관절 내 주입 후 노화된 Dunkin-Hartley 기니피그의 무릎에 대한 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 분석

골관절염(OA)은 3,250만 명의 미국 성인에게 영향을 미치는 퇴행성 관절 질환입니다. 골관절염 증상은 병이 심해진 후에만 나타나는 경우가 많습니다. 질병을 조절하는 약물이 없는 것은 질병을 시작하고 유발하는 메커니즘에 대한 이해가 부족하기 때문입니다.

그 결과, 골관절염 치료를 위한 개선된 약제에 대한 중요하고 지속적인 의학적 필요성이 있습니다. Dunkin-Hartley 기니피그는 자연적으로 이 질병을 발병하기 때문에 확립된 OA 동물 모델로, 관절 내 주사로 투여되는 새로운 치료법이 질병 진행에 미치는 영향을 조사하기 위한 강력한 모델을 제공합니다. 광물화된 뼈는 마이크로 CT에서 우수한 대비를 갖기 때문에 이 양식을 사용하여 3D 특징을 평가하고 OA와 관련된 변화에 대한 정량 분석을 수행할 수 있습니다. 특히 관련성이 높은 두 가지 정량적 측정에는 뼈 미네랄 밀도와 섬유주 두께가 포함되며, 둘 다 질병이 진행됨에 따라 증가합니다. 기니피그에서 관절 내 주사에 대한 설명된 방법론과 마이크로 CT 데이터의 후속 분석은 연구 변동성을 줄이고 데이터 분석의 효율성을 높이는 데 도움이 될 것입니다.

전기 면도기로 무릎을 면도하십시오. 동물을 마취하고 발가락 꼬집기 반응이 없어 적절한 마취 깊이를 확인합니다. 건조와 부상을 방지하기 위해 양쪽 눈에 멸균 안구 윤활제를 놓습니다.

원을 그리며 주사 부위를 세 번 청소하고 희석된 스크럽과 알코올 용액을 번갈아 사용하여 소독합니다. 멸균 장갑을 사용해야 합니다. 이 비디오에는 오토클레이브 니트로 장갑 사용이 포함되어 있습니다.

시술 전반에 걸쳐 무균 기술을 활용해야 합니다. 무릎을 90도로 구부리고 손가락을 슬개골 원위부로 이동하여 뒷다리를 구부리고 펴서 관절 공간의 원위부 측면의 홈을 찾습니다. 경골은 슬개골 원위부에 있는 뼈 구조로 느낄 수 있습니다.

경골과 슬개골의 위치가 결정되면 관절이 그 사이에 있습니다. 인슐린 바늘을 관절 공간 내 슬개골 원위부의 정중선에 조심스럽게 삽입합니다. 바늘은 피부에서 1-2mm 아래에 삽입해야 합니다.

볼륨을 천천히 주입합니다. 약물이 적절하게 분배되도록 관절을 몇 번 구부리고 펴서 무릎을 마사지합니다. 포르말린이 함유된 샘플을 호환 가능한 용기에 넣습니다.

제조업체 권장 사항에 따라 암시야 및 라이트 필드 노출에 대해 micro-CT 기계를 보정합니다. 18미크론에서 알루미늄 구리 필터로 샘플을 스캔합니다. 오프셋 카메라로 360도에 대해 0.7도 회전 단계를 사용합니다.

micro-CT 영상에서 하나의 슬라이스를 선택합니다. 정렬 불량 보정을 확인하십시오. 설정에서 스무딩, 빔 강화, CS 회전 및 링 아티팩트를 적용합니다.

시작을 선택하여 재구성을 시작합니다. VOI를 선택하고 나중에 더 쉽게 분석할 수 있도록 시료의 방향을 수직으로 정렬합니다. 편집한 VOI를 새 폴더로 저장합니다.

subchondral plate부터 시작하여 분석할 이미지 범위를 선택합니다. 섬유주골의 연골하판(subchondral plate) 분석은 서로 다른 뼈 특징을 가지고 있기 때문에 분리하는 것이 권장됩니다. 각 이미지의 관심 영역을 선택하여 골격을 둘러싸고 있는지 확인합니다.

