Методическая статья

Установление и оценка модели остеохондрального дефекта полной толщины у овец

DOI:

10.3791/68842

14 апреля 2026 г.

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы представляем интегрированный протокол создания контролируемых остеохондральных поражений в коленях овец для создания экспериментальной модели, подходящей для исследований регенерации костной и хрящовой ткани. Протокол описывает метод индуцирования остеохондрального дефекта всей толщины бедренного мыщелка с использованием методов, минимизирующих воздействие на благополучие животных и вариабельность результатов.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Старение, травмы, генетическая предрасположенность и образ жизни влияют на деградацию хряща человеческого организма. После травмы постоянные оскорбления, вызванные повседневной деятельностью, могут вызвать патологические состояния, такие как остеоартрит — основную причину инвалидности и социально-экономических потерь во всём мире. Главной целью всех ортопедических хирургов, лечащих травмы хряща, было анатомическое уменьшение объёма поражения, восстановление поверхности хряща и восстановление стабильности суставов. Животные модели необходимы для разработки терапевтических препаратов, но текущие модели дефектов хряща неудовлетворительны. Остеохондральные поражения у овец являются ценной моделью для тестирования новых методов лечения и биоматериалов, способствующих восстановлению хряща и костей в человеческих суставах. Это исследование установило эффективный протокол для индуцирования острых остеохондральных дефектов у крупных животных. Стандартизированное поражение было создано в обоих медиальных мыщелках бедренной кости. Одно колено было случайным образом назначено для обработки желатином-метакрилоилом, а противоположное колено служило контрольным. Через шесть месяцев после операции область мышечка бедренного мышца была удалена, рассеченные коленные суставы были декальцифицированы, внедрены в парафин и разрезаны на срезы, которые были окрашены гематоксилином и эозином. Для оценки поражения использовались баллы. Эта методология позволяет немедленно проводить макроскопическое наблюдение после индукции травмы. Кроме того, эта модель эффективно воспроизводит клинические дефекты хряща, предоставляя ценную модель для изучения их патологии и разработки инновационных терапевтических подходов.

Введение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хрящ необходим для сохранения механической компетентности скелетной системы, обеспечивая нетрение поверхности между костями в диатродиальных суставах, тем самым предотвращая эрозию суставнойповерхности 1. Способность хряща выполнять эти сложные механические функции во многом зависит от уникального состава и организации его внеклеточного матрикса — особенно от исключительно высокого содержания воды. Вода играет ключевую роль в структуре и функции суставного хряща, составляя примерно 70–80% его состава. Вода является основным элементом, отвечающим за несущую нагрузку во время сжатия. Способность ткани сопротивляться сжимающим силам зависит от того, как вода структурирована и ограничена внутри матрицы. Эта организация возможна благодаря взаимодействию воды с основными макромолекулами хряща, такими как коллаген и протеогликаны, особенно агрегаты, связанные с гиалуроновойкислотой 1. Они действуют как сдерживающие структуры, которые порядочают и ограничивают движение воды. Это взаимодействие обеспечивает ткани не только жёсткость, но и устойчивость и способность восстанавливаться после деформации. Взаимодействие между свободной водой, связанной водой и макромолекулярной матрицей составляет ядро биомеханического поведенияхряща 2.

Несмотря на выдающуюся способность поддерживать и распределять физические и механические нагрузки, достигающие суставов, после повреждения суставный хрящ (АК) имеет ограниченный потенциал для спонтанного восстановления из-за низкой митотической активности хондроцитов и плохой васкуляризациитканей 2. Повреждение суставов обычно связано с прогрессирующей потерей молекул и белков внеклеточного матрикса (ECM), которые составляют 95% ткани и придают биомеханические особенности AC3. Дисбаланс между синтезом и деградацией компонентов ЭКМ, смещающийся в сторону катаболических процессов, может привести к остеоартриту (ОА) — самому распространённому дегенеративному заболеванию суставов в мире. Остеоартрит поражает примерно 10–12% взрослого населения, вызывая боль, ограничивая подвижность и значительно снижая автономиюпациентов 4. Остеоартрит чаще встречается у пожилых популяций из-за накопленных повреждений на суставе в течение жизни; Однако с началом клинического состояния связаны различные факторы риска, такие как пол, генетическая предрасположенность, ожирение и повседневныепривычки 4. До сих пор терапевтические подходы к лечению ОА включали клиническое управление симптомами и тотальную замену суставов в самых тяжёлыхслучаях 5. Без надёжной, воспроизводимой и надежной терапевтической стратегии для эффективного лечения ОА изучаются инновационные подходы к пониманию и решению проблем, связанных с повреждением суставного хряща.

