Mysi model niestabilności odcinka lędźwiowego kręgosłupa
23 kwietnia 2021
Opracowaliśmy model zwyrodnienia krążka międzykręgowego w odcinku lędźwiowym myszy poprzez resekcję wyrostków kolczystych L3–L5 wraz z więzadłami nad- i międzykolcowymi oraz odłączeniem mięśni przykolcowych.
Jest to operacja mająca na celu wywołanie modelu mysiego, która stanowi alternatywę dla badań związanych ze zwyrodnieniem krążka międzykręgowego w odcinku lędźwiowym. Ten niezawodny tryb LSI nie wymaga specjalnego wyposażenia. Jest powtarzalny i może być stosowany do wywoływania zwyrodnienia krążka międzykręgowego w stosunkowo krótkim czasie.
Kontrolowanie głębokości nacięcia i krwotoku oraz wykonywanie resekcji każdego wyrostka międzykolcowego to dwa kluczowe wydatki na implantację naszego sukcesu w eksperymencie. Po potwierdzeniu braku reakcji na odruch pedałowania, umieść znieczuloną ośmiotygodniową, samca, czarną mysz C57 na podkładce chirurgicznej w pozycji leżącej na plecach i nałóż maść na oczy zwierzęcia. Użyj trymera dla małych zwierząt, aby ogolić obszar chirurgiczny od dolnej części klatki piersiowej do górnej części okolicy krzyżowej i usuń ogolone futro chusteczkami do tkanek.
Nałóż krem do depilacji na ogolony obszar za pomocą gazy, aby usunąć krem po nie więcej niż trzech minutach i spłucz odsłoniętą skórę dwoma mililitrami 0,9 sterylnego soli fizjologicznej. Następnie umieść pod brzuchem wykonaną na zamówienie cylindryczną podkładkę chirurgiczną, aby podnieść odcinek lędźwiowy kręgosłupa. Aby odsłonić kręgi L3 i L5, użyj palca wskazującego, aby dotknąć podskórnych wyrostków kolczystych kręgów lędźwiowych i palpacji, aby porównać wyrostki z wyrostkami kręgów piersiowych i kręgów krzyżowych, aby zidentyfikować odcinek lędźwiowy.
Spłucz skórę 75% alkoholem i za pomocą mikroskopu preparacyjnego użyj skalpela, aby wykonać trzy- do czterocentymetrowe nacięcie skóry w linii środkowej nad odcinkiem lędźwiowym od środkowej części klatki piersiowej do biodra. Zidentyfikuj kręgosłup lędźwiowy po kształcie litery V włożonej powięzi tylnej, w końcówkę, tak aby wyrostki kolczyste i użyj skalpela, aby wykonać płytkie tylne nacięcia mięśni przykolcowych wzdłuż wyrostków kolczystych od L3 do L5 bocznie po obu stronach kręgosłupa. Następnie użyj dwóch par kleszczyków okulistycznych, aby oddzielić warstwy mięśni, aby odsłonić wyrostki kolczyste od L3 do L5 i więzadła nadkolcowe.
Aby oddzielić poszczególne wyrostki kolczyste, użyj żylnych wyrostków do odcięcia więzadeł międzykolcowych i wycięcia wyrostków kolczystych od L3 do L5 i więzadeł międzykolcowych. Następnie użyj sterylnych jedwabnych plecionych szwów numer pięć, aby zamknąć nacięcie skóry bez ponownego przyczepiania mięśni przykręgosłupowych i nałóż maść chlorowodorku chlorotetracykliny na miejsce operacji. Analiza histomorfometryczna 3D umożliwia pomiar krążka międzykręgowego, podczas gdy analiza strukturalna 3D umożliwia ilościowe określenie całkowitej objętości tkanki.
