Mysi model eksplantatu kończyn tylnych do badania mechanobiologii uderzenia ścięgna Achillesa

Brian C. Wise; Keshia E. Mora; Whasil Lee; Mark R. Buckley

doi:10.3791/65801

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Mysi model eksplantatu kończyn tylnych do badania mechanobiologii uderzenia ścięgna Achillesa

2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65801

⸱

8 grudnia 2023

Brian C. Wise¹^,² , Keshia E. Mora¹^,² , Whasil Lee¹^,²^,³ , Mark R. Buckley¹^,²

¹Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, ²Department of Orthopaedics, Center for Musculoskeletal Research, University of Rochester Medical Center, ³Department of Pharmacology and Physiology, University of Rochester Medical Center

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy niestandardową platformę eksperymentalną i protokół hodowli tkankowej, który odtwarza zmiany włóknisto-chrzęstne wywołane uderzeniem przyczepu ścięgna Achillesa w eksplantatach mysich kończyn tylnych o trwałej żywotności komórek, dostarczając model odpowiedni do badania mechanobiologii uderzeń ścięgien.

Streszczenie

Uderzenie ścięgna w kość generuje wieloosiowe środowisko mechanicznego obciążenia z wyraźnie podwyższonym poprzecznym napięciem ściskającym, które wywołuje zlokalizowany fenotyp chrząstki włóknistej charakteryzujący się akumulacją matrycy bogatej w glikozaminoglikany (GAG) i przebudową sieci kolagenowej. Podczas gdy chrząstka włóknista jest normalną cechą w dotkniętych obszarach zdrowych ścięgien, nadmierne odkładanie się GAG i dezorganizacja sieci kolagenowej są charakterystycznymi cechami tendinopatii. W związku z tym uderzenie jest klinicznie uznawane za ważny czynnik zewnętrzny w inicjacji i progresji tendinopatii. Niemniej jednak mechanobiologia leżąca u podstaw uderzeń ścięgien pozostaje niedostatecznie zbadana. Wcześniejsze wysiłki mające na celu wyjaśnienie odpowiedzi komórkowej na uderzenie ścięgna polegały na zastosowaniu jednoosiowej kompresji na komórki i wycięciu eksplantatów ścięgien in vitro. Jednak izolowane komórki nie mają trójwymiarowego środowiska zewnątrzkomórkowego kluczowego dla mechanoodpowiedzi, a zarówno badania in vitro, jak i wycięte eksplantaty nie są w stanie odtworzyć wieloosiowego środowiska napięcia generowanego przez uderzenie ścięgna in vivo, które zależy od cech anatomicznych obszaru uderzenia. Co więcej, modele uderzeń ścięgien in vivo nie mają kontroli nad środowiskiem odkształceń mechanicznych. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, przedstawiamy nowatorski model eksplantatu mysich kończyn tylnych, odpowiedni do badania mechanobiologii uderzenia ścięgna Achillesa. Model ten utrzymuje ścięgno Achillesa in situ, aby zachować lokalną anatomię i odtwarza środowisko wieloosiowego obciążenia generowanego przez uderzenie przyczepu ścięgna Achillesa w kość piętową podczas biernie stosowanego zgięcia grzbietowego kostki, zachowując komórki w ich naturalnym środowisku. Opisujemy protokół hodowli tkankowej integralnie związany z tym modelem i przedstawiamy dane potwierdzające trwałą żywotność eksplantacji przez 7 dni. Reprezentatywne wyniki wskazują na zwiększone histologiczne barwienie GAG i zmniejszone wyrównanie włókien kolagenowych wtórne do uderzenia, co sugeruje zwiększone tworzenie chrząstki włóknistej. Model ten można łatwo dostosować do badania różnych schematów obciążenia mechanicznego i pozwala na manipulowanie interesującymi szlakami molekularnymi w celu identyfikacji mechanizmów pośredniczących w zmianie fenotypowej ścięgna Achillesa w odpowiedzi na uderzenie.

Wprowadzenie

Wiele ścięgien, w tym ścięgno Achillesa i ścięgna stożka rotatorów, doświadcza uszkodzenia kości z powodu normalnego ułożenia anatomicznego^1,²^,³^,⁴. Uderzenie ścięgna generuje odkształcenie ściskające skierowane poprzecznie do osi włókna podłużnego⁵^,⁶^,⁷. Regiony uderzenia ścięgna wykazują unikalny fenotyp chrząstki włóknistej, w którym skurczone, okrągłe komórki (fibrochondrocyty) są osadzone w zdezorganizowanej sieci kolagenowej ze znacznie zwiększo....