Для восстановления, регенерации и улучшения движения суставов при артрите прогресс в регенеративной медицине стал новой надеждой на восстановление повреждённого AC 6,7. Использование аутологичных хондроцитов в сочетании с имплантацией ЭКМ и внутрисуставной инъекцией стволовых клеток отражает современное состояние в этойобласти 8,9,10. Основная проблема этих подходов — обеспечение правильной дифференцировки и функционального синтеза ЭКМ имплантированными клетками. Аутологичные хондроциты, как правило, образуют фиброхрящ или прогрессируют в гипертрофическое состояние, создавая новую дисфункциональную ткань, которая не воспроизводит физиологические особенности АК, что приводит к неполному восстановлению и часто позднемуухудшению. Биоматериалы могут использоваться для управления поведением клеток во время регенерации тканей, обеспечивая временную основу для клеток для присоединения и синтеза нового, естественного и функционального внеклеточногоматрикса 12,13,14. Идеальный биоматериал для инженерии хряща должен обеспечивать прочную интеграцию с окружающими тканями, особенно с подхондральной костью, поскольку отказ на этом интерфейсе снижает долгосрочное восстановление. Однако слабая связь между хрящом и костным слоями остеохондральных каркасов и плохая интеграция с тканью хозяина остаются серьёзнымипроблемами 15. Хотя каркаси пытаются имитировать родную остеохондральную архитектуру, воспроизведение сложной микроструктуры интерфейса всё ещё сложно. Это подчёркивает важность исследований и разработки каркасов с биологическими свойствами, которые одновременно поддерживают регенерацию хряща и костей при сохранении стабильностиинтерфейса 16. Желатин, получаемый из коллагена — ключевого компонента хрящевой ткани — обладает такими свойствами, как клеточно-связывающие мотивы и биоразлагаемость, что свидетельствует о его потенциале как поддерживающего биоматериала в сочетании с регенеративными факторами для лечения остеохондральных поражений. При химической модификации с метакрилангидридом для получения желатинового метакрилоила (GelMA) он становится фотосшитым, что позволяет осуществлять инъекции и фотополимеризацию in situ, что повышает механическую стабильность для применений в регенеративноймедицине 17.

Остеохондральные поражения имеют ограниченную регенеративную способность, что представляет собой клиническую проблему. Доклинические исследования, использующие крупные животные модели травмы коленного сустава, являются необходимыми для трансляционных исследований, поскольку позволяют систематически оценивать переменные, влияющие на механизмы заболевания и терапевтические результаты. Часто используемые виды включают свиней, коз, собак, лошадей и овец, каждый из которых обладает определёнными преимуществами и ограничениями, которые необходимо учитывать при экспериментальной разработке. Кроме того, все эти виды демонстрируют ограниченное эндогенное восстановление хондральных и остеохондральных дефектов, как это наблюдалось у людей18. Чтобы эти модели предсказывали исходы для человека, они должны воспроизводить соответствующие параметры, такие как анатомия, физиология и биомеханическиесвойства 18. Для сравнения: толщина человеческого суставного хряща в бедренных мыщелках составляет от 1,8 до 2мм 19, а диаметр повреждений хряща, обычно требующих лечения, составляет 10 мм ибольше 20.

Модель свиньи предлагает преимущества для исследований регенерации хряща и остеохондра, поскольку размер сустава, толщина хряща и требования к несению веса очень похожи на наблюдаемые у людей18. Некоторые миниатюрные породы свиней, такие как гёттингенская мини-свинья, легко управляются и достигают скелетной зрелости в возрасте от 18 до 22 месяцев ввозрасте 21 года. Толщина хряща варьируется от 1 до 2 мм, а дефекты от 6 до 8 мм могутбыть созданы 18. Характеристики костей, включая толщину трабекуляров, скорость её размещения и организацию волокон коллагена, сопоставимы счеловеческими 22. Однако у модели свиней есть и ограничения: даже у миниатюрных пород коленный (штифленный) сустав меньше, чем у людей, что ограничивает появление крупных экспериментальных дефектов. Кроме того, большинство исследований используют скелетно незрелых животных из-за связанных с этим затрат на обслуживание, что может завысить потенциалремонта 23.

Козы обладают анатомией суставов, биомеханикой и толщиной хряща, как у людей24. Им не нужны специализированные условия, они просты в обращении и стоят относительнонедорого, 25. Толщина хряща козы варьируется от 0,8 до 2,0 мм, а наиболее сообщаемый критический размер дефекта — 6мм 26. Однако существует значительное различие толщины хряща между породами, размерами и полом, что может приводить к непоследовательнымрезультатам 27. Соотношение хресток и субхондральной кости и трабекулярная костная структура также сопоставимы счеловеческими 28. Скелетная зрелость наступает относительно поздно — в возрасте от 24 до 36 месяцев ввозрасте 29 лет. С биомеханической точки зрения, коленное колено козы испытывает давление в суставах и циклические нагрузки, подобныечеловеческим 25, хотя сгибание колена во время походки выше (50°-70° у коз против <30° у людей), что приводит к чётким контактнымзонам 30. Эта разница, в сочетании с более высоким пиковым давлением, может способствовать снижению эффективности восстановленияхряща 30.

Среди крупных животных собаки выделяются способностью переносить реабилитационные процедуры, иммобилизацию суставов и тренировки к ходьбе на беговой дорожке, плаванию и контролируемым упражнениям на несущуюнагрузку 18. Толщина суставного хряща варьируется от 0,9 до 1,3 мм, а критический размер дефекта составляет примерно 4 мм, что ограничивает прямое сравнение с человеческоймоделью 25. Скелетная зрелость достигается в период от 8,5 до 13,7 месяцев ввозрасте 31 года. Анатомически собачье колено отличается от человеческого, а вариации биомеханики, нагрузочных паттернов и зрелости между породами усложняют экстраполяциюрезультатов 32. Несмотря на эти анатомические различия и небольшой размер дефекта, модель собак остаётся ценной для исследований, включая реабилитационные протоколы или спонтанные патологии хряща, похожие на человеческие. Однако его экспериментальное использование ограничено этическимисоображениями 29.

