、手術前の3群のマウス間で統計学的に差はなかった(p = 0.68)。さらに、手術3日後、CL+ATFL群およびCL+DL群のマウスは、偽群のマウスと比較して、右後足部の切片数に有意差は認められなかった。その他の術後時点については、靭帯離断群の切片数は偽群のマウスと比較して多く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.05)。術後8週および12週の時点で、CL+ATFL群の右後足が平均台から滑り落ちた回数は、CL+DL群のマウスよりも多く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.05; 図1B)。
フットプリント解析
各群のマウスの歩幅は年齢とともに増加したが、靭帯の切断は歩幅を短くする可能性がある。手術前のマウスの3群間で右後足の歩幅に有意差は認められなかった(p > 0.05)。術後12週間の歩行試験では、靭帯切断群の右後足の歩幅は、同時期の偽群に比べて短く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.01)。しかし、CL+ATFL群のマウスの右後足の歩幅は、CL+DL群のマウスと有意差はなかった(p > 0.05; 図2A、B)。
熱侵害受容評価
マウスの足の活動中の熱侵害受容応答時間の統計解析では、手術前の3群のマウスの反応時間に統計的な差は認められなかった(p > 0.5)。手術後の熱侵害受容評価では、靭帯切断群のマウスの熱侵害受容反応時間は、同期間の偽群のマウスよりも長く、その差は統計的に有意であった(p < 0.01; 図3)。
マイクロCTスキャン
術後12週間、マイクロCTを用いて、各群のマウスの右後足のASCJを定量的に解析した。CT画像を3次元再構成したところ、靭帯を切断した2群の右後足部のASCJは、偽群よりも粗いことがわかった。関節面は凹面、凸面、平坦で、明らかな摩耗痕があり、関節の周囲に骨棘が発生し、関節は変性変化を示しました。さらに、CL+DL群のマウスの約28.6%が距骨脱臼を発症した(図4A、B)10。CL+ATFL群およびCL+DL群における右後足のASCJの骨容積分率は、偽群よりも有意であり、その差は統計学的に有意であった(p < 0.01; 図4C、D)10.
関節軟骨の切片染色
H&EおよびサフラニンO-fastグリーン染色は、偽群のマウスのASCJの構造が完全であり、軟骨の形態が損なわれておらず、軟骨細胞が均一に分布していることを示しました。靭帯を切断した2群のマウスのASCJの軟骨層は明らかな不連続性を示し、軟骨細胞の数は減少した(図5A,B)10。修正されたMankin and Osteohritis Research Society International(OARSI)スコアリングシステムを使用して、各グループのマウスのASCJのH&EおよびSafranin O-fast緑色染色をスコアリングしました20、21、22。修正されたマンキンスコアは、軟骨の構造的特徴と軟骨細胞の数と染色によって決定され、OARSIスコアは、軟骨の組織病理学的悪性度と病期によって決定されました。靭帯切断のマウスの2群のスコアは、偽群のマウスのスコアよりも高く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.05;図5C-F)10.
典型的なII型コラーゲン免疫組織化学的染色の画像では、偽群の右後足のASCJ関節軟骨層におけるII型コラーゲンの含有量は、靭帯を切断した2群のマウスのそれよりも均一であり、II型コラーゲンの明らかな欠損は見られませんでした(図6A)。定量解析の結果、偽群のマウスのASCJにおけるII型コラーゲンの発現は、靭帯を切断した2群のマウスよりも高く、その差は統計学的に有意であった(p < 0.05; 図6B、C)。

図1:平均台テストによるマウスの行動分析 。 (A)マウスが平均台を横切るのに必要な時間。(B)平均台を横切るときの右足のスリップ数。データは標準偏差±平均を表し、グループあたり n = 7 サンプルです。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図2:足跡解析によるマウスの行動解析。 (A)手術前の各群のマウスの右足の長さの比較。(B)手術後12週間の各群のマウスの右足の長さの比較。統計的に有意な差は、示されたグループ間で ** (p < 0.01) と *** (p < 0.001) で示されます。データは標準偏差±平均を表し、グループあたり n = 7 サンプルです。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図3:熱侵害受容評価を用いたマウスの行動解析。 マウスの活動中の熱侵害受容応答時間。データは標準偏差±平均を表し、グループあたり n = 7 サンプルです。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図4:マウスの右足のマイクロCT解析。 (A)足首-距骨下関節群における脱臼のないマウス距骨の3次元再構成(側面図、内側図、前方図)。(B)足首-距骨下関節複合体における脱臼したマウス距骨の3次元再構成(側面図、内側図、前方図)。(C)マウスの足関節の骨体積分率(BV/TV)の定量分析。(D)マウス距骨下関節の骨体積分率(BV / TV)の定量分析。黒い矢印は、骨棘の形成または距骨脱臼を示します。統計的に有意な差は***で示され 、ここでp <0.001です。この図はLiu et al.10から修正したものである。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図5:足首関節のH&EおよびSafranin O-fastグリーン染色と分析 。 (A)マウスの足首-距骨下関節のH&E染色。(B)マウスの足首-距骨下関節のSafranin O-fast染色。(C)マウスの足首関節のMankinスコアを修正しました。(D)マウス距骨下関節の修正マンキンスコア。(E)マウスの足首関節の変形性関節症研究協会(OARSI)スコア。(F)マウス距骨下関節のOARSIスコア。記号:a =足首関節;s = 距骨下関節。統計的に有意な差は***で示され 、ここでp <0.001です。スケールバー = 100 μm、n = グループあたり 7 サンプル。この図はLiu et al.10から修正したものである。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図6:足関節の免疫組織化学染色と分析 。 (A)マウスの足首および距骨下関節のII型コラーゲン免疫組織化学的染色。(B)マウスの足首関節のコラーゲンII(+)面積比のパーセンテージ。(C)マウス距骨下関節のコラーゲンII(+)面積比のパーセンテージ。記号:a =足首関節;s = 距骨下関節。統計的に有意な差は***で示され 、ここで、 p<0.001です。スケールバー = 100 μm、n = グループあたり 7 サンプル。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
