本プロトコルは、関節内コラーゲン酵素注射と運動誘発性過負荷を組み合わせて、過負荷による膝の変形性関節症のマウスモデルを確立し、変性病因を調査するための低侵襲プラットフォームを提供します。
方法論記事
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本プロトコルは、関節内コラーゲン酵素注射と運動誘発性過負荷を組み合わせて、過負荷による膝の変形性関節症のマウスモデルを確立し、変性病因を調査するための低侵襲プラットフォームを提供します。
膝関節症(KOA)は、生物組織の劣化と持続的な機械的過負荷の複雑な相互作用によって引き起こされる多因子性変性関節疾患です。従来の外科動物モデルでは、しばしば外傷後関節破壊を引き起こしますが、これはヒトの変性性KOAの徐々かつ累積的な病因を正確に再現できません。この翻訳ギャップを埋めるため、本研究は、軽度の酵素軟骨分解と持続的な機械的負荷を相乗効果でシノジー化し、過負荷ストレス誘発KOAをシミュレートする新規かつ再現可能なマウスモデルを確立します。具体的には、標準化された関節内注射のタイプIIコラーゲンナーゼを、厳格に調整された回転筋型疲労装置による毎日の機械的過剰負荷と4週間にわたり組み合わせました。この二重要因介入の有効性は、包括的な行動分析、組織学的分析、分子分析を用いて検証されました。自動歩行分析により、複合群に重度の運動障害が認められました。これらは歩幅、歩幅、そして立ち込みの最大足面積が大幅に減少したことが特徴です。サフラニンOファストグリーン染色を用いた組織形態学的評価により、これらの機能的欠陥が確認され、軟骨構造損傷の進行性、表面欠陥、そして早期から中期のヒトKOAの病理的特徴を忠実に反映したOARSI(OARSI)のスコアが有意に上昇していることが示されました。さらに、免疫組織化学的評価では、関節軟骨細胞における機械感受性チャネル一過性受容体電位バニロイド4(TRPV4)の著しいアップレギュレーションと、重要なマトリックスタンパク質であるコラーゲンII型アルファ1(COL2A1)の同時減少が示されました。局所的な関節の不安定性と制御された機械的ストレスを統合することで、この低侵襲戦略は外科モデルに伴う急性外傷を回避します。このプロトコルは、動的分子メカニズムの追跡、慢性疼痛表現型の評価、初期変形性関節症の長期治療的介入の検証のための臨床的に関連性の高い実験プラットフォームを確立します。
変形性関節症(OA)は、肥満、機械的負担、外傷などの要因に起因する痛み、腫れ、こわばり、機能障害を特徴とする多因子性の変性疾患です。膝関節症(KOA)は非常に一般的で加齢に伴い増加していますが、臨床症状の多様さから臨床試験の範囲が限られていることが多いです。したがって、効果的な治療法の開発には適切な動物モデルが必要です。OAの本質的な異質性を考えると、普遍的に受け入れられた「ゴールドスタンダード」モデルは存在せず、研究者は自分の科学的探求に合致する特定のモデルを特定する必要があります。
KOAは現代医学において、関節軟骨および軟骨周囲組織に機械的および生物学的要因が相互作用する状態として特徴づけられています。この複雑な相互作用の結果として、主に関節軟骨とその周囲のマトリックス3の進行性劣化が起きています。機械的ストレスは、関節細胞や組織内のさまざまな生理学的・病理学的プロセスを支配する重要な伝達シグナルとして機能します。関節軟骨を健康な状態に保つには、生理的範囲内で適切な機械的負荷が必要でした。逆に、過剰な負荷は軟骨の変性を引き起こし、その後KOA5の発症を引き起こすことが多いです。自発モデルは多大な時間と経済的投資によって妨げられます6 一方、外科的誘発モデルは主に中後期KOAを代表する破壊的アプローチを用い、自然な進行から逸脱します 7,8。逆に、化学的に誘導されたモデルはコラーゲンマトリックスを標的としますが、機械的ストレスなしで使用した場合、ヒト変性骨形作り病の包括的な変化を捉えることができません9。酵素的分解と機械的過負荷を組み合わせることで、過負荷ストレス損傷の徐々な病因をより忠実に再現することで、これらのギャップを埋めることができます。本研究の目的は、関節内タイプIIコラゲナーゼ注射と回転式ホイール疲労装置を用いた過負荷を組み合わせることで、KOAの新しいマウスモデルを確立・検証することです。
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すべての動物実験は、上海中医薬大学動物ケア・利用委員会が承認したプロトコルに従って実施されました。実験は、上海中医大学倫理実験動物センターが付与したプロジェクトライセンス(番号:PZSHUTCM201016022)のもとで行われ、米国国家研究評議会(米国)の実験動物ケア・利用ガイド更新委員会に準拠しています。
1. 動物モデル生産プロトコル
