Methodenartikel

Musculoskeletale onderzoek: huidige methoden en innovatieve benaderingen

DOI:

10.3791/65009

⸱

3 maart 2023

1Center for Orthopaedic Research and Translational Science (CORTS), The Pennsylvania State University College of Medicine, 2Department of Orthopaedics and Rehabilitation, The Pennsylvania State University College of Medicine, 3Department of Biochemistry and Molecular Biology, The Pennsylvania State University College of Medicine, 4Center for RNA Molecular Biology, Pennsylvania State University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

BESPREKTE ARTIKELEN:

Lee J. I., Govindappa, P. K., Wandling, G. D., Elfar, J. C. Traumatisch perifeer zenuwletsel bij muizen. Journal of Visualized Experiments. (181), e63551 (2022).

Dunning, L., McCulloch, K., Lockhart, J. C., Goodyear, C. S., Huesa, C. Destabilisatie van de mediale meniscus en kraakbeenkras muismodel van versnelde artrose. Journal of Visualized Experiments. (185), e64159 (2022).

Jagadeeshaprasad, M. G., Govindappa, P. K., Nelson, A. M., Elfar, J. C. Isolatie, kweek en karakterisering van primaire Schwann-cellen, keratinocyten en fibroblasten uit menselijke voorhuid. Journal of Visualized Experiments. (181), e63776 (2022).

Hain, B. A., Waning, D. L. Elektroporatie van plasmide-DNA in muisskeletspier. Journal of Visualized Experiments. (182), e63916 (2022).

Wee, H., Khajuria, D. K., Kamal, F., Lewis, G. S., Elbarbary, R. A. Beoordeling van botbreukgenezing met behulp van micro-computed tomography. Journal of Visualized Experiments. (190). e64262 (2022).

Redactioneel

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Musculoskeletale aandoeningen treft miljoenen mensen en zijn een belangrijke oorzaak van handicaps wereldwijd1. Desondanks worden musculoskeletale aandoeningen onvoldoende bestudeerd en minder goed begrepen in vergelijking met andere veel voorkomende chronische aandoeningen (bijv. kanker en diabetes). Bovendien wordt verwacht dat de prevalentie van handicaps geassocieerd met musculoskeletale aandoeningen zal toenemen, wat de belangrijkheid onderstreept van onderzoek dat de moleculaire mechanismen en cellulaire paden onderzoekt die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling en progressie van musculoskeletale ziekten. Dienovereenkomstig is er een toenemende behoefte aan methodologieën die een beter begrip van musculoskeletale ziekten op moleculair niveau mogelijk maken en de ontwikkeling van innovatieve therapieën faciliteren.

Perifere zenuwbeschadiging wordt geassocieerd met ~3% van de traumagevallen en is een veelvoorkomende oorzaak van morbiditeit bij orthopedische traumapatiënten2. Echter, een nauwkeurige behandeling die de zenuwfuncties redt en de spieratrofie die geassocieerd is met traumatische perifere zenuwbeschadiging (TPNI) ongedaan maakt, blijft ongrijpbaar3. Daarom zijn studies in muismodellen essentieel voor het evalueren van de werkzaamheid van onderzoek naar TPNI-behandelingen; het veld mist echter voorspelbare diermodellen voor zenuwdoorsnijding die betrouwbare metingen van functioneel herstel of karakterisering van zenuwregeneratie mogelijk maken. In hun in deze methodencollectie opgenomen studie beschrijven Lee et al. een TPNI-model dat zorgt voor een vast letselpatroon en vergemakkelijkt de meting van functioneel herstel4. In het algemeen hangt functioneel herstel na TPNI af van de ernst van het letsel, en een belangrijk voordeel van het door Lee et al. beschreven protocol4 is het gebruik van een gekalibreerd digitaal apparaat dat de drukvariatie in real time bewaakt tijdens de zenuwverpletterende chirurgie. Dit beperkt de variabiliteit in de ernst van het opgewekte letsel en, daarna, het herstel.

Osteoartritis (OA) is de belangrijkste oorzaak van handicaps die de onderste ledematen bij oudere volwassenen treft en vormt daarom een grote maatschappelijke en economische last5. Muismodellen die de fasen van OA-ontwikkeling nabootsen bestaan, inclusief het wijd gebruikte destabilisatie van de mediale meniscus (DMM) model van posttraumatische OA6,7. Het artikel van Dunning et al. introduceert een destabilisatie en kraakbeenkrab (DCS) model van OA, dat een aangepaste versie is van het DMM-model en verdere schade aan het kraakbeen omvat door het introduceren van drie krassen op het kraakbeenoppervlak8. Het DCS-model vertegenwoordigt een versneld model van OA en is geschikt voor studies die zich richten op osteofytvorming, synoviale ontsteking, botremodellering en pijnmetingen tijdens de vroege fasen van OA. Het model geeft ook het letsel weer dat rechtstreeks op het kraakbeen wordt toegebracht tijdens artroscopische operaties en andere klinische interventies.

