Microcomputertomografie-analyse van de knie bij oude Dunkin-Hartley-cavia's na intra-articulaire injectie

Artrose, of OA, is een degeneratieve gewrichtsaandoening die 32,5 miljoen Amerikaanse volwassenen treft. Vaak verschijnen artrosesymptomen pas nadat de ziekte ernstig is geworden. Het gebrek aan ziektemodificerende medicijnen komt voort uit een slecht begrip van de mechanismen die de ziekte initiëren en aandrijven.

Als gevolg hiervan is er een kritieke en voortdurende medische behoefte aan verbeterde middelen voor de behandeling van artrose. Dunkin-Hartley-cavia's zijn een gevestigd artrosediermodel, omdat ze deze ziekte van nature ontwikkelen en een robuust model bieden voor het onderzoeken van de effecten van nieuwe therapieën toegediend via intra-articulaire injectie op ziekteprogressie. Omdat gemineraliseerd bot een uitstekend contrast heeft op micro-CT, kan deze modaliteit worden gebruikt om 3D-kenmerken te beoordelen en kwantitatieve analyses uit te voeren van veranderingen die verband houden met artrose. Twee bijzonder relevante kwantitatieve metingen zijn de botmineraaldichtheid en de trabeculaire dikte, aangezien beide toenemen gedurende de progressie van de ziekte. De beschreven methodologie van intra-articulaire injecties bij cavia's en de daaropvolgende analyse van micro-CT-gegevens zal helpen om de studievariabiliteit te verminderen en de efficiëntie van gegevensanalyses te vergroten.

Scheer de knie met een elektrisch scheerapparaat. Verdoof het dier en bevestig een voldoende diepte van anesthesie door het ontbreken van een teenknijpreactie. Breng steriel oogsmeermiddel aan in beide ogen om uitdroging en letsel te voorkomen.

Reinig de injectieplaats drie keer met ronddraaiende bewegingen en wissel af met de verdunde scrub- en alcoholoplossingen. Er moeten steriele handschoenen worden gebruikt. Deze video bevat het gebruik van autoclaaf nitro handschoenen.

Tijdens de procedure moet een aseptische techniek worden gebruikt. Buig de knie tot 90 graden, beweeg de vinger distaal van de knieschijf om de groef van het distale aspect van de gewrichtsruimte te lokaliseren door de achterpoot te buigen en uit te strekken. Het scheenbeen kan worden gevoeld als de benige structuur distaal van de knieschijf.

Zodra de locatie van het scheenbeen en de knieschijf zijn bepaald, bevindt het gewricht zich ertussen. Steek de insulinenaald voorzichtig in de middellijn distaal van de knieschijf in de gewrichtsruimte. De naald moet één tot twee millimeter onder de huid worden ingebracht.

Injecteer het volume langzaam. Masseer de knie door het gewricht een paar keer te buigen en te strekken om een goede verdeling van het medicijn te garanderen. Plaats monsters met formaline in een compatibele container.

Kalibreer de micro-CT-machine voor blootstelling aan donkere velden en lichte velden, volgens de aanbevelingen van de fabrikant. Scanmonster met aluminium koperen filter op 18 micron. Gebruik rotatiestap 0.7 graden voor 360 graden met offsetcamera.

Selecteer een segment uit de micro-CT-afbeeldingen. Controleer de compensatie voor verkeerde uitlijning. Pas onder instellingen vloeiendheid, straalverharding, CS-rotatie en ringartefact toe.

Selecteer Start om de reconstructie te starten. Selecteer VOI en oriënteer het monster om verticaal uit te lijnen voor eenvoudigere analyse later. Sla bewerkte VOI op als een nieuwe map.

Selecteer het bereik van de afbeeldingen die u wilt analyseren, te beginnen met de subchondrale plaat. Het splitsen van de analyse van de subchondrale plaat in trabeculair bot wordt aanbevolen omdat ze verschillende benige kenmerken hebben. Selecteer het interessegebied voor elke afbeelding om er zeker van te zijn dat deze het bot omvat.

