Miniinwazyjna technika stabilizacji wewnętrznej do badania przykurczu zgięciowego kolana wywołanego unieruchomieniem u szczurów
20 maja 2019
Tutaj prezentujemy protokół opisujący minimalnie inwazyjną technikę unieruchomienia stawu kolanowego na modelu szczurzym. Ten powtarzalny protokół, oparty na sposobie separacji mięśni-szczelina i umiejętności mini-nacięcia, jest odpowiedni do badania mechanizmu molekularnego leżącego u podstaw nabytego przykurczu stawów.
Ta prosta i skuteczna technika modelu separacji mięśni-szczeliny, łącząca sposoby metody mini-inwazji, jest najlepszą wewnętrzną stabilizacją w naszym modelu skurczu stawu kolanowego szczura. Główną zaletą tej techniki jest to, że jej proces jest powtarzalny i stanowi minimalnie inwazyjną alternatywę dla wywoływania przykurczu stawu kolanowego u zwierząt. Procedurę zademonstrują Shihai Jiang i Fei Zhang, doktorant z mojego laboratorium.
Po potwierdzeniu braku reakcji na szczypanie palców u stóp, ogol dolną część ciała znieczulonego szczura, w tym dwie tylne kończyny. Zdezynfekuj odsłoniętą skórę dwukrotnie nalewką z jodu powidonu i trzykrotnie 75% etanolem. Nałóż maść na oczy zwierzęcia i umieść szczura bocznie pod serwetą chirurgiczną z odsłoniętą jedną tylną kończyną i biodrem.
Zdezynfekuj obszar operacyjny dodatkowym jodem powidonu. Na dystalnym końcu krętarza większego kości udowej narysuj linię wzdłuż rzutu powierzchni ciała szczeliny mięśniowej między mięśniem obszernym bocznym a bicepsem uda, aby zaznaczyć kierunek nacięcia skóry. Następnie wykonaj 1,5-centymetrowe nacięcie w naskórku wzdłuż linii.
Użyj kleszczyków tkankowych, aby tępo wyciąć szczelinę mięśniową między mięśniem obszernym bocznym a mięśniem dwugłowym uda, aż odsłoni się około jednego centymetra trzonu kości udowej. Użyj retraktora, aby ułatwić ciągłe oddzielanie się między mięśniami. Wykonaj jednocentymetrowe nacięcie w naskórku wzdłuż rzutu powierzchni ciała szczeliny mięśniowej między piszczelą przednią a strzałkową długą na dystalnej kończynie dolnej.
Tępo wypreparuj przerwę mięśniową, aż odsłonięte zostanie około jednego centymetra kości piszczelowej. Użyj retraktora i gładkich kleszczyków, aby oddzielić tkanki miękkie. Trzymając wiertło prostopadłe do kości, wywierć otwór o średnicy jednego milimetra w trzonie kości udowej z prędkością 1 500 obrotów na minutę około ośmiu milimetrów poniżej dolnej krawędzi krętarza większego.
Szybko dociśnij ranę, aby zatrzymać krwawienie i wywierć otwór o średnicy 0,9 milimetra w kości piszczelowej około czterech milimetrów poniżej krawędzi zrostu piszczelowo-strzałkowego. Użyj prostego zacisku hemostatycznego typu komara, aby utworzyć podmięśniowy przebieg od otworu piszczelowego do otworu kości udowej, przechodząc poniżej mięśnia brzuchatego łydki na końcu kości piszczelowej i powyżej pośladka średniego poniżej bicepsa kości udowej na końcu kości udowej. Następnie użyj jednej stalowej o wymiarach 1,4 na osiem milimetrów, aby zabezpieczyć jeden koniec plastikowej płytki w bliższej części kości udowej.
Użyj jednej stalowej o wymiarach 1,2 na sześć milimetrów, aby zabezpieczyć drugi koniec plastikowej płytki w dystalnej kości piszczelowej. Po zabezpieczeniu płytki użyj wchłanialnych szwów 4-0, aby zamknąć mięśniówkę mięśniową, powięź głęboką i tkankę podskórną. Zamknij skórę jedwabnymi szwami.