Модель лошадей является крупнейшей из доступных животных моделей для исследований восстановления хряща и естественным образом развивает возрастные или травматичные хондральные поражения и остеоартрит, аналогичные тем, что у людей33. Лошади обладают анатомическими и биомеханическими особенностями, сопоставимыми с человеческими, такими как вертикальный коленный сустав, большой размер суставов, толщина хряща от 2 до 3 мм — ближе к человеческому хрящу при полном разгибании колена во время походки, а также сопоставимая минеральная плотностькостей 34. Созревание скелета происходит в период от 24 до 48 месяцев, а обычно изучаемые размеры дефектов варьируются от 6 до 20мм 32,33. К ограничениям относятся высокая вертикальная нагрузка на сустав лошадиного сустава во время передвижения, что подвергает импланты воздействию больших сил, чем у людей, и затрудняет длительноезаживление 35. Кроме того, затраты на приобретение и обслуживание высоки, и требуется специализированныеобъекты 36.

Овцы широко используются в качестве моделей в исследованиях восстановления хряща благодаря их доступности, спокойному характеру, хорошей переносимости к операциям на суставах и простоте обращения37. Скелетная зрелость овец обычно достигается примерно в 2–3 года ввозрасте 25 лет. Кроме того, овино колено проявляет анатомические и биомеханические сходства с человеческимколенным суставом 38. Толщина хряща в медиальном бедровом мыщелке варьируется от 0,7 до 1,7 мм, а плотность минералов костей и контактное давление также сопоставимы, хотя доля объёма костей выше уовец 39. Из-за уменьшения толщины хряща индуцированные дефекты часто распространяются в подхондральную кость, что делает эту модель более подходящей для исследований остеохондральныхдефектов 32. Поражения диаметром от 6 до 8 мм обычно образуются в таких местах, как мыщелки бедра итрохлея 32. Кроме того, модель овец даёт преимущества для двусторонних исследований, позволяя сравнивать обработанные и контрольные участки внутри одного и того же животного, что снижает вариабельность, связанную с хозяином, улучшает согласованность и воспроизводимость, а также минимизируя количество животных, требуемых40. Каждая модель обладает разной степенью сходства с физиологией и биомеханикой человека. Поэтому выбор модели должен балансировать между биологической значимостью, практической осуществимостью и этическими соображениями. В настоящем исследовании были включены неплодородящие самки овец в возрасте 12 месяцев, оцениваемые в период сезонного анеструса.

В этом исследовании было направлено разработать эффективный протокол для создания острых остеохондральных дефектов у крупных животных. Протокол предполагает создание остеохондрального поражения всей толщины для создания модели, подходящей для исследований регенеративной медицины. Кроме того, рассматривается применение гидрогеля GelMA как ориентир для восстановления тканей и перспективный способ доставки регенеративных молекул и клеток. Протокол описывает хирургическую процедуру создания остеохондральных поражений в суставном хряще колена овцы. Он адаптирован к различным приложениям в области тканевой инженерии, включая индукцию аналогичных повреждений в других крупных животных моделях регенеративной медицины.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Исследование получило одобрение Комитета по этике в области исследований и было сертифицировано сертификатом об этической презентации под номером 6092250823/2023. В настоящем исследовании были отобраны девять самок белых суффолкских овец в возрасте 12 месяцев. Дефект возник в обоих медиальных бедренных мыщелках каждого животного. Пустые дефекты использовались в качестве контроля. Каждому животному было рандомизировано одно колено для лечения GelMA, а другое — как контрольный состав. Эта стратегия позволила оценить естественную регенеративную способность и снизить влияние индивидуальных вариаций, таких как генетические факторы и зрелость скелета. За животными наблюдали в течение 6 месяцев для оценки формирования гиалинового хряща.

1. Процедура анестезии

  1. Лишите животных кормления и воды примерно за 24 часа до операции.
  2. Предварительное лечение животных внутримышечным меперидином 4 мг/кг в сочетании с мидазоламом 0,3 мг/кг.
  3. Наполните анестетиком вапорайзер за день до использования, когда комната пуста, и наденьте защитные перчатки, чтобы минимизировать риск профессионального воздействия.
  4. Перед каждой процедурой проверяйте анестетический контур на наличие протечек и выполняйте все манипуляции в хорошо проветриваемом помещении, следуя институциональным рекомендациям по биобезопасности.
  5. Через 15 минут заканюйте животных катетером 18 G и введите раствор лактатного Рингера с дозой 10 мл∙кг-1h-1.
  6. Введите внутривенную анестезию с 1% пропофолом при дозе 4 мг/кг.
  7. Интубировать животных с помощью манжетированной эндотрахеальной трубки толщиной 7,5–8,0 мм и поддерживать их в состоянии спонтанной вентиляции с помощью полузакрытой круглой дыхательной системы, подающей кислород с FiO₂ 1,0 и расходом 50 мл/кг.
  8. Используйте технику частичной внутривенной анестезии (PIVA), поддерживайте пропофол как непрерывную инфузию в концентрации 0,1 мг∙кг-1 мин-1 и лишь корректируйте концентрацию изофлурана для достижения адекватной хирургической плоскости анестезии. Следите за глубиной анестезии на протяжении всей процедуры.
  9. Проведите периневральные блокады бедренного и седалищного нервов под руководством нейролокализатора. Вводите 0,2 мл/кг 2% лидокаина на каждую блокаду.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Операция должна начаться только после подтверждения анестезии (отсутствие реакции на сильное щипывание копыт и тонус челюсти).