이진 선택을 선택합니다. 뼈의 배경이 완전히 분리되도록 히스토그램을 조정합니다. bone mineral density 탭을 선택합니다.

해당 데이터를 새 해석 데이터 폴더에 저장합니다. 사용자 지정 처리를 선택합니다. 먼저 임계값을 수행하고 자동을 선택한 다음 실행합니다.

그런 다음 반점 제거를 선택하고 검은 반점 제거를 선택합니다. 얼룩 제거를 반복하고 흰색 반점 제거를 선택합니다. 3D 해석을 선택하고 기본 값과 추가 값을 선택합니다.

A는 관절 공간 내에 메틸렌 블루 염료가 존재하는 절개된 무릎을 보여주며 올바른 주입을 보여줍니다. B는 피하 공간에 기미를 형성하는 얕은 주사입니다. C는 관절 공간 내에 메틸렌 블루 염료가 부족하여 잘못된 주입을 보여줍니다.

A에 표시된 연골하판과 B에 표시된 섬유주골에 대한 분석을 분리하는 것이 도움이 될 수 있는데, 이는 때때로 서로 다른 뼈 분석을 위한 다른 매개변수를 가지고 있기 때문입니다. 골밀도의 경우, 12개월 된 기니피그의 평균이 5개월 된 기니피그에 비해 증가한다는 것을 알 수 있으며, 이는 연골하판(subchondral plate)과 섬유주골(trabecular bone)에서도 마찬가지이며, 이는 시간이 지남에 따라 골밀도가 증가한다는 것을 보여줍니다. 또한 섬유주 두께의 경우 12개월 된 기니피그와 9개월 된 기니피그 및 5개월 된 기니피그 사이의 두께가 밀리미터 단위로 증가하는 것을 볼 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 섬유주 두께가 증가하고 있음을 보여줍니다.

그림 A에서 볼 수 있듯이 기니피그가 나이가 들면서 변형된 맨킨 점수가 증가합니다.그림 B에서 D까지는 톨루이딘 블루 염색을 보여줍니다. B는 5개월 된 기니피그, C는 9개월 된 기니피그, D는 12개월 된 기니피그입니다. 그림 C의 검은색 별표는 프로테오글리칸 손실을 나타내고, 그림 D의 검은색 별표는 균열을 나타내고, 그림 D의 흰색 별표는 세포하세포성을 나타냅니다.

현재 중증 골관절염에 대한 유일한 치료법은 치환술인데, 이는 비용이 많이 들고 침습적이며 환자의 이환율과 사망률을 초래할 수 있습니다. 그 결과, 골관절염 동물 모델에 대한 지속적인 연구와 새로운 치료법에 대한 지속적인 개발이 절실히 필요합니다. 관절 내 주사는 기니피그 골관절염 연구에 필수적이지만, 이 절차는 아직 체계적으로 자세히 설명되지 않았습니다.

적절한 주입 절차는 동물 복지를 보장하고 전체 동물 수를 줄이는 데 가장 중요하며, 특히 수개월에 걸쳐 여러 번 주사해야 하는 연구의 경우 더욱 그렇습니다. 골관절염 관련 변화를 체계적으로 평가하기 위해 마이크로 CT 분석을 설명합니다. Micro-CT는 하나 또는 몇 개의 조직 절편이 아닌 전체 샘플의 스캔에 대한 조직학적 검토보다 OA 변화에 대한 보다 심층적인 평가를 제공합니다.

Dunkin-Hartley 기니피그는 골관절염 진행과 새로운 치료법의 효과를 연구하기 위한 강력한 모델을 제공하지만, 이 모델에는 한계가 있습니다. 자발적 모델은 일반적으로 외과적 또는 화학적으로 유발된 골관절염 후 급격한 변화 전개에 비해 더 긴 연구 기간이 필요합니다. 또한, 연구자들은 각 동물의 한쪽 팔다리에 치료를 적용하여 반대쪽 사지가 내부 통제 역할을 할 수 있도록 함으로써 동물 간 변동성의 영향을 줄일 수 있습니다.