Obrazowanie rentgenowskie ujawnia prawidłowe umiejscowienie stalowych w kości udowej lub piszczelowej. Trójwymiarowa analiza rekonstrukcji po skanowaniu tomografii mikrokomputerowej o wysokiej rozdzielczości wykazuje boczne rozmieszczenie około ośmiu milimetrów poniżej dolnej krawędzi krętarza większego przy bliższej kości udowej i około czterech milimetrów poniżej krawędzi zrostu piszczelowo-strzałkowego w dystalnej kości piszczelowej. Artrogenne deficyty zakresu ruchu zwiększają się podczas unieruchomienia w sposób zależny od czasu.
Wykazano to w wyższych średnich deficytach artrogennych mierzonych dla unieruchomionego stawu kolanowego w porównaniu z kontrolnym stawem kolanowym po 56 dniach unieruchomienia. W pierwszej dobie unieruchomienia nie obserwuje się zrostu przez elastyczne zabarwienie torebki stawu kolanowego tylno-górnego w przestrzeni stawowej między torebką stawu tylnego górnego w kości udowej w stawie kolanowym unieruchomionym lub przeciwległym. Jednak po 28 dniach od unieruchomienia w przestrzeni stawowej unieruchomionego kolana rozwijają się złogi tkanki włóknistej i zrosty.
Po 56 dniach od unieruchomienia tkanki włókniste są częściowo zastępowane przez osadzanie, podczas gdy ten rodzaj zrostu nie obserwuje się w przeciwległym stawie kolanowym. Metoda ta jest zmodyfikowana w stosunku do metody stosowanej przez profesora Trudala i jego współpracowników z Uniwersytetu w Ottawie. Kluczowe jest zidentyfikowanie i oddzielenie luk mięśniowych podczas operacji.
Stosując różne techniki unieruchomienia, można przeprowadzić inne procesy eksperymentalne, takie jak hodowla torebki stawu kolanowego, w celu zbadania podstawowych mechanizmów molekularnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia minimalnie inwazyjną technikę unieruchamiania stawu kolanowego u modelu szczura. Protokół został zaprojektowany tak, aby był możliwy do powtórzenia i nadaje się do badania mechanizmów molekularnych leżących u podstaw nabytej kontraktura stawu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia
- Modele zwierzęce
Tło
- Kontraktura stawu jest częstym problemem w różnych schorzeniach.
- Minimalnie inwazyjne techniki mogą skrócić czas powrotu do zdrowia i zmniejszyć powikłania.
- Rozumienie mechanizmów kontraktur może pomóc w opracowaniu terapii.
- Ten protokół wykorzystuje model separacji mięśniowej.
Cel badania
- Ustanowienie metody unieruchamiania stawu kolanowego, która jest możliwa do powtórzenia.
- Ułatwienie badania mechanizmów molekularnych w kontrakturach stawów.
- Zapewnienie minimalnie inwazyjnej alternatywy dla badań na zwierzętach.
Zastosowanie metod
- Przygotowanie modelu szczura w znieczuleniu.
- Ogolenie i dezynfekcja dolnej części ciała szczura.
- Nanieść maść w celu ochrony oczu podczas zabiegu.
- Użycie chirurgicznego płata do ekspozycji tylnej kończyny w celu przeprowadzenia zabiegu.
Główne wyniki
- Technika wykazała się powtarzalnością w unieruchamianiu stawu kolanowego.
- Minimalnie inwazyjne podejście zmniejszyło uraz dla zwierzęcia.
- Ułatwiło dalsze badania nad mechanizmami kontraktur stawów.
- Zapewniło niezawodną metodę do przyszłych zastosowań badawczych.
Wnioski
- Model separacji mięśniowej jest skuteczny w badaniach stawu kolanowego.
- Ten protokół może ulepszyć badania nad kontrakturą stawów.
- Techniki minimalnie inwazyjne są korzystne dla dobrostanu zwierząt.
Często zadawane pytania
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.
