Een mini-invasieve interne fixatie techniek voor het bestuderen van immobilisatie-geïnduceerde knie Flexion contractuur bij ratten
20 mei 2019
Hier presenteren we een protocol om een minimaal invasieve techniek voor knie gewrichts immobilisatie in een rat-model te beschrijven. Dit reproduceerbare protocol, dat zich baseert op de scheidings modus van de spier kloof en de mini-incisie vaardigheid, is geschikt voor het bestuderen van het onderliggende moleculaire mechanisme van verworven gewrichts contractuur.
Deze eenvoudige en effectieve spier-gap scheiding model techniek combineren de manieren van mini-invasie methode is de beste interne fixatie in onze rat knie gewricht contractie model. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het proces reproduceerbaar is en het minimaal invasieve alternatief voor het induceren van contractuur van het kniegewricht bij dieren. Het aantonen van de procedure zal Shihai Jiang en Fei Zhang, afgestudeerde student van mijn laboratorium.
Na bevestiging van een gebrek aan reactie op teen-pinch, scheren het onderlichaam van de verdoofde rat, met inbegrip van de twee achterste ledematen. Desinfecteer de blootgestelde huid twee keer met tinctuur povidone jodium en drie keer 75%ethanol. Breng zalf aan op de ogen van het dier en plaats de rat lateraal onder een chirurgische gordijn met een achterste ledemaat en heup blootgesteld.
Desinfecteer het chirurgische gebied met extra povidone jodium. Aan het distale uiteinde van het dijbeen grotere trochanter, trek een lijn langs het lichaamsoppervlak projectie van de spierkloof tussen de vastus lateralis en biceps femoris om de richting van de huid incisie te markeren. Maak vervolgens een incisie van 1,5 centimeter in de opperhuid langs de lijn.
Gebruik weefsel tangen om botweg ontleden de spierkloof tussen de vastus lateralis en biceps femoris tot ongeveer een centimeter van de dijbeen schacht wordt blootgesteld. Gebruik een oprolmechanisme om een continue scheiding van de spierspleet te vergemakkelijken. Maak een incisie van een centimeter in de opperhuid langs het lichaamsoppervlak projectie van de spierkloof tussen de tibialis voorste en fibularis longus op de distale onderste extremiteit.
Ontleden botweg de spierkloof tot ongeveer een centimeter van het scheenbeen wordt blootgesteld. Gebruik het oprolmechanisme en gladde tangen om de zachte weefsels te scheiden. Houd een boor loodrecht op het bot, boor een gat met een diameter van een millimeter in de dijbeenschacht op 1,500 rotaties per minuut ongeveer acht millimeter onder de onderste rand van de grotere trochanter.
Druk snel op de wond om het bloeden te stoppen en boor een gat met een diameter van 0,9 millimeter in het scheenbeen van ongeveer vier millimeter onder de rand van de tibiofibulairefusie. Gebruik een rechte mug-type hemostatische klem om een submusculaire cursus te vormen van het scheenbeen gat naar het dijbeen gat, het passeren onder de gastrocnemius in het scheenbeen einde en boven de gluteus medius onder de biceps femoris in het dijbeen einde. Gebruik vervolgens een m1.4 bij acht millimeter stalen schroef om het ene uiteinde van een plastic plaat in het proximale dijbeen te beveiligen.
Gebruik een m1.2 bij zes millimeter stalen schroef om een ander uiteinde van de plastic plaat in het distale scheenbeen te beveiligen. Wanneer de plaat is beveiligd, gebruik maken van 4-0 opneembare hechtingen om de myofascia, diepe fascia, en onderhuids weefsel te sluiten. Sluit de huid met zijden hechtingen.
Röntgenbeeldvorming onthult een correcte plaatsing van de stalen schroeven in het dijbeen of het scheenbeen. Driedimensionale reconstructieanalyse na het scannen van microgecomputeerde tomografie met hoge resolutie toont de laterale plaatsing van de schroeven ongeveer acht millimeter onder de onderste rand van de grotere trochanter bij het proximale dijbeen en ongeveer vier millimeter onder de rand van de tibiofibular-fusie bij het distale scheenbeen. De arthrogene tekorten in de waaier van motieverhoging tijdens immobilisatie op een tijd-afhankelijke manier.
Zoals blijkt uit de hogere gemiddelde arthrogene tekorten gemeten voor het geïmmobiliseerde kniegewricht in vergelijking met het controlekniegewricht op 56 dagen na immobilisatie. Op dag één van de immobilisatie wordt geen hechting waargenomen door elastische vlekken van de achterste superieure kniegewrichtscapsule in de gezamenlijke ruimte tussen de achterste-superieure gewrichtscapsule in het dijbeen in het geïmmobiliseerde of het contralaterale zijkniegewricht. Door 28 dagen van immobilisatie echter, fibroadipose weefselafzettingen en hechting ontwikkelen zich in de gezamenlijke ruimte van de geïmmobiliseerde knie.
