Остеоартрит является широко распространенной проблемой здравоохранения, которая затрагивает миллионы людейв Соединенных Штатах 1. Посттравматический остеоартрит (ПТОА) — это разновидность остеоартрита, которая возникает в результате повреждения сустава, такого как разрыв передней крестообразной связки (ПКС), повреждение мениска или внутрисуставной перелом2. Доля пациентов с симптоматическим ОА, которые могут быть классифицированы как ПТОА, составляет не менее 12%3, и эта этиология обычно поражает более молодую популяцию, чем идиопатическая ОА4. Мышиные модели ОА являются важнейшими инструментами для изучения этиологии заболевания и потенциальных методов лечения ОА в гораздо более короткие сроки (4-12 недель у мышей по сравнению с 10-20 годами у людей). Тем не менее, методы инициирования ОА у мышей обычно включают инвазивные хирургические методы, такие как рассечение передней крестообразной связки 5,6, удаление или дестабилизация медиального мениска 5,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 или комбинацию этих двух методов 17,18,19, которые не воспроизводят клинически значимые состояния повреждения. Хирургические модели также усугубляют воспаление в суставе из-за разрушения суставной капсулы, что может ускорить прогрессирование ОА.
Неинвазивные мышиные модели травмы коленного сустава дают возможность изучать биологические и биомеханические изменения в ранние моменты времени после травмы и могут дать более клинически значимые результаты20. Наша лаборатория создала неинвазивную модель травмы, которая использует одну внешнюю компрессионную перегрузку большеберцовой кости для индуцирования разрыва передней крестообразной связки (ПКС) у мышей 21,22,23,24. Этот неинвазивный метод травмы способен вызвать асептическое повреждение сустава, не повреждая кожу или суставную капсулу.
Флуоресцентная отражательная визуализация (FRI) — это метод оптической визуализации, который включает в себя возбуждение мишени инфракрасным светом на определенной длине волны и количественную оценку отраженного света, излучаемого на другой длине волны. Коммерчески доступные протеаза-специфические зонды могут быть введены в животные модели, а FRI затем может быть использован для количественной оценки активности протеазы в определенных участках, таких как коленный сустав. Этот метод широко используется для обнаружения in vivo биологической активности, такой как воспаление. Зонды, используемые для этого применения, флуоресцентно гасят до тех пор, пока они не встретятся с соответствующими протеазами. Затем эти протеазы разрушают сайт расщепления фермента на зондах, после чего они производят флуоресцентный сигнал ближнего инфракрасного диапазона. Эти зонды и этот метод визуализации были широко проверены и использованы в исследованиях рака 25,26,27,28 и атеросклероза 29,30,31,32, и наша группа использовала их для исследований опорно-двигательного аппарата для измерения маркеров воспаления и деградации матрикса 23,24,33.
Вместе неинвазивное повреждение сустава в сочетании с FRI in vivo и зондами, активируемыми протеазой, обеспечивает уникальную возможность отслеживать воспаление и активность протеазы после травматического повреждения сустава. Этот анализ может быть проведен уже через несколько часов или даже минут после травмы, и одно и то же животное может быть оценено несколько раз, чтобы изучить временной ход активности протеазы в суставе. Важно отметить, что этот метод визуализации может быть неосуществим в сочетании с хирургическими моделями ОА, поскольку разрушение кожи и капсулы сустава приводит к флуоресцентному сигналу, который искажает сигнал изнутри сустава.