여기에서는 설치류에서 무릎 골관절염을 유발하는 신뢰할 수 있는 모델로서 전방십자인대(ACL)를 횡단하는 수술 방법과 무릎 활액 채취, 무릎 부종 측정 및 골관절염 중증도 평가를 위한 방법론을 설명합니다.
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방법 논문
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여기에서는 설치류에서 무릎 골관절염을 유발하는 신뢰할 수 있는 모델로서 전방십자인대(ACL)를 횡단하는 수술 방법과 무릎 활액 채취, 무릎 부종 측정 및 골관절염 중증도 평가를 위한 방법론을 설명합니다.
골관절염(OA)은 만성 통증을 특징으로 하는 관절 질환으로 현재 치료법이 없습니다. OA의 하위 집합인 외상 후 골관절염(PTOA)은 관절 손상 후에 발생할 수 있습니다. 무릎은 가장 영향을 받는 관절 중 하나이며, 무릎 부상 중 ACL 부상이 가장 흔합니다. 연골 열화 및 골극 형성과 같은 관절 변화를 동반하는 증상이 있는 OA는 초기 손상 후 몇 년 후에 발생할 수 있지만 조기 관절 변화는 얼마 지나지 않아 발견될 수 있습니다. 염증은 PTOA 발달에 기여하는 요인 중 하나로 간주되며, 손상에 대한 반응으로 생성되는 전염증 매개체는 PTOA 발달을 촉매할 수 있습니다. 동물 모델에서 무릎의 외과적 손상 구조는 OA 유도의 널리 사용되는 방법이며 일반적인 수술 기법은 ACL 절개(ACLT)입니다. 이 연구의 목적은 OA 유도를 위한 ACLT 기술과 관절 염증을 모니터링하고 OA 중증도를 정량화하는 방법을 설명하는 것입니다. 수술 후 염증을 평가하기 위해 무릎 부종을 측정하는 기술과 무릎 활액을 채취하고 분석하는 기술을 설명합니다. OA와 관련된 장기적인 관절 변화를 평가하기 위해 microCT 영상을 통해 OA 중증도를 평가하기 위해 개발한 반정량적 채점 시스템을 제시합니다.
전방십자인대(ACL)는 무릎 관절의 중요한 구조로, 안정성을 제공하고 대퇴골에 비해 경골이 과도하게 전방으로 움직이는 것을 방지합니다1. ACL 부상은 특히 갑작스러운 정지, 점프 또는 방향 변경과 관련된 스포츠에서 가장 흔한 무릎 부상 중 하나입니다2. 이러한 부상은 부분적인 파열에서 완전한 파열에 이르기까지 다양하며최적의 회복을 위해 외과적 개입이 필요한 경우가 많습니다3. 그러나 외과적 치료 후에도 ACL 손상은 연골 마모, 골극 형성, 연골하 뼈의 구조적 변화 등 장기적인 관절 변화로 이어지는 경우가 많습니다. 이러한 변화는 일반적으로 외상 후 골관절염(PTOA)이라고 하는 관절 퇴행에 총체적으로 기여합니다4,5.
초기 ACL 손상에서 증상이 있는 PTOA로의 진행은 부상 후 빠르면 2년에서 길게는 20년까지 지속될 수 있지만, 초기 관절 변화는 단 몇 주 이내에 감지될 수 있습니다 6,7,8,9. 이러한 초기 변화의 주요 특징 중 하나는 염증성 사이토카인(예: 인터루킨(IL)-1, IL-6, 종양 괴사 인자(TNF)) 및 세포외 기질 파괴 마커(예: 메탈로프로테이나제(MMP) 및 CTX-II)의 존재 증가입니다. 이러한 염증 및 분해 마커에 대한 활액 평가는 관절 병리의 급성 및 만성 단계에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, IL-1 및 IL-6 수치는 손상 후 첫 달 이내에 손상된 관절의 활액에서 최고조에 달합니다. 이러한 수준은 시간이 지남에 따라 감소하지만 치료 후 몇 년 후에도 정상적인 기준선 수준으로 거의 돌아오지 않습니다 10,11,12. 이러한 초기 전염증 반응은 활막 염증, 연골 열화 및 생체역학적 변화를 포함한 일련의 관절 손상을 유발하여 조직 파괴를 영속시키고 관절 퇴행을 가속화합니다13. 또한 ACL 손상 후 급성 염증은 종종 관절 내 부종 및 체액 축적으로 예시되는 관절 삼출액 및 무릎 부종을 초래합니다14.