2. タイプIIコラーゲン酵素関節内注射プロトコル
3. 回転車輪誘発過負荷プロトコル
4. 歩行分析
5. 組織学
6. 統計分析
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歩行分析
歩行サイクルパラメータ:スイング/スタンス比は、体重を支えないスイングフェーズと単一歩の体重をかけるスタンスフェーズの比率として定義され、体重負荷と推進のバランスを反映するために評価されました。対照群(2.10 ± 0.06)と比較して、関節内注射を受けたマウス(1.45 ± 0.05)または過度な運動を受けたマウス(1.68 ± 0.05)は、スイング/スタンス比が有意に低かった。この減少はコラーゲン酵素+過剰運動群で最も顕著で(0.93 ± 0.05)、コラーゲン酵素群または過剰運動群単独(p < 0.05)と比較して最も顕著であることに注目に値します( 図2参照)。
距離パラメータ:距離パラメータには、歩幅長(1歩で前進する直線的な前進距離)と歩幅(ピーク時の反対側後足の内側の横断間距離)が含まれていました。対照群(歩幅:2.01 ± 0.23 cm;歩幅:1.97 ± 0.26 c...
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本研究では、関節への過度なストレスの影響を模倣する新しいマウスモデルを開発しました。関節内注射コラーゲン酵素と車輪による疲労誘導トレーニングを組み合わせて。これらの発見は、KOAが生物学的要因と機械的要因の相互作用から生じるという考えを改めて裏付けています。これらの要因を理解し特定することで、個別化された治療計画や予防戦略を立て、膝変形性関節症に苦しむ人々の症状緩和と生活の質を向上させることが期待されます。さらに、コラーゲン酵素は腱や靭帯内のコラーゲンマトリックスを劣化させ、関節の不安定性を引き起こす可能性があります14。過度の運動は機械的過負荷を引き起こし、最終的にKOA15を引き起こす可能性があります。従来のKOAモデルと比べて、このモデルは病原性の観点から人間機械的に誘導されたKOAにより近い特徴を示しました。さらに、関節内コラーゲン注射と10週齢の幼獣における過度な運動を組み合わせることで、数週間以内に高齢マウスの自然発...
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著者には利益相反を主張するものはありません。
著者たちは参加者の皆様、そして研究に参加したすべての動物に感謝の意を表します。この作業は、上海岳陽病院瑞安支部主要学科建設インセンティブ基金-トゥイナ科のインセンティブ資金申請[QY71.42.06]およびトゥイナ国家伝統中医学管理局高水準重点学科-科学[zyyzdxk -2023061]によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 4%パラホルムアルデヒド固定液 | ビヨタイム | P0099 | |
| 酢酸 | シノファーム | 631-61-8 | |
| マウス用DigiGaitイメージングシステム | RWDライフサイエンス | ミシ・ディグ・ミス | |
| EDTA解 | プロセル | PB180320 | |
| 埋め込みカセット | ライカ | IP C | |
| エタノール | シノファーム | 64-17-5 | |
| 速い緑色ステイン | レイアン | 1085995 | |
| 脱毛クリーム | ヴェート | G20161330 | |
| ヘマトキシリン | アダマス | 61753A | |
| 高速冷蔵遠心分離機 | ヘルムレ | Z366K | |
| インキュベーター | タイテック | M-210FN | |
| 吸入麻酔装置 | レンジャー | RZ-バイキング | |
| イソフルラン | Webio | W100 | |
| ミクロトーム | テッド・ペラ | 10180-220 | |
| マウス回転型疲労装置 | 北京知樹多宝生物技術 | YLS-10B | |
| 中性バルサム | シノファーム | 96949-21-2 | |
| サフラニン・オー・ステイン | バイオス | S0062 | |
| 半自動組織埋め込みセンター | サーモ・フィッシャー | ヒストスター | |
| スライド乾燥ホットプレート | 電子顕微鏡科学 | XH-2002 | |
| 組織浮遊水浴 | バイオベース | BT-I | |
| タイプIIコラーゲン酵素 | シグマ・オルドリッチ | C4-22-1G | |
| スライド全体スキャナー | ライカ | アペリオ・ヴェルサ | |
| キシレン | シノファーム | 1330-20-7 |
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