Ustanowienie i ocena modelu owiec o pełnej grubości ubytku kości kościowego
April 14th, 2026
Przedstawiamy tutaj zintegrowany protokół generowania kontrolowanych zmian kostnych-chondralnych u kolan owiec, aby ustanowić eksperymentalny model odpowiedni do badań regeneracji tkanek kości i chrząstki. Protokół określa metodę wywołania pełnogrubego ubytku kości kostnodzielnej w kłykciu udowym, wykorzystując techniki minimalizujące wpływ na dobrostan zwierząt oraz zmienność wyników.
Chrząstka odgrywa kluczową rolę w zachowaniu mechanicznej sprawności układu szkieletowego, zapewniając gładką i nasmarowaną powierzchnię w stawach dwuskładnikowych, zapobiegając erozji powierzchni stawowej. Pomimo niezwykłej zdolności do wspierania i rozkładania obciążeń fizycznych i mechanicznych w stawach, w przypadku urazu chrząstka stawowa ma ograniczoną zdolność do wewnętrznego gojenia i naprawy. Nagromadzenie napięcia w chrząstce stawowej może prowadzić do choroby patologicznej znanej jako choroba zwyrodnieniowa stawów, najczęstszej na świecie formy zwyrodnieniowej choroby stawów, która dotyka prawie 10 do 12% dorosłej populacji na świecie.
Regeneracja chrząstki i przywrócenie funkcji stawów artretycznych stanowią istotne postępy w medycynie regeneracyjnej. Obiecujące podejście obejmuje wykorzystanie autologicznych chondrocytów i komórek macierzystych w połączeniu z biomateriałami. Aby zweryfikować te strategie, niezbędne są odpowiednie modele zwierzęce, podczas gdy mniejsze zwierzęta, takie jak szczury i króliki, są przydatne do badań wstępnych, natomiast duże zwierzęta, takie jak owce, są bardziej odpowiednie ze względu na ich anatomiczne i biomechaniczne podobieństwa do stawów ludzkich.
Następnie przedstawiamy efektywny protokół indukowania defektów osteochondralnych u dużych zwierząt, który stanowi idealny model dla badań w medycynie regeneracyjnej. Po dezynfekcji ogolonego kolana na sali operacyjnej umieść zwierzę w pozycji grzbietowej dekubitus. Aby określić dokładne miejsce chirurgicznego cięcia, dotknij kolana zwierzęcia, aby znaleźć jamę stawową.
Wykonaj chirurgiczne cięcie o rozmiarze około trzech do pięciu centymetrów. Upewnij się, że nacięcie jest wykonywane w okolicy kłykcia zwierzęcia. Usuń warstwy tkanek pod skórą, aby uzyskać dostęp do kłykciu.
Utrzymuj miejsce nacięcia w czystości, aby uniknąć potencjalnego zanieczyszczenia i zapewnić dobrą widoczność podczas zabiegu. Pobieranie płynu maziowego wykonuj za pomocą strzykawki i igły. Ustaw pchlery tak, aby całkowicie odsłonić powierzchnię kłykciu.
Im bardziej odsłonięty jest kłykcik, tym łatwiej będzie wywołać uraz w kolejnym etapie. Użyj ortopedycznego wiertła podłączonego do ośmiomilimetrowego wiertła trephinu, aby wywołać uraz kłykcia zwierzęcia. Przed rozpoczęciem wiercenia upewnij się, że trephina jest prawidłowo umieszczona w centrum kłykciu, aby uniknąć niepożądanych urazów.
Do chirurgicznego usunięcia korka kostnego użyj młotka ortopedycznego i osteotomu. Oczyść przedłużenie rany sterylną gazą, upewniając się, że wnętrze zmiany jest wolne od krwi i zanieczyszczeń tkanek. Ostrożnie nałóż 200 mikrolitrów płynnej formuły gelMA na wnętrze urazu, aż dotrze do powierzchni.
Skieruj światło UV na uraz przez trzy minuty w odległości około pięciu centymetrów, co pozwala na sieć gelMA. Ostrożnie wyjmij retraktory. Zamknąć zmianę za pomocą niezależnych szwów dla każdej warstwy tkanki, aby zapobiec powstawaniu seroma.
Liczba szwów, które należy wykonać, zależy od wielkości nacięcia chirurgicznego. Załóż plaster na szwy, aby zapobiec infekcjom. Po siedmiu dniach operacji owce nadal będą miały trudności z poruszaniem się.
Trudności te potwierdzają ruchy obrotowe obserwowane podczas oceny chodzenia zwierzęcia. Ta obserwacja pokazuje, że nasz protokół skutecznie wywołał uraz osteochondralny w stawie zwierzęcia. Przez cztery dni, w zależności od sposobu leczenia zmiany, ruch chodu zwierzęcia zostaje przywrócony i zaczyna prawidłowo chodzić.