Objętość krążka międzykręgowego znacznie wzrasta tydzień po operacji, a następnie zmniejsza się od dwóch do 16 tygodni po zabiegu, co odpowiada spadkowi wysokości krążka międzykręgowego mierzonej w tym samym okresie. Zwiększone ubytki w płytkach końcowych czaszki obserwuje się również u myszy LSI, co określa się ilościowo za pomocą zwiększonego procentu wartości separacji beleczkowej większej lub równej 0,089 i znacznego wzrostu objętości płytki końcowej po operacji. Modelowe płytki końcowe wykazują podobny fenotyp, co wskazuje, że LSI prowadzi do przerostu płytki końcowej i wzrostu liczby ubytków.
Objętość kręgów L5 nieznacznie zwiększa się po operacji, a różnice statystyczne obserwuje się po 16 tygodniach. Znaczny spadek stosunku objętości kości do całkowitej objętości tkanki występuje również 16 tygodni po operacji, co wskazuje, że LSI powoduje utratę kości kręgowej na późniejszym etapie. Zmniejszenie wewnątrzkomórkowych wakuoli komórek jądra miażdżystego jest również przyspieszone u zwierząt LSI, przy czym obserwuje się zwiększoną liczbę osteoklastów w płytkach końcowych LSI.
Model ten można modyfikować poprzez dołączanie różnej liczby kręgów, na przykład tylko piąty odcinek lędźwiowy lub od pierwszego odcinka lędźwiowego do piątego odcinka lędźwiowego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W badaniu przedstawiono model mysi degeneracji krążków międzykręgowych odcinka lędźwiowego kręgosłupa, opracowany poprzez chirurgiczną resekcję określonych elementów kręgosłupa lędźwiowego. Model ten ułatwia badania nad degeneracją krążków międzykręgowych, wykazując powtarzalność oraz skuteczność w indukowaniu procesu degeneracyjnego.
Kluczowe elementy badania
Obszar badawczy
- Degeneracja dysków międzykręgowych
- Modele mysie w badaniach ortopedycznych
- Techniki chirurgiczne w badaniach na zwierzętach
Wstęp
- Zrozumienie degeneracji krążków międzykręgowych odcinka lędźwiowego kręgosłupa jest kluczowe dla opracowania metod leczenia.
- Istniejące modele mogą wymagać specjalistycznego sprzętu i być mniej dostępne.
- Niezawodny i powtarzalny model jest niezbędny do rozwoju badań w tym obszarze.
Zastosowane metody
- Chirurgiczne wycięcie wyrostków kolczystych, więzadeł i struktur powiązanych u myszy
- Linia myszy C57BL/6
- Trójwymiarowe analizy histomorfometryczne i strukturalne w celu oceny zmian w krążkach międzykręgowych i kręgach
Główne wyniki
- Znaczące zmiany objętości i wysokości dysków międzykręgowych po operacji.
- Zwiększona liczba kawern w płytkach granicznych oraz zmiany w stosunku objętości kości.
- Obserwacje przyspieszonych zmian komórkowych w komórkach miazgi jądra u myszy LSI.
Wnioski
- Model ten skutecznie odwzorowuje cechy degeneracji krążka międzykręgowego odcinka lędźwiowego, co jest wartościowe dla przyszłych badań.
- Niniejsze badanie ma istotne znaczenie dla zrozumienia i leczenia schorzeń degeneracyjnych kręgosłupa.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Model mysi LSI zapewnia powtarzalny i kosztowo efektywny system do badania degeneracji krążków międzykręgowych w odcinku lędźwiowym, umożliwiając wczesną ocenę mechanistyczną szlaków degeneracyjnych. Wysoka operacyjność oraz krótki czas rozwoju choroby wspierają walidację celów i badania przesiewowe w fazie przedklinicznej podczas poszukiwania leków na schorzenia układu mięśniowo-szkieletowego. Model ten ułatwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez odtworzenie kluczowych zmian strukturalnych i komórkowych obserwowanych w przebiegu ludzkiej degeneracji krążka międzykręgowego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie hipotez terapeutycznych związanych z porowatością płyt krańcowych, obkurczaniem się jądra miażdżystego oraz utratą masy kostnej kręgów w procesie degeneracji krążków międzykręgowych odcinka lędźwiowego.