2. Хирургическое вмешательство in vivo

  1. Дезинфицируйте побритое колено с помощью местного антисептика хлоргексидина глюконата и поместите животное в позу спинного декубита в операционной.
  2. Определите суставную полость, коснувшись колена животного, чтобы определить точное место разреза. Сделайте двойной изогнутый разрез кожи (начиная дистально от латерального бедренного эпикондилка и заканчивающаяся медиально на уровне бугоркости большеберцовой кости).
  3. Определите надколенное сухожилие, надколенник, надколенную связку и медиальную часть суставной капсулы. Разрезайте капсулу, чтобы обнажить медиальный соскалок бедренной кости. Гиперфгиб колена, чтобы визуализировать самую дистальную область суставного хряща мыщелка.
  4. Сделайте хирургический разрез примерно 3-5 см в области мыщелка животного. Удалите тканевые слои под кожей, чтобы получить доступ к мыщелку, и поддерживайте участок разреза чистым для предотвращения заражения.
  5. Собирайте синовиальную жидкость с помощью шприца и игли. Часть образца перенесите в EDTA-пробирку для анализа и используйте оставшийся материал для подготовки мазочных препаратов.
  6. Расположите ретракторы так, чтобы полностью открыть поверхность мыщелка. Чем более открыт мыщел, тем легче вызвать травму на следующем этапе.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этот момент обращайте внимание на лапу животного. Сгибание или разгибание колена может помочь обнажить мыщелке.
  7. Просверлите дефект диаметром 8 мм и глубиной 5 мм в центре медиального мыщелка бедренной кости с помощью ортопедического сверла с трефиновым сверлом диаметром 8 мм, обеспечивая правильное выравнивание для предотвращения непреднамеренных размеров и форм, и поддерживая угол 0° относительно самой дистальной области суставного хряща.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните трепанацию на минимальной скорости, аккуратно управляя сверлом и используя только столько вращения, чтобы разрезать хрящ и подхондральную кость, а также локальное охлаждение с 0,9% NaCl при комнатной температуре, даже на низкой скорости.
  8. Проведите хирургическое удаление остеохондральной пробки с помощью ортопедического молотка и остеотомии.
  9. Очистите удлинение раны стерильной марлей, убедившись, что внутри повреждения нет крови и тканевых остатков.
  10. Нанесите 200 мкл жидкой формулы GelMA с 20% (w/v), содержащей 0,25% (w/v) литий-фенил-фенил-2,4,6-триметилбензоилфосфинат (LAP) в качестве фотоинициатора, на внутреннюю сторону повреждения, пока она не достигнет поверхности.
  11. Фотокросслинк: гидрогель GelMA под светодиодом 395-405 нм (общая мощность 9 Вт), расположенным примерно в 5 см от образца в течение 180 секунд. При таких условиях оценочная радиация на поверхности составляет ~10 мВт/см², что приводит к общей энергии экспозиции примерно 1,8 Дж/см².
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте защитные очки при использовании ультрафиолетового света.
  12. Аккуратно снимайте ретракторы.
  13. Закройте поражение отдельными швами в различных слоях ткани, чтобы предотвратить образование сером. Количество необходимых швов зависит от степени хирургического разреза.
  14. Наложите стерильную повязку на швы для предотвращения инфекций.

3. Послеоперационный уход

  1. Следите за животными во время восстановления после наркоза, включая жизненно важные показатели, такие как частота сердечных сокращений (70-90 ударов в минуту), частота дыхания (12-20 вдохов/мин), температура тела (39 °C до 40,5 °C) и нормальные слизистые оболочки с временем заполнения капилляров 1-2 секунды. Регулярно пальпацируйте лицевые и бедренные артерии, чтобы проверить, легко ли ощущается пульс.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Восстановление после анестезии должно происходить в тихой, чистой, тёплой и мягкой среде, с минимальным освещением и низким уровнем шума.
  2. Проведение повязок в хирургическом месте с использованием местного пенициллина (бензатинпенициллин G: 1 250 000 МЕ; прокаин пенициллин G: 1 250 000 МЕ; дигидрострептомицин сульфат: 1,25 г; мочевина: 2,50 г) один раз в день в течение 10 дней.
  3. Убедитесь, что животные сразу после пробуждения от наркоза оставались в положении четвероногих, положите вес на оперированную конечность и не проявляйте признаков дискомфорта.
  4. Послеоперационная анальгезия состояла из мелоксикама (0,4 мг/кг каждые 24 часа) и трамадола (2 мг/кг каждые 12 часов) в течение 5 дней. Дополнительная спасательная доза трамадола была введена, когда были выявлены выражения лица, связанные с болью, с помощью шкалы гримасы овец41 — валидированного инструмента, основанного на специфических единицах движения лица (включая сжатие орбиты, реакцию флемена, положение ушей и голову) для оценки послеоперационной боли и страдания у овец.