どの著者も相反する利害関係を持っていません。
足首距骨下複合関節(ASCJ)は足のコアであり、日常生活におけるバランス制御に重要な役割を果たします。スポーツ傷害は、しばしばこの関節の不安定性につながります。ここでは、靭帯離断によるASCJの不安定性のマウスモデルについて述べる。
この研究は、江蘇省政府の奨学金プログラムと江蘇省高等教育機関の優先学術プログラム開発(PAPD)の支援を受けました。
| 5-0外科用ナイロン縫合 | 糸寧波メディカルニードル株式会社 | 191104 | |
| 酸性エタノール分化溶液(1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20778 | |
| 接着剤スライド江 | 蘇泰会社 | ||
| アンモニア溶液(1%) | 上海Yuanyeバイオテクノロジー株式会社 | R20788 | |
| 無水エタノール | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| 酢酸水溶液(1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20773 | |
| ブラックキューブカセット | Shanghai Yizhe Instrument Co., Ltd. | ||
| 遠心分離機の管15ml | 北京Soleiboの技術Co.、株式会社 | YA0476 | |
| 遠心分離管50ml | 北京Soleibo技術有限公司 | YA0472 | |
| カバーガラス | 江蘇省泰公司 | ||
| CTAnソフト | ブルーサイエンティフィック | マイクロCT解析ソフト | |
| データビューソフト | AEMC機器 | 商用データ解析ソフト | |
| エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA-2Na) | 北京杉竺博技術有限公司 | E8490 | |
| 電気インキュベーター | 蘇州Huamei機器工場 | ||
| フィン | ライカ、ドイツ | 39001006 | |
| エオシン染色液(アルコール可溶性、1%) | 上海元傑バイオテクノロジー株式会社を埋め込む。 | R30117 | |
| 高速グリーン染色ソリューション | Sigma-Aldrich、米国 | F7275 | |
| 歩行紙 | 保定華栄製紙工場 | ||
| GraphPad プリズム 8.0 | GraphPad ソフトウェア | オンライン統計分析ツール | |
| Iodophor 綿球 | 青島 Hainuo Bioengineering Co., Ltd. | ||
| ライカ818ブレード | ライカ、ドイツ | ||
| Micro-CT | Skyscan、ベルギー | SkyScan 1176 | |
| マイクロマニピュレーション顕微鏡 | Suzhou Omet Optoelectronics Co., Ltd. | ||
| 模倣ソフトウェア | Materialise | 3D医用画像処理ソフトウェア | |
| 変性ハリスヘマトキシリン染色 | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20566 | |
| マウス抗マウスII型コラーゲン | American Abcam Company | ||
| NaOH | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| N-ブタノール | 上海シノファームグループ化学試薬有限公司 | ||
| 中性ホルマリン固定剤(10%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | ||
| 中性樹脂 | Sigma-Aldrich, USA | ||
| Nrecon reconコンストレーションソフトウェア | マイクロフォトニクス株式会社 | ||
| オークスバリカン | オークスグループ株式会社 | ||
| パラフィン包埋装置 | ライカ、ドイツ | ||
| PHメーター | Shanghai Leitz Company | ||
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | American Biosharp | ||
| 生理食塩水 (哺乳動物用、無菌) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R22172 | |
| サフラニン O-染色液 | Sigma-Aldrich, USA | HT90432 | |
| 生理食塩水 (0.9%) | Shanghai Baxter Medical Drug Co., Ltd. | 309107 | |
| シェー | カーHaimen 麒麟鐵楽器製造有限公司 | 2008779 | |
| SPSS 23 | IBM | オンライン統計分析ツール | |
| タブレットマシン | ライカ、ドイツ | ||
| 組織スライサー | ライカ、ドイツ | ||
| Ugo Basile | Ugo Basile生物学研究会社 | ||
| 直立蛍光顕微鏡 | ツァイスアクシオバート、ドイツ | ||
| U字型プラスチックチャネル | 上海Yizhe楽器有限公司 | ||
| 獣医用眼軟膏 | ファイザー | ||
| キシレン | 上海シノファームグループ化学試薬有限公司 | ||
| YLS-10B ホイール疲労試験機 | 済南一燕技術開発有限公司 |