Ocena histologiczna z barwieniem hematoksylynowym i eozynowym została przeprowadzona sześć miesięcy po zabiegu chirurgicznym. Zmiany te pojawiły się jako całkowite pionowe rozszczepy, odpowiadające czwartemu punktowi w skali oceny Osteoarthritis Research Society International. U niektórych próbek zaobserwowano łagodną hiperplazję maziową oraz zastąpienie chrząstki tkanką włókniętą.
Wyniki histologiczne wykazały znaczną zmienność zarówno w naturalnym postępie, jak i grupach leczonych gelMA, a analiza statystyczna nie wykazała istotnych różnic między leczeniami. Ponieważ jest to eksperyment na zwierzętach połączony z inwazyjnym zabiegiem chirurgicznym, zwierzęta mogą wykazywać różnice w zachowaniu i rekonwalescencie. Nasze badania wykazały skuteczny protokół indukcji urazów kościowo-chrząstowych u dużych zwierząt bez wystąpienia długotrwałych infekcji bakteryjnych.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół demonstruje efektywną metodę wywoływania pełnowymiarowych defektów osteochondralnych u owiec, zapewniając cenny model dla badań nad medycyną regeneracyjną. Ma na celu ułatwienie badania regeneracji chrząstki i przywrócenia funkcji stawu.
Kluczowe Elementy Badań
Dział Nauk Ściśle
- Medycyna Regeneracyjna
- Ortopedia
- Modele Zwierzęce
Tło
- Chrząstka stawowa ma ograniczoną zdolność gojenia.
- Osteoartroza jest powszechną chorobą zwyrodnieniową stawów.
- Modele zwierzęce dużych zwierząt, takie jak owce, są odpowiednie do badania mechaniki stawów u ludzi.
- Protokół wywoływania defektów osteochondralnych jest niezbędny do celów badawczych.
Cel Badań
- Ustanowienie modelu owczego dla defektów osteochondralnych.
- Ocena metod regeneracji chrząstki.
- Zminimalizowanie zmienności i wpływu na dobrostan zwierząt w badaniach.
Metody Użyte
- Wywoływanie defektów osteochondralnych przy użyciu technik chirurgicznych.
- Zastosowanie gelMA do leczenia urazów.
- Ocena histologiczna po operacji.
- Ocena ruchomości i powrotu do zdrowia.
Główne Wyniki
- Protokół skutecznie wywołuje uraz osteochondralny.
- Obserwowano zmienność w wynikach histologicznych.
- Nie stwierdzono istotnej różnicy między grupami leczonymi.
- Zwierzęta wykazały poprawę w chodu z czasem.
Wnioski
- Protokół jest skuteczny w tworzeniu defektów osteochondralnych.
- Zapewnia model do przyszłych badań regeneracyjnych.
- Kwestie dobrostanu zwierząt są uwzględnione w metodologii.
Najczęściej Zadawane Pytania
Executive Industry Relevance
Establishing a reproducible sheep model of full-thickness osteochondral defect addresses a critical gap in translational orthopedic research by enabling robust preclinical evaluation of cartilage repair strategies. This model supports predictive confidence in therapeutic and biomaterial development for joint restoration, directly impacting early-stage go/no-go decisions in regenerative medicine pipelines. Its anatomical and biomechanical relevance to human joints enhances the translational value for portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of cartilage repair hypotheses in a clinically relevant large animal system.
- Supports biological de-risking by replicating human joint pathology and healing responses.
- Facilitates functional target validation for regenerative therapies and biomaterials.
- Provides a platform for comparative evaluation of candidate interventions.
Screening & Assay Development
- Standardizes lesion induction and treatment assignment for reproducible preclinical studies.
- Generates quantitative histological and functional readouts for downstream analysis.
- Supports assay development for evaluating cartilage and bone regeneration efficacy.
- Enables reliable benchmarking of new compounds or biomaterials in a controlled setting.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant joint pathology observed in osteoarthritis and cartilage injury.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation of regenerative approaches.
- Enables risk-adjusted advancement of therapies based on robust in vivo data.
- Supports identification of translational biomarkers for cartilage repair outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
This sheep model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early regenerative hypothesis testing with translational validation of therapeutic candidates.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and mechanistic de-risking for cartilage repair strategies.
- Screening: Provides standardized, reproducible injury models for quantitative assessment of interventions.
- Analytics: Delivers histological scores and locomotion metrics to compare treatment efficacy.
- Translational Research: Ensures disease-relevant modeling for preclinical continuity and biomarker exploration.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable large animal platform for iterative evaluation of orthopedic innovations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cartilage repair research.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of preclinical orthopedic studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and optimizes capital allocation for regenerative portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of high-potential therapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in large animal surgery and post-operative care.
- Demands access to surgical, histological, and analytical infrastructure for comprehensive evaluation.
- Necessitates cross-team standardization of lesion induction and scoring protocols.
- Adaptation may be needed for different biomaterial or therapeutic modalities.
- Variability in animal recovery and histological outcomes should be anticipated and managed.