4. Гистологический анализ

  1. Через шесть месяцев после операции проведите эвтаназию. Для достижения глубокой седации перед введением препарата для эвтаназии предварительно вводите животным внутривенно кетамином (10 мг/кг) и ксилазином (1 мг/кг), используя дозы, намеренно превышающие рекомендуемые для клинических процедур дозы, чтобы обеспечить быстрое наступление глубокой седации, что подтверждается принятыми протоколами эвтаназии. Затем введите пропофол для вызова анестетической комы. Затем вводите хлорид калия при 2 мэкв/кг внутривенно до остановки дыхания и сердечно-сосудистых заболеваний и отсутствия всех защитных рефлексов.
  2. Разрезать дистальный бедренный эпифиз для удаления области мыщелков. Зафиксируйте расчленённые коленные суставы формалином с 10% нейтральным буфером и декальцифицируйте в 5% ЭДТА (этилендиаминтетрауксусную кислоту) при 34 °C, меняя раствор ЭДТА каждые 3 дня.
  3. Внедрить материал в парафин и разрезать на срезы размером 4 мкм. Удалите парафин из затворов, замочив их в ксилоле при 65 °C на 3 x 5 минут. Гидратировать с 10-20 погружениями в этанол (99%, 95%, 70%), затем деионизированной водой в течение 5минут 42.
  4. Для окрашивания гематоксилином и эозином (H&E) окрашивайте срезы гематоксилином Харриса и контрокрашивайте эозином, сканируйте с увеличением 20× с помощью автоматического сканирующего микроскопа и анализируйте с помощью связанного программного обеспечения.
  5. Оценить поражение согласно инициативе по гистопатологии Международного общества остеоартрита (OARSI)43: балл 0 указывает на нормальный хрящ; оценка 1 отражает поверхностную фибрилляцию без потери хряща; оценка 2 соответствует вертикальным трещинам, достигающим слоя непосредственно под поверхностной зоной, сопровождающихся частичным потерей поверхностной пластинки; оценка 3 указывает на вертикальные расщелины или эрозию, которые проникают в кальцифицированный хрящ и затрагивают менее 25% поверхности суставов; Оценки 4, 5 и 6 представляют собой вертикальные расщелины или эрозию, достигающие кальцифицированного хряща и охватывающие соответственно 25-50%, 50-75% и более 75% поверхности суставов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании поражения с вертикальными расщелинами или эрозиями, простирающимися в кальцифицированный хрящ и охватывающими более 25% поверхности суставных слоёв, получили балл 4.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Индукция остеохондральных дефектов

Целью этого исследования было разработать эффективный протокол для индуцирования острых остеохондральных дефектов у крупных животных. Травмы были созданы механически во время хирургической процедуры, что привело к образованию поражения диаметром примерно 8 мм и глубиной 5 мм (рисунок 1). Учитывая оценки, установленные Международным обществом регенерации хряща и сохранения суставо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Для преодоления проблем в терапии хряща, таких как недостаточность хондрогенной дифференцировки и созревания ЭКМ, неклинические исследования остаются необходимыми для оценки терапевтических стратегий. Ранее были описаны методы для неклинических моделей повреждённой хрящевой ткани с использованием различныхметодов 45. Однако в литературе до сих пор отсутствуют подробные отчёты и стандартизированные процедуры для индуцирования острого остеохондрального повреждения к...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У авторов нет конфликта интересов, которые можно было бы заявлять.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана Фондом Араукария (номер гранта PDT2020221000005). Мы благодарим всех сотрудников Института Карлоса Шагаса и Программы технологического развития инструментов для здоровья-RPT-FIOCRUZ за использование микроскопических возможностей в FIOCRUZ/PR, Core of Cell Technology и Experimental Farm Папского университета католика ду Парана. Авторы признают финансовую поддержку от Программы по изучению пескис Института Карлоса Шагаса – Фиокрус Парана. Мы также благодарим Вагнера Нагиба из Коммуникационного отдела Института Карлоса Шагаса за его вклад в аудиовизуальное производство.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Нитка шва 25 полиглекапрона, No 2-0EthiconШвная нить для общего закрытия мягких тканей использовалась для зашивания суставной капсулы и подкожной клеточной ткани.
Антитела, анти-ибета;-тубулинИнвитрогенPA516863Антитела против &бета;-тубулина — двух субъединиц (&альфа;/&бета;), составляющих микротрубочки цитоскелета
Анестезиологическое устройствоHB hospitalarОборудование для ингаляционной анестезии
Axio Scan Z1Zeiss, Мюнхен, ГерманияМикроскоп
Бензатин пенициллин GОуофиноАнтибиотики
Катетер 18 G СолидорВнутривенный катетер
ЦефалексинВирбакАнтимикробная терапия
Водный раствор хлоргексидина диглюконатаРИОКУ и ОСТРО; MICAАнтисептик, используемый для лечения кожной антисептики
Манжетная эндотрахеальная трубка 7.5– 8,0 ммСолидорМанжетированная эндотрахеальная трубка
DAPISigmaD9542Флуоресцентный краситель
Модифицированный Eagle Medium от DulbeccoGibco12100-046
Среда для культивирования клеток
ДигидрострептомицинсульфатОуофиноАнтибиотики
Трубка EDTAБектон Дикинсон362788Трубка для сбора
ЭозинНеон1795Краситель, используемый для визуализации морфологии клеток, окрашивания и nbsp; Цитоплазма.
Этилендиаминтетрауксусная кислотаSigmaE5134Способствует постепенной деминерализации костной ткани
Сыворотка плода для быкаGibco12657-029Добавка для культивирования клеток с факторами роста
ФормалинСигма-Олдрич47608Сохранение морфологии тканей
Лиофилизация GelMATissueLabsGLMA-LYO-1Фотосшитаемый гидрогель
Гематоксилин Харриса Лаборклин620503Краситель, используемый для визуализации морфологии клеток, окрашивающий ядра.
ИзофлураноCristá лияПоддержание анестезией
Кетамин 10%VETNILПроцедура эвтаназии
Раствор Лактатного РингераФрезениус КабиЖидкостная терапия
L-глутамин 200 мМGibco25030-081Незаменимая аминокислота для культивирования клеток
Гидрохлорид лидокаина Cristá лияМестная анестезия
Жизнеспособность LIVE/DEAD Kit/цитотокситетный наборИнвитрогенL3224Набор флуоресцентного анализа для оценки жизнеспособности клеток
МелоксикамОуро финоПротивовоспалительный и обезболивающий для послеоперационного периода
Мидазолам гидрохлоридCristá лияПреанестетические препараты
Мононилонная нитка для шва, No 3-0EthiconШов, используемый для закрытия кожи
NaCl 0,9%КристалияСолевый раствор
НейролокализаторNeurolocalizador DL 250 DeltaLifeМестная анестезия под управлением нейролокализатора и периферического нервного электростимулятора.
Ортопедический дриллКанюлированная мини-ортопедическая дрель (деликатная) — хромированный мандрел — бренд MakitaИспользуется для ортопедических операций.
Ортопедический молоток и bbsp;ЭдлоХаммер Нойфилд (10-3155)Общие характеристики: длина 20 см и вес 560 гр; Материал: высококачественная нержавеющая сталь; Применение: показано для травматологических и ортопедических процедур, требующих контролируемого удара. Сертификации: продукция имеет сертификаты качества, такие как ISO (Международная организация по стандартизации): 13485:2016, соответствующие европейским стандартам соответствия и хорошим производственным практикам.
Остеотом ЛамботтаЭдлоОстеотом Ламботта (10-0749)Остеотом Ламботта (6 мм x 17 см / 6 3/4") — это высокоточный хирургический инструмент, используемый преимущественно в ортопедических операциях и нейрохирургических операциях, связанных с манипуляциями с костями.