ACL 손상을 복제하고 PTOA의 진행을 조사하기 위해 마우스에서 외과적으로 유도된 ACL 절개(ACLT) 모델이 널리 사용됩니다15,16. 이 모델에는 부상을 시뮬레이션하기 위해 ACL을 절단하고 그에 따른 생물학적 및 기계적 결과를 평가하는 작업이 포함됩니다. ACLT 모델은 부상 후 염증 반응, 연골 분해 및 생체역학적 변화를 연구하는 데 유용한 도구로, PTOA를 구동하는 분자 및 세포 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 또한, 관절 퇴행을 완화하고 기능을 보존하기 위한 치료 전략을 평가할 수 있습니다. 인간의 경우 활액 분석을 통해 활액을 얻는 것이 비교적 간단하기 때문에 시간이 지남에 따라 염증 및 연골 분해를 모니터링하는 데 널리 사용됩니다17,18. 그러나 생쥐의 경우 손상 모델 후 활액을 수집하는 것이 어렵습니다. 이 원고에서 우리는 염증 및 분해 마커를 평가하기 위해 ACLT에 대한 수술 기술과 활액 수집을 위한 무릎 세척 방법에 대해 설명합니다. 또한 관절 손상 후 부종을 정량화하기 위해 무릎 크기를 측정하는 방법을 제시합니다. 또한 ACLT 후 PTOA의 중증도를 평가하기 위한 microCT 평가 방법을 설명합니다. 이러한 접근법은 전임상 환경에서 ACL 손상의 급성 및 만성 영향을 평가하기 위한 보완 도구를 제공합니다.
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모든 동물 연구는 실험 동물의 관리 및 사용에 대한 지침에 따라 수행되었으며 Brigham and Women's Hospital의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다.
1. 동물 준비
참고: ACLT가 남녀 모두에서 PTOA를 안정적으로 유도하더라도 중증도와 진행이 다를 수 있으므로 마우스 성별의 선택은 연구 목적과 일치해야 합니다.
2. 수술 전 관리
참고: 생쥐가 다른 시설에서 이송되는 경우 수술을 수행하기 전에 새로운 환경에 적응할 수 있도록 최소 1주일 동안 허용하십시오.
3. 전방십자인대 절개
4. 수술 후 관리
5. 무릎 크기(부종) 평가
6. 활액 채취(무릎 관절 세척)
7. MicroCT 분석(원위 대퇴골의 PTOA 중증도)
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ACLT 시술은 설치류 무릎에 골관절염을 유발하는 효과적이고 재현 가능한 수술 방법입니다. 무균 상태에서 ACLT 시술을 시행한 후, 생쥐는 절개 부위에 고통이나 감염의 징후를 보이지 않았으며 수술 사지에 파행의 징후 없이 자유롭게 움직였습니다.
ACLT 후 무릎 부종을 모니터링하기 위해 무릎 크기를 측정했습니다(그림 7A). 마우스 크기의 변화를 제어하기 위해 손상된 무릎의 너비를 반대쪽 무릎의 너비로 정규화했습니다. ACLT 후 무릎 크기는 기준선으로 향해 점차 감소하기 전에 크게 증가했습니다. 무릎의 활막액은 손상 후 염증 반응을 모니터링하기 위해 ACLT 후 다양한 시점에서 무릎 세척을 통해 채취되었습니다(그림 7B-F). 활액의 세포를 수동으로 계산하여 결정된 무릎 활막에서 백혈구 모집이 증가했으며 이는 ...
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이 기술 설명은 ACL을 절개하여 마우스에서 ACL 손상을 유도하는 상세한 수술 방법을 제공하여 PTOA 연구를 위한 통제된 모델을 제공합니다. ACLT 수술 모델은 PTOA 유도를 위해 널리 사용되는 전임상 접근법이며 변경된 관절 생체 역학, 활막 염증 및 연골 분해를 포함하여 인간 ACL 손상에서 관찰되는 주요 병리학적 특징을 효과적으로 복제합니다(그림 7 및 그림 8)15,16,17,18,19. 또한, ACLT 후 염증 반응은 세포외 기질 ...
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