Verschillende mechanistische studies die onhaalbaar zijn in muizen kunnen worden uitgevoerd in gekweekte cellen, wat de belangrijkheid onderstreept van in vitro experimenten die in vivo studies aanvullen. Primaire cellen zijn een belangrijk onderzoeksinstrument omdat ze de endogene, in vivo omstandigheden getrouwer nabootsen dan stabiele cellijnen. Dienovereenkomstig is het ontwikkelen van protocollen die de isolatie van levensvatbare primaire cellen uit verschillende musculoskeletale weefsels vergemakkelijken, essentieel om het onderzoek op dit gebied te bevorderen. Het artikel van Jagadeeshaprasad et al. beschrijft een methodologie voor de enzymatische en mechanische vertering van menselijke pasgeboren voorhuid om gelijktijdig drie soorten primaire cellen te isoleren: keratinocyten, fibroblasten en Schwann-cellen (SCs)9. De isolatie van SCs uit de huid vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang die dit protocol introduceert naar de goed gevestigde protocollen voor het isoleren van keratinocyten en fibroblasten. Het protocol vergemakkelijkt de co-cultuur van de drie celtypen, wat essentieel is voor studies die onderzoeken naar de mogelijke rollen van SCs bij het moduleren van de homeostase en functies van keratinocyten en fibroblasten.

Overexpressie en knockdown zijn veelgebruikte benaderingen om genfuncties te bestuderen. Hoewel deze experimenten gemakkelijk en routinematig worden uitgevoerd in celculturen in vitro, is het uitdagender om genexpressie in vivo te manipuleren vanwege de uitdagingen bij het bereiken van de efficiënte levering van plasmide-DNA of kleine interfererende RNA aan de doelcellen/weefsel. Hain en Waning beschrijven een eenvoudig protocol om DNA-plasmide te elektroporeren in muisskeletspier om de gecodeerde eiwit in de myofibers te overexpresseren10. Een groot nadeel van de bestaande protocollen voor het injecteren of elektroporeren van DNA-plasmiden in skeletspieren is de negatieve impact van deze procedures op de spiercontractiliteit. Het protocol geïntroduceerd door Hain en Waning10 gaat deze beperking aan, aangezien het de skeletspiercontractiliteit niet aantast, wat de beoordeling van spiercontractiliteit als functioneel resultaat van variërende eiwitexpressie mogelijk maakt.

Micro-computertomografie (µCT) is een beeldvormingsmodaliteit die vaak wordt gebruikt om de driedimensionale (3D) structuur van bot te beoordelen11. µCT is de gouden standaard voor menselijke botbeeldvorming in de kliniek en wordt zeer veel gebruikt bij het evalueren van botstructuur en botregeneratie in preklinische studies12. µCT omvat een groot aantal röntgenbeelden verkregen van gemineraliseerd bot, dat inherent een uitstekende contrasteerbaarheid heeft voor röntgenstraling. Bij gebruik om botvorming te beoordelen tijdens het beenbreukgenezingsproces, geeft µCT gedetailleerde informati

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health (NIH), subsidie R01 DK121327.

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Liu, S., et al. Global burden of musculoskeletal disorders and attributable factors in 204 countries and territories: A secondary analysis of the Global Burden of Disease 2019 study. BMJ Open. 12 (6), 062183(2022).
  2. Robinson, L. R. Traumatic injury to peripheral nerves. Muscle Nerve. 23 (6), 863-873 (2000).
  3. Faroni, A., Mobasseri, S. A., Kingham, P. J., Reid, A. J. Peripheral nerve regeneration: Experimental strategies and future perspectives. Advanced Drug Delivery Reviews. 82-83, 160-167 (2015).
  4. Lee, J. I., Govindappa, P. K., Wandling, G. D., Elfar, J. C. Traumatic peripheral nerve injury in mice. Journal of Visualized Experiments. (181), e63551(2022).
  5. Katz, J. N., Arant, K. R., Loeser, R. F. Diagnosis and treatment of hip and knee osteoarthritis: A review. Journal of the American Medical Association. 325 (6), 568-578 (2021).
  6. Pinamont, W. J., et al. Standardized histomorphometric evaluation of osteoarthritis in a surgical mouse model. Journal of Visualized Experiments. (159), e60991(2020).
  7. Carlson, E. L., et al. Paroxetine-mediated GRK2 inhibition is a disease-modifying treatment for osteoarthritis. Sci Transl Med. 13 (580), 8491(2021).
  8. Dunning, L., McCulloch, K., Lockhart, J. C., Goodyear, C. S., Huesa, C. Destabilization of the medial meniscus and cartilage scratch murine model of accelerated osteoarthritis. Journal of Visualized Experiments. (185), e64159(2022).
  9. Jagadeeshaprasad, M. G., Govindappa, P. K., Nelson, A. M., Elfar, J. C. Isolation, culture, and characterization of primary Schwann cells, keratinocytes, and fibroblasts from human foreskin. Journal of Visualized Experiments. (181), e63776(2022).
  10. Hain, B. A., Waning, D. L. Electroporation of plasmid DNA into mouse skeletal muscle. Journal of Visualized Experiments. (182), e63916(2022).
  11. Muller, R., et al. Morphometric analysis of human bone biopsies: a quantitative structural comparison of histological sections and micro-computed. Bone. 23 (1), 59-66 (1998).
  12. Christiansen, B. A. Effect of micro-computed tomography voxel size and segmentation method on trabecular bone microstructure measures in mice. Bone Reports. 5, 136-140 (2016).
  13. Wee, H., Khajuria, D. K., Kamal, F., Lewis, G. S., Elbarbary, R. A. Assessment of bone fracture healing using micro-computed tomography. Journal of Visualized Experiments. (190), e64262(2022).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Peripheral Nerve InjuryOsteoarthritisMedial MeniscusCartilage ModelSchwann CellsKeratinocytesFibroblastsElectroporationPlasmid DNABone Fracture HealingMicro computed Tomography

Gerelateerde artikelen