С наконечником шириной 6 мм он идеально подходит для тонких порезов, изменения формы и удаления компактного хряща и подхондральной кости.
Пенициллин стрептомицинGibco15140-122Антибиотик широкого спектра, широко используемый в клеточном культурировании
Петидин гидрохлорид Cristá лияПреанестетические препараты
Хлорид калия 19,1%SamtecПроцедура эвтаназии
Прокаин пенициллин GОуофиноАнтибиотики
ПропофолCristá лияИндукция и поддержание анестезией
Лактат рингераCristá лияЖидкостная терапия
Полузакрытая круглая дыхательная система HB hospitalarДыхательные контуры для анестезии
Стерильный бинт из крепаКремерСтерильный креповый бинт, используемый для покрытия дистальных концов конечностей, на которых оперируются.
Stimuplex D, 22 Ga. x 2 дюйма. (50 мм) Изолированная игла с удлинителем, 30 градусов; Фаска (STIMD2250/30)BBRAUNПериневральная местная анестезия
Трамадол-гидрохлоридCristá лияПослеоперационная анальгезия
Трефиновое сверлоДрель для костного трефина, диаметр мм и тир; модель: Contra-Angle, марка: surgical WFТрефиновое сверло для сбора костей 8,0 мм; производилось из хирургической стали; используется при операциях по пересадке костей; Служит для удаления костного блока для гистологического анализа или аутотрансплантации.
Ксилазин 10%VETNILПроцедура эвтаназии

