$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Заболевания опорно-двигательного аппарата поражают миллионы людей и являются одной из основных причин инвалидности во всем мире1. Несмотря на это, заболевания опорно-двигательного аппарата недостаточно изучены и менее понятны по сравнению с другими распространенными хроническими заболеваниями (например, раком и диабетом). Кроме того, прогнозируется рост распространенности инвалидности, связанной с нарушениями опорно-двигательного аппарата, что подчеркивает важность исследований, изучающих молекулярные механизмы и клеточные пути, лежащие в основе развития и прогрессирования заболеваний опорно-двигательного аппарата. Соответственно, растет потребность в методологиях, которые позволяют лучше понять заболевания опорно-двигательного аппарата на молекулярном уровне и способствуют разработке инновационных методов лечения.
Повреждение периферических нервов связано с ~3% случаев травмы и является частой причиной заболеваемости у пациентов с ортопедической травмой2. Тем не менее, точное лечение, которое спасает нервные функции и обращает вспять атрофию мышц, связанную с травматическим повреждением периферических нервов (TPNI), остается неуловимой3. Таким образом, исследования на мышиных моделях играют важную роль в оценке эффективности исследуемых методов лечения TPNI; Тем не менее, в этой области отсутствуют предсказуемые животные модели пересечения нервов, которые позволяют надежно измерять функциональное восстановление или характеризовать регенерацию нервов. В своем исследовании, включенном в эту коллекцию методов, Lee et al. описывают модель TPNI, которая обеспечивает фиксированную картину травмы и облегчает измерение функционального восстановления4. В целом, функциональное восстановление после TPNI зависит от тяжести травмы, и основным преимуществом протокола, описанного Lee et al.4 , является использование откалиброванного цифрового устройства, которое отслеживает изменение давления в режиме реального времени во время операции по раздавливанию нерва. Это ограничивает вариабельность тяжести индуцированной травмы и, впоследствии, восстановление.
Остеоартрит (ОА) является основной причиной инвалидности нижних конечностей у пожилых людей и, таким образом, представляет собой серьезное социальное и экономическое бремя5. Существуют мышиные модели, которые имитируют фазы развития ОА, в том числе широко используемая модель дестабилизации медиального мениска (ДММ) посттравматического ОА 6,7. В статье Dunning et al. представлена модель дестабилизации и царапин хряща (DCS) при ОА, которая является модифицированной версией модели DMM и включает в себя нанесение дополнительных повреждений хрящу путем введения трех царапин на поверхность хряща8. Модель DCS представляет собой ускоренную модель ОА и подходит для исследований, посвященных образованию остеофитов, воспалению синовиальной оболочки, ремоделированию костей и измерению боли на ранних стадиях ОА. Модель также повторяет повреждения, нанесенные непосредственно хрящу во время артроскопических операций и других клинических вмешательств.
Несколько механистических исследований, которые невозможны на мышах, могут быть проведены на культивируемых клетках, что подчеркивает важность экспериментов in vitro , которые дополняют исследования in vivo . Первичные клетки являются важным исследовательским инструментом, поскольку они повторяют эндогенные условия in vivo более точно, чем стабильные клеточные линии. Соответственно, разработка протоколов, облегчающих выделение жизнеспособных первичных клеток из различных тканей опорно-двигательного аппарата, имеет важное значение для продвижения исследований в этой области. В статье Jagadeeshaprasad et al. подробно описывается методология ферментативного и механического переваривания крайней плоти новорожденного человека с целью одновременной выделения трех типов первичных клеток: кератиноцитов, фибробластов и шванновских клеток (СК)9. Выделение СК из кожи представляет собой значительный прогресс, который этот протокол вносит в хорошо устоявшиеся протоколы выделения кератиноцитов и фибробластов. Протокол облегчает совместное культивирование трех типов клеток, что имеет важное значение для исследований, изучающих потенциальную роль СК в модуляции гомеостаза и функций кератиноцитов и фибробластов.
Гиперэкспрессия и нокдаун являются широко используемыми подходами к изучению функций генов. Несмотря на то, что эти эксперименты легко и рутинно проводятся в клеточных культурах in vitro, манипулировать экспрессией генов in vivo сложнее из-за проблем с достижением эффективной доставки плазмидной ДНК или малой интерферирующей РНК к клеткам-мишеням/тканям. Хейн и Ванинг описывают простой протокол электропорирования ДНК-плазмиды в скелетные мышцы мыши для сверхэкспрессии кодируемого белка в миоволокнах. Основным недостатком существующих протоколов введения или электропорации ДНК-плазмид в скелетные мышцы является негативное влияние этих процедур на сократимость мышц. Протокол, представленный Хейном и Ванингом10 , устраняет это ограничение, поскольку он не ставит под угрозу сократительную способность скелетных мышц, что позволяет оценить сократительную способность мышц как функциональный результат различной экспрессии белка.
Микрокомпьютерная томография (КТ) — это метод визуализации, который обычно используется для оценки трехмерной (3D) структуры кости11. КТ является золотым стандартом визуализации костей человека в клинике и очень широко используется для оценки структуры кости и регенерации кости в доклиническихисследованиях. КТ включает в себя большое количество рентгеновских изображений, полученных из минерализованной кости, которая по своей природе обладает отличным контрастом с рентгеновскими лучами. При использовании для оценки формирования костной ткани в процессе заживления перелома μКТ предоставляет подробную информацию о 3D-структуре и плотности заживляющей мозоли. Несмотря на то, что количественная оценка интактной кости с помощью μКТ хорошо установлена, существует отсутствие консенсуса по протоколу μКТ для оценки костной мозоли перелома. Wee et al. предлагают стандартизированный, пошаговый протокол для точной оценки костной мозоли на различных этапах заживления перелома кости13. Протокол использует современную аналитическую платформу, которая позволяет визуализировать изображения, выравнивать их и сегментировать каллус. Этот вклад поможет разработать более стандартизированный и последовательный подход к анализу каллуса трещин в полевых условиях.
Таким образом, в этой коллекции методов представлены экспериментальные протоколы, используемые в широком спектре тканей опорно-двигательного аппарата: костях, хрящах, периферических нервах, скелетных мышцах и коже. Мы надеемся, что эта коллекция окажется полезной как для новичков, так и для экспертов в быстро развивающейся области исследований опорно-двигательного аппарата. Будущее этой области будет в значительной степени улучшено благодаря постоянным усилиям, направленным на разработку новых методологий исследований. Особенно ценными являются усилия по созданию новых мышиных моделей заболеваний опорно-двигательного аппарата и разработке инновационных подходов к местной и целенаправленной доставке терапевтических средств в ткани опорно-двигательного аппарата.