Na 56 dagen van immobilisatie worden de vezelige weefsels gedeeltelijk vervangen door de afzetting, terwijl dit type hechting niet wordt waargenomen in het contralaterale kniegewricht. Deze methode is gewijzigd van die gebruikt door professor Trudel en collega's van de Universiteit van Ottawa. Het is de sleutel tot het identificeren en scheiden van de spierhiaten tijdens de operatie.
Na verschillende immobilisatietechnieken kunnen andere experimentele processen, zoals de cultuur van de kniegewrichtscapsule, worden uitgevoerd om de onderliggende moleculaire mechanismen te bestuderen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een minimaal invasieve techniek voor immobilisatie van het kniegewricht in een rattenmodel. Het protocol is ontworpen om reproduceerbaar te zijn en is geschikt voor het bestuderen van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan verworven gewrichtscontractuur.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Biologie
- Diermodellen
Achtergrond
- Gewrichtscontractuur is een veelvoorkomend probleem in verschillende aandoeningen.
- Minimaal invasieve technieken kunnen de hersteltijd en complicaties verminderen.
- Het begrijpen van de mechanismen van contractuur kan helpen bij het ontwikkelen van behandelingen.
- Dit protocol maakt gebruik van een spier-gap-scheidingsmodel.
Doel van het onderzoek
- Een reproduceerbare methode voor immobilisatie van het kniegewricht vaststellen.
- Het onderzoek naar moleculaire mechanismen in gewrichtscontractuur vergemakkelijken.
- Een minimaal invasieve alternatief voor dierstudies bieden.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van het rattenmodel onder anesthesie.
- Scherven en desinfecteren van het onderste deel van de rat.
- Toepassing van zalf om de ogen tijdens de procedure te beschermen.
- Gebruik van een chirurgisch laken om de achterpoot voor de procedure bloot te leggen.
Belangrijkste resultaten
- De techniek toonde reproduceerbaarheid in het immobiliseren van het kniegewricht.
- De minimaal invasieve aanpak verminderde het trauma voor het dier.
- Vereenvoudigde verdere studies naar de mechanismen van gewrichtscontractuur.
- Bijdroeg aan een betrouwbare methode voor toekomstige onderzoekstoepassingen.
Conclusies
- Het spier-gap-scheidingsmodel is effectief voor kniestudies.
- Dit protocol kan het onderzoek naar gewrichtscontractuur verbeteren.
- Minimaal invasieve technieken zijn gunstig voor het welzijn van dieren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Minimally invasive internal fixation models for joint contracture enable reproducible, low-trauma preclinical studies of immobilization-induced pathology. This approach supports mechanistic de-risking and target validation for musculoskeletal and fibrotic disease portfolios. The model's quantitative outputs and imaging compatibility facilitate robust translational continuity from early discovery through preclinical assessment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of fibrotic and contracture pathways in a controlled, disease-relevant system.
- Supports functional target validation by quantifying joint mobility deficits and tissue remodeling.
- Facilitates mechanistic de-risking by allowing molecular and histological analysis of contracture progression.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible animal model for evaluating anti-fibrotic or anti-contracture interventions.
- Delivers quantitative range-of-motion and imaging endpoints suitable for comparative compound assessment.
- Enables downstream histological and molecular assays for biomarker discovery and validation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant pathology observed in human joint contracture and fibrosis.
- Supports continuity from mechanistic discovery to preclinical efficacy and safety studies.
- Allows risk-adjusted advancement decisions based on robust, time-dependent phenotypic data.
Pipeline & Workflow Integration
This mini-invasive rat model integrates into the discovery-to-preclinical continuum for musculoskeletal and fibrotic disease research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on contracture mechanisms and fibrotic tissue remodeling.
- Screening: Provides reproducible, quantitative endpoints for compound evaluation and assay standardization.
- Analytics: Enables imaging (x-ray, micro-CT) and histological readouts for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges early mechanistic findings with preclinical model validation and biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, low-trauma platform adaptable for diverse fibrotic and orthopedic research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in contracture research.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability of preclinical models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by providing robust, quantitative data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of anti-fibrotic and orthopedic candidates.
Implementation Considerations
- Requires surgical expertise in mini-invasive animal procedures and muscle-gap identification.
- Needs access to imaging infrastructure (x-ray, micro-CT) for fixation verification and endpoint analysis.
- Demands cross-team standardization of surgical and analytical protocols for reproducibility.
- Adaptable to other small animal models with consideration of anatomical differences.
- Potential limitations include surgical learning curve and model-specific recovery monitoring.