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wang, Q., et al. An ultrasound study of altered hydration behaviour of proteoglycan-degraded articular cartilage. BMC Musculoskelet Disord. 14, 289(2013).
  2. Cederlund, A. A., Aspden, R. M. Walking on water: revisiting the role of water in articular cartilage biomechanics in relation to tissue engineering and regenerative medicine. J R Soc Interface. 19 (193), 20220364(2022).
  3. Gahunia, H. K., Pritzker, K. P. H. Effect of exercise on articular cartilage. Orthop Clin North Am. 43 (2), 187-199 (2012).
  4. Hunter, D. J., Schofield, D., Callander, E. The individual and socioeconomic impact of osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol. 10 (7), 437-441 (2014).
  5. Rahmati, M., Nalesso, G., Mobasheri, A., Mozafari, M. Aging and osteoarthritis: central role of the extracellular matrix. Ageing Res Rev. 40 (1), 20-30 (2017).
  6. Zhang, L., Hu, J., Athanasiou, K. A. The role of tissue engineering in articular cartilage repair and regeneration. Crit Rev Biomed Eng. 37, 1-57 (2009).
  7. Coccia, M. Cartilage tissue engineering with chondrogenic cells versus artificial joint replacement: the insurgence of new technological paradigms. Health Technol. 2, 235-247 (2012).
  8. Muhammad, H., et al. Human migratory meniscus progenitor cells are controlled via the TGF-β pathway. Stem Cell Rep. 3, 789-803 (2014).
  9. Shen, W., et al. Intra-articular injection of human meniscus stem/progenitor cells promotes meniscus regeneration and ameliorates osteoarthritis through stromal cell-derived factor-1/CXCR4-mediated homing. Stem Cells Transl Med. 3, 387-394 (2014).
  10. Gille, J., et al. Outcome of autologous matrix-induced chondrogenesis (AMIC) in cartilage knee surgery: data of the AMIC registry. Arch Orthop Trauma Surg. 133, 87-93 (2012).
  11. Richardson, S. M., et al. Mesenchymal stem cells in regenerative medicine: focus on articular cartilage and intervertebral disc regeneration. Methods. 99, 69-80 (2016).
  12. Kang, H., et al. In vivo cartilage repair using adipose-derived stem cell-loaded decellularized cartilage ECM scaffolds. J Tissue Eng Regen Med. 8, 442-453 (2012).
  13. Taylor, D. A., Sampaio, L. C., Ferdous, Z., Gobin, A. S., Taite, L. J. Decellularized matrices in regenerative medicine. Acta Biomater. 74, 74-89 (2018).
  14. Sun, Y., Yan, L., Chen, S., Pei, M. Functionality of decellularized matrix in cartilage regeneration: a comparison of tissue versus cell sources. Acta Biomater. 74, 56-73 (2018).
  15. Niu, X., Li, N., Du, Z., Li, X. Integrated gradient tissue-engineered osteochondral scaffolds: challenges, current efforts and future perspectives. Bioact Mater. 20, 574-597 (2023).
  16. Deng, C., et al. Bioactive scaffolds for regeneration of cartilage and subchondral bone interface. Theranostics. 8, 1940-1955 (2018).
  17. Armiento, A. R., Alini, M., Stoddart, M. J. Articular fibrocartilage: why does hyaline cartilage fail to repair. Adv Drug Deliv Rev. 146, (2018).
  18. Chu, C. R., Szczodry, M., Bruno, S. Animal models for cartilage regeneration and repair. Tissue Eng Part B Rev. 16, 105-115 (2010).
  19. Pane, R. V., Setiyaningsih, R., Widodo, G., Al Hajiri, A. Z. Z., Salsabil, J. R. Femoral cartilage thickness in knee osteoarthritis patients and healthy adults: an ultrasound measurement comparison. Sci World. 2023, e3942802(2023).
  20. Milano, F., Chevrier, A., De Crescenzo, G., Lavertu, M. Injectable lyophilized chitosan-thrombin-platelet-rich plasma implant to promote tissue regeneration: in vitro and ex vivo solidification properties. Polymers. 15 (13), 2919(2023).
  21. Dias, I. R., Viegas, C. A., Carvalho, P. P. Large animal models for osteochondral regeneration. Osteochondral tissue engineering. , 441-501 (2018).
  22. Fernandes, T. L., et al. Development of a novel large animal model to evaluate human dental pulp stem cells for articular cartilage treatment. Stem Cell Rev. 14, 734-743 (2018).
  23. González Vázquez, A. G., et al. Systematic comparison of biomaterials-based strategies for osteochondral and chondral repair in large animal models. Adv Healthc Mater. 10, e2100878(2021).
  24. Brehm, W., et al. Repair of superficial osteochondral defects with an autologous scaffold-free cartilage construct in a caprine model: implantation method and short-term results. Osteoarthritis Cartilage. 14, 1214-1226 (2006).
  25. Moran, C. J., et al. The benefits and limitations of animal models for translational research in cartilage repair. J Exp Orthop. 3, (2016).
  26. Getgood, A. M. J., et al. Evaluation of early-stage osteochondral defect repair using a biphasic scaffold based on a collagen-glycosaminoglycan biopolymer in a caprine model. Knee. 19, 422-430 (2012).
  27. Cook, J. L., et al. Animal models of cartilage repair. Bone Joint Res. 3, 89-94 (2014).
  28. Jackson, D. W., Lalor, P., Aberman, H. M., Simon, T. M. Spontaneous repair of full-thickness defects of articular cartilage in a goat model. J Bone Joint Surg Am. 83, 53-64 (2001).
  29. Meng, X., et al. Animal models of osteochondral defect for testing biomaterials. Biochem Res Int. 2020, 1-12 (2020).
  30. Patil, S., Steklov, N., Song, L., Bae, W. C., D'Lima, D. D. Comparative biomechanical analysis of human and caprine knee articular cartilage. Knee. 21, 119-125 (2014).
  31. Stewart, H. L., et al. A missed opportunity: a scoping review of the effect of sex and age on osteoarthritis using large animal models. Osteoarthritis Cartilage. 32, 501-513 (2024).