- Wartość operacyjna: Oferuje powtarzalny model chirurgiczny niewymagający specjalistycznego sprzętu, co wspiera spójność badań nad oddziaływaniem na cele terapeutyczne w różnych laboratoriach.
Przesiewy i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Generuje mierzalne punkty końcowe strukturalne, takie jak objętość krążka międzykręgowego, separacja beleczkowa płyt końca oraz stosunek kości do tkanki kręgowej, do skriningu związków chemicznych.
- Wartość operacyjna: Kompatybilność z trójwymiarową analizą histomorfometryczną i strukturalną umożliwia standaryzowane, ilościowe odczyty niezbędne do opracowywania testów i walidacji hitów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Odzwierciedla postępujące zmiany degeneracyjne, od wczesnej hipertrofii płytki granicznej do późnego etapu utraty masy kostnej kręga, co wspiera badania nad mechanizmami istotnymi dla przebiegu choroby.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podłużne monitorowanie degeneracji przez okres 16 tygodni, co ułatwia czasowe oceny skuteczności w przedklinicznych schematach badawczych.
Integracja potoków i przepływów pracy
Model LSI wpisuje się w kontinuum odkryć, od walidacji celu po ocenę przedkliniczną, w szczególności w przypadku terapii ukierunkowanych na degenerację strukturalną w chorobie krążków międzykręgowych odcinka lędźwiowego kręgosłupa.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących szlaków prowadzących do modyfikacji płyt granicznych, utraty objętości krążka oraz resorpcji kości pośredniczonej przez osteoklasty.
- Przesiewanie: Umożliwia przygotowanie zestandaryzowanych tkanek degeneracyjnych do oceny wpływu związków na integralność krążka oraz homeostazę kręgów.
- Analityka: Dostarcza ilościowych wyników morfometrycznych (objętość krążka, objętość kawern płyt granicznych, stosunek objętości kości), które wspierają analizę porównawczą stanów patologicznych.
- Badania translacyjne: Modeluje istotne dla ludzi ramy czasowe procesów degeneracyjnych oraz fenotypy strukturalne, wspomagając ciągłość badań przedklinicznych dla interwencji modyfikujących strukturę.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Stanowi skalowalną, niskokosztową platformę chirurgiczną, którą można zastosować w wielu kampaniach walidacji celów i optymalizacji związków wiodących.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zapewnia wiarygodność prognostyczną w zakresie istotności celu poprzez modelowanie zmian degeneracyjnych w tkankach kręgosłupa lędźwiowego na etapach od wczesnych do późnych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalność i standaryzację dzięki ściśle określonym etapom chirurgicznym oraz mierzalnym punktom końcowym badania histologicznego.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez ograniczenie niejednoznaczności biologicznej w mechanizmach choroby degeneracyjnej dysków.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o wpływ na objętość dysku, integralność płyt granicznych oraz gęstość kości kręgów.
Kwestie związane z wdrożeniem
- Wymaga doświadczenia w mysich technikach chirurgicznych, w tym w odsuwaniu mięśni przykręgosłupowych i resekcji wyrostków kolczystych.
- Wymaga dostępu do mikroskopów sekcyjnych, narzędzi chirurgicznych oraz platform obrazowania 3D do analiz histomorfometrycznych i strukturalnych.
- Wymaga standaryzacji protokołów chirurgicznych i monitorowania pooperacyjnego w ramach całego zespołu w celu zminimalizowania zmienności wynikającej z urazów chirurgicznych i stanu zapalnego.
- Wiąże się z koniecznością dostosowania modelu przy rozszerzaniu go na różne zakresy kręgów (np. L1–L5 w porównaniu do izolowanego L5) w zależności od celu badania.
- Uwzględnia wczesny stan zapalny po operacji jako czynnik zakłócający, co wymaga zastosowania odpowiednich grup kontrolnych i właściwego doboru punktów czasowych w projekcie eksperymentalnym.