Selecteer binaire selectie. Pas het histogram aan zodat de achtergrond in het bot volledig gescheiden is. Selecteer het tabblad Botmineraaldichtheid.

Sla die gegevens op in een nieuwe map met analysegegevens. Selecteer Aangepaste verwerking. Voer eerst drempelwaarden uit en selecteer Automatisch en vervolgens uitvoeren.

Selecteer vervolgens Ontspikken en kies Zwarte spikkels verwijderen. Herhaal Ontspikkel en kies Witte spikkels verwijderen. Kies 3D-analyse en selecteer basiswaarden en aanvullende waarden.

A toont een ontlede knie met een aanwezigheid van methyleenblauwe kleurstof in de gewrichtsruimte, wat wijst op een correcte injectie. B is een ondiepe injectie die resulteert in de vorming van een bleb in de onderhuidse ruimte. C toont het ontbreken van methyleenblauwe kleurstof in de gewrichtsruimte, wat een onjuiste injectie aangeeft.

Het kan nuttig zijn om de analyse voor de subchondrale plaat, die wordt weergegeven in A, en het trabeculaire bot, dat wordt weergegeven in B, op te splitsen, omdat ze soms verschillende parameters hebben voor verschillende botanalyse. Voor de botmineraaldichtheid zien we dat er een toename is van het gemiddelde van de 12 maanden oude cavia's in vergelijking met de vijf maanden oude cavia's, en dit geldt zowel voor de subchondrale plaat als voor het trabeculaire bot, wat aantoont dat de botmineraaldichtheid in de loop van de tijd toeneemt. Naast de trabeculaire dikte zien we dat er een toename van de dikte in millimeters is tussen de cavia van 12 maanden en de cavia van negen maanden en de cavia van vijf maanden oud, wat aantoont dat de trabeculaire dikte in de loop van de tijd toeneemt.

Gemodificeerde Mankin-scores nemen toe naarmate de cavia's ouder worden, zoals te zien is in figuur A.Figuren B tot en met D tonen toluïdineblauwe vlekken. B is een cavia van vijf maanden oud, C is een cavia van negen maanden en D is een cavia van 12 maanden oud. Het zwarte sterretje in figuur C toont het verlies van proteoglycaan, terwijl het zwarte sterretje in figuur D scheuren toont en het witte sterretje in figuur D hypocellulariteit weergeeft.

Momenteel is vervanging de enige remedie voor ernstige artrose, die kostbaar en invasief is en kan leiden tot morbiditeit en mortaliteit bij de patiënt. Als gevolg hiervan is er een dringende behoefte om door te gaan met onderzoek met diermodellen van artrose en de aanhoudende ontwikkeling van nieuwe therapieën. Hoewel intra-articulaire injecties een integraal onderdeel zijn van onderzoek naar artrose bij cavia's, moet deze procedure nog systematisch worden beschreven.

Correcte injectieprocedures zijn van het grootste belang om het dierenwelzijn te waarborgen en het totale aantal dieren te verminderen, met name voor onderzoeken waarbij meerdere injecties gedurende vele maanden nodig zijn. Om artrose-gerelateerde veranderingen systematisch te beoordelen, beschrijven we micro-CT-analyses. Micro-CT biedt een meer diepgaande beoordeling van artroseveranderingen dan histologische beoordeling van de scans in een heel monster in plaats van een of enkele weefselsecties.

Hoewel Dunkin-Hartley-cavia's een robuust model bieden voor het bestuderen van artroseprogressie en de effecten van nieuwe therapieën, zijn er beperkingen aan dit model. Spontane modellen vereisen doorgaans een langere studieperiode in vergelijking met de snelle ontwikkeling van veranderingen na chirurgische of chemisch geïnduceerde artrose. Bovendien kunnen onderzoekers het effect van variabiliteit tussen dieren verminderen door behandelingen toe te passen op één ledemaat in elk dier, waardoor de contralaterale ledemaat als interne controle kan dienen.