  32. Proffen, B. L., McElfresh, M., Fleming, B. C., Murray, M. M. A comparative anatomical study of the human knee and six animal species. Knee. 19, 493-499 (2012).
  33. McIlwraith, C. W., Frisbie, D. D., Kawcak, C. E. The horse as a model of naturally occurring osteoarthritis. Bone Joint Res. 1, 297-309 (2012).
  34. Liu, T. P., et al. Updates on mesenchymal stem cell therapies for articular cartilage regeneration in large animal models. Front Cell Dev Biol. 10, (2022).
  35. Murray, R. C., Vedi, S., Birch, H. L., Lakhani, K. H., Goodship, A. E. Subchondral bone thickness, hardness and remodelling are influenced by short-term exercise in a site-specific manner. J Orthop Res. 19, 1035-1042 (2001).
  36. Malda, J., et al. Comparative study of depth-dependent characteristics of equine and human osteochondral tissue from the medial and lateral femoral condyles. Osteoarthritis Cartilage. 20, 1147-1151 (2012).
  37. Kon, E., et al. Orderly osteochondral regeneration in a sheep model using a novel nano-composite multilayered biomaterial. J Orthop Res. 28, 116-124 (2009).
  38. Allen, M. J., Houlton, J. E. F., Adams, S. B., Rushton, N. The surgical anatomy of the stifle joint in sheep. Vet Surg. 27, 596-605 (1998).
  39. Chevrier, A., Kouao, A. S. M., Picard, G., Hurtig, M. B., Buschmann, M. D. Interspecies comparison of subchondral bone properties important for cartilage repair. J Orthop Res. 33, 63-70 (2015).
  40. Orth, P., et al. Reduction of sample size requirements by bilateral versus unilateral research designs in animal models for cartilage tissue engineering. Tissue Eng Part C Methods. 19, 885-891 (2013).
  41. Häger, C., et al. The sheep grimace scale as an indicator of post-operative distress and pain in laboratory sheep. PLOS ONE. 12, e0175839(2017).
  42. Smart, A., et al. Protocol for tissue processing and paraffin embedding of mouse brains following ex vivo MRI. STAR Protoc. 4, 102681(2023).
  43. Glasson, S. S., Chambers, M. G., van den Berg, W. B., Little, C. B. The OARSI histopathology initiative: recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthritis Cartilage. 18, 17-23 (2010).
  44. Sprecher, D. J., Hostetler, D. E., Kaneene, J. B. A lameness scoring system that uses posture and gait to predict dairy cattle reproductive performance. Theriogenology. 47, 1179-1187 (1997).
  45. Hunziker, E. B. Articular cartilage repair: basic science and clinical progress. A review of the current status and prospects. Osteoarthritis Cartilage. 10, 432-463 (2002).
  46. Ahern, B. J., Parvizi, J., Boston, R., Schaer, T. P. Preclinical animal models in single-site cartilage defect testing: a systematic review. Osteoarthritis Cartilage. 17, 705-713 (2009).
  47. Maglio, M., Brogini, S., Pagani, S., Giavaresi, G., Tschon, M. Current trends in the evaluation of osteochondral lesion treatments: histology, histomorphometry and biomechanics in preclinical models. Biomed Res Int. 2019, 1-27 (2019).
  48. Bell, A. D., et al. Bone-induced chondroinduction in sheep Jamshidi biopsy defects with and without treatment by subchondral chitosan-blood implant. Cartilage. 4, 131-143 (2012).
  49. Levingstone, T. J., et al. Multi-layered collagen-based scaffolds for osteochondral defect repair in rabbits. Acta Biomater. 32, 149-160 (2016).
  50. Jia, S., et al. Multilayered scaffold with a compact interfacial layer enhances osteochondral defect repair. ACS Appl Mater Interfaces. 10, 20296-20305 (2018).
  51. Schinhan, M., Bijak, M., Unger, E., Nau, T. Electromyographic study of the popliteus muscle in the dynamic stabilization of the posterolateral corner structures of the knee. Am J Sports Med. 39, 173-179 (2011).
  52. Bernstein, A., et al. Microporous calcium phosphate ceramics as tissue engineering scaffolds for the repair of osteochondral defects: histological results. Acta Biomater. 9, 7490-7505 (2013).
  53. Crovace, A. M., et al. Evaluation of in vivo response of three biphasic scaffolds for osteochondral tissue regeneration in a sheep model. Vet Sci. 6, 90(2019).
  54. Salerno, M., et al. Biomimetic tri-layered osteochondral scaffold: study of early implant stability in a sheep model. Bone Joint Res. 14, 953-968 (2025).
  55. Lewis, J. A., et al. A bioactive supramolecular and covalent polymer scaffold for cartilage repair in a sheep model. Proc Natl Acad Sci U S A. 121, (2024).
  56. Tamaddon, M., et al. In vivo evaluation of additively manufactured multi-layered scaffold for the repair of large osteochondral defects. Bio-Des Manuf. 5, 481-496 (2022).
  57. Petrovova, E., et al. PHB/CHIT scaffold as a promising biopolymer in the treatment of osteochondral defects: an experimental animal study. Polymers. 13, 1232(2021).
  58. Saber, A. S., Bolbol, A. E., Schenk-Saber, B. A. A radiographic study of the development of the sheep carpus from birth to 18 months of age. Vet Radiol. 30, 189-192 (1989).
  59. Cambra-Moo, O., et al. Multidisciplinary characterization of long-bone cortex growth patterns through sheep ontogeny. J Struct Biol. 191, 1-9 (2015).
  60. Arens, D., et al. Seasonal changes in bone metabolism in sheep. Vet J. 174, 585-591 (2007).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Osteochondral DefectSheep ModelCartilage RegenerationJoint InjuryGelatin MethacryloylLarge Animal ModelHistological EvaluationOsteoarthritis ModelArticular CartilageSurgical Protocol

